Anleitung: Wie Sie ein Audio-Netzteil reparieren
Wir erläutern, wie klassische Netzteile arbeiten, welche Bauteile darin vorkommen und wie man sie am effektivsten prüfen und bei Bedarf ersetzen kann.
Immer dreht sich alles nur ums Einkaufen – sei es zu Black Friday, Weihnachten oder Ostern. Doch wieso nicht einfach mal Reparieren und Weiterverwenden statt immer Neues zu kaufen? Darum dreht sich unsere Artikelserie "Reparieren und Upcycling" [1].
Die Stromversorgung ist die Achillesferse jedes elektronischen Geräts. Fehler im Netzteil führen deshalb meist zum Totalausfall, bei Audiogeräten machen sich altersschwache Bauelemente dort auch oft durch ein starkes Brummen bemerkbar. In CD-Playern und ähnlichem kann sich eine unsaubere Stromversorgung in einem Ausfall der Gerätesteuerung äußern. Die Digitaltechnik zeigt ab einem gewissen Punkt keinerlei Reaktion mehr. Deshalb muss so ein Gerät keineswegs sofort auf den Schrott. Ein Blick in das Gehäuse schadet nichts – schließlich kann man sich später immer noch für die Entsorgung entscheiden. Doch mit ein wenig Know-How, dem richtigen Blick und einem systematischen Vorgehen sind Netzteilfehler oft schnell aufgespürt und behoben, sodass eine Neuanschaffung erspart bleibt.
Im Folgenden beschreiben wir den Aufbau klassischer Netzteile, wie sie in älteren Audio-Geräten vorkommen. In neueren Geräten sorgen meist modernere Schaltnetzteile für den nötigen Strom, die wir hier nicht im Speziellen behandeln wollen. Viele der besprochenen Bauteile haben sie aber gemeinsam, sodass man mit dem hier vermittelten Wissen auch in neueren Geräten auf Fehlersuche gehen kann.
Das erwähnte Brummen kann allerdings auch andere Ursachen haben wie Einstreuungen oder Erdschleifen. Um derartiges auszuschließen, sollte man alle Audio-Verbindungen trennen und die Geräte separat an ihrem Kopfhörerausgang prüfen. Ist dort bei einer einzelnen Komponente ein deutliches Brummen zu hören, so scheidet eine Erdschleife jedenfalls aus und steigt die Wahrscheinlichkeit, dass der Fehler im Netzteil zu finden ist.
Zeitaufwand: 1–2 Stunden je nach Fehler
Löten: leichte bis mittlere Lötarbeiten
Messen: Multimeter, Oszilloskop, ESR-Tester
Elektronik: Grundkenntnisse erforderlich
Spurensuche
Verfolgt man den Weg, den die Elektroenergie von der Steckdose durch das Netzteil bis zu dessen Ausgang nimmt, so finden sich folgende Baugruppen hintereinander: Der Anschluss der Eingangsspannung aus dem Netz (230 Volt) mit einer Sicherung gegen Kurzschlüsse und Überlastung, ein Transformator zur Umwandlung der Netzspannung in niedrigere Spannungen, eine Gleichrichter-Schaltung und am Ende größere Kondensatoren zur Glättung der Gleichspannung. Nach der Siebung erfolgt manchmal noch eine Stabilisierung oder eine DC/DC-Wandlung zur Erzeugung weiterer Hilfsspannungen.
Aufgrund der anliegenden Netzspannung besteht bei Arbeiten am geöffneten Netzteil bei angeschlossenem Netzkabel Lebensgefahr. Grundsätzlich sollte die Fehlersuche deshalb bei getrennter Netzverbindung erfolgen, also: Stecker raus! Ob an den einzelnen Baugruppen die jeweils notwendige Spannung anliegt, lässt sich freilich nur überprüfen, wenn man das Gerät an der Netzspannung betreibt. Dabei muss man einige Vorsichtsmaßnahmen unbedingt beherzigen. Zunächst sollte man keinerlei Schmuck tragen oder Uhren mit Metallarmband, weil sie das Risiko, versehentlich mit spannungführenden Teilen in Berührung zu kommen, stark erhöhen und zudem den Widerstand an der Haut verringern und die Gefahr damit erhöhen. Am sichersten wäre es, den Testbetrieb über einen Trenntrafo zu bewerkstelligen, der allerdings selten zur Verfügung stehen dürfte.
Einen guten Schutz vor den Gefahren eines Stromschlages bieten aber auch schon im Baumarkt erhältliche Fehlerstrom-Schutzschalter (FI-Schalter). Je geringer der Auslösestrom (FI) in Milliampere, desto besser. Es gibt solche Schutzschalter auch fertig in Steckdosenleisten eingebaut im Elektrofachhandel. Ihr Einsatz ist dringend anzuraten.
Sicherungen
Bei einem komplett ausgefallenen Gerät gilt der erste Blick der Schmelzsicherung. Auch wenn ein Defekt nicht sichtbar ist, sollte man sie herausnehmen und auf Funktion prüfen. Wenn das Multimeter im Widerstandsmessbereich Null Ohm anzeigt oder der Durchgangsprüfer piept, ist die Sicherung noch in Ordnung.
Falls kein Durchgang vorhanden sein sollte, muss man die Sicherung ersetzen. Neben dem Nennstrom, bei dem die Sicherung auslöst, unterscheidet man zwischen superflinken (FF), flinken (F), mittelträgen (M), trägen (T) und superträgen (TT) Sicherungen. Es muss unbedingt ein identischer Typ sein. Wenn das Gerät einen Fehler hat, führt eine zu hoch ausgelegte Sicherung mit hoher Wahrscheinlichkeit zu einem Totalschaden des Gerätes – von überbrückten Sicherungen ganz zu schweigen.
Ersatz besorgt man am besten gleich im Zehnerpack, das ist nicht nur günstiger, sondern erspart auch Frust, wenn im weiteren Verlauf die Sicherung erneut durchbrennt. Das ist auch ein Zeichen dafür, dass in der nachfolgenden Schaltung ein Defekt vorliegt. Nun muss man etwas tiefer in die Materie einsteigen.
Finden sich an den Bauteilen keine Defekte, sind vermutlich eine oder mehrere kalte Lötstellen die Fehlerursache. Da diese nur sehr schwer zu finden sind, ist es einfacher, alle Lötstellen auf Verdacht nachzulöten.
In manchen Geräten liegen auch hinter dem Trafo noch Spannungen von 48 Volt oder höher an. Unter ungünstigen Schwierigkeitsgrad Bedingungen stellen sie für den Menschen eine Gefahr dar.
[20]Bauteile
Transformator
Transformatoren, kurz: Trafos, sind in verschiedenen Ausführungen anzutreffen. In Audio-Netzteilen setzen sie die 230 Volt Wechselspannung aus dem Netz auf eine für die Schaltung benötigte Spannung herab. Die Eingangs- oder Primärspannung und die Ausgangs- oder Sekundärspannung sind galvanisch voneinander getrennt. Die Energie wird mit Hilfe eines Magnetfeldes übertragen, ohne dass eine direkte elektrische Verbindung vorhanden wäre. Die Sekundärwicklung kann mehrere Abgriffe aufweisen und somit verschiedene, voneinander getrennte Spannungen zur Verfügung stellen.
Ist die Sicherung in Ordnung und liegt die Netzspannung direkt an der Primärwicklung des Trafos an, muss auch an der Sekundärseite eine Wechselspannung messbar sein. Die Leerlaufspannung ist dabei etwas höher als die Spannung, welche der Trafo im normalen, störungsfreien Betrieb unter Last liefert. Falls sekundärseitig keine Spannung messbar ist, ist entweder der Trafo defekt oder die nachfolgende Schaltung hat einen Kurzschluss und zieht somit die Trafospannung herunter. In solchen Fällen trennt man die Verbindung zur nachfolgenden Baugruppe auf und misst erneut. Im günstigsten Fall handelt es sich um Schraub- oder Steckverbindungen. Sonst muss man zum Lötkolben greifen oder die weiterführenden Leiterbahnen auf der Netzteilplatine mit einem Messer durchtrennen. Hinterher kann man sie mit ein wenig Draht oder Litze und Lötzinn wieder flicken.
Liefert der Trafo keine Ausgangsspannung, so sollte man sich die Anschlüsse der Wicklung noch mal genauer ansehen, ob sie etwa abgerissen sind. Weitere Ursachenforschung hat eigentlich wenig Sinn, da Unterbrechungen der Wicklung im Inneren des Trafos kaum zu beheben sind. Es bleibt dann nur sein Austausch übrig.
Gleichrichter
Direkt hinter dem Trafo ist der Gleichrichter anzutreffen. Seine Aufgabe besteht in der Umwandlung der anliegenden Wechselspannung (AC) in eine Gleichspannung (DC). In Netzteilen von HiFi-Geräten erfolgt die Gleichrichtung meist mit Hilfe einer sogenannten Graetz-Brücke, einer Schaltung aus insgesamt vier Dioden.
Dioden lassen den Stromfluss nur in eine Richtung zu. Wird eine Diode an einer Wechselspannung betrieben, so übernimmt sie die Funktion eines Gleichrichters. Es wird nur eine Halbwelle der Wechselspannung durchgelassen.
Mit einem einfachen Multimeter im Widerstandsmessbereich oder über den eingebauten Diodentester lassen sie sich Dioden recht zuverlässig prüfen. Ihre Anschlüsse werden mit Anode (A) und Kathode (K) bezeichnet. Die Kathode ist mit einem vertikalen Strich gekennzeichnet. Für den Test muss mindestens ein Anschluss ausgelötet werden. Geprüft wird die Diode sowohl in Durchlass- als auch in Sperrrichtung. Nur wenn beide Bedingungen in der unteren Tabelle erfüllt sind, ist die Diode in Ordnung.
| Diodentest | |||
| rote Messspitze + | schwarze Messspitze - | Widerstands-messbereich | Diodentester |
| A | K | niederohmig | Anzeige der Durchlassspannung |
| K | A | hochohmig | Anzeige einer "1" |
Die angezeigte Durchlassspannung beschreibt die Spannungsschwelle, ab der die Diode vom nicht leitenden Zustand zum leitenden Zustand wechselt und sollte bei etwa 0,7 Volt liegen. Wenn in beiden Richtungen ein Kurzschluss (0 Ohm) gemessen wird, so ist die Diode defekt. Dasselbe gilt, wenn die Diode in beiden Richtungen einen unendlich hohen Widerstand aufweist.
Brückengleichrichter
Defekte Gleichrichter können Kurzschlüsse oder ein Brummen am Audio-Ausgang verursachen. Die gemessene Gleichspannung an ihrem Ausgang sollte etwa um den Faktor 1,4 größer sein als die eingangsseitige Wechselspannung.
Um aus der in der Gleichrichterschaltung gewonnenen pulsierenden eine glatte Gleichspannung zu gewinnen, werden sogenannte Siebkondensatoren eingesetzt. Sie laden sich während des Anstiegs einer Halbwelle auf und entladen sich bei absinkender Spannung am Gleichrichter wieder. Auf diese Weise sorgen sie dafür, dass die Spannung am Ausgang des Netzteils gleichmäßig glatt verläuft. Aufgrund der relativ hohen Leistung, die insbesondere Verstärker benötigen, müssen die Siebkondensatoren eine recht hohe Kapazität aufweisen. Deshalb sind an dieser Stelle Elektrolytkondensatoren anzutreffen.
Elektrolytkondensatoren (Elkos)
Die Elektrolytkondensatoren (auch Elkos genannt) sind besonders anfällig für Alterungsprozesse. Sie trocknen aus und verlieren dadurch einen Teil ihrer ursprünglich vorhandenen Kapazität. Hohe Temperaturen beschleunigen die Alterung zusätzlich. Bemerkbar macht sich dies beispielsweise bei einem Verstärker durch ein hörbares Brummen (50 oder 100 Hertz) aus den Lautsprechern oder auch in einer schlechten Basswiedergabe bei etwas höheren Lautstärken.
Ist an einem Elko eine Wölbung zu erkennen oder ist er bereits ausgelaufen, so steht auch ohne Messung eindeutig fest: Der Elko ist defekt und muss ausgetauscht werden. Ein explodierter Elko ist auch bei geschlossenem Gehäuse oftmals bereits durch den Geruch erkennbar. Es gibt zwei Duftrichtungen: Fisch und Nuss. Aber auch gut aussehende Kondensatoren können defekt sein.
Sehr verbreitet aber leider nicht sehr zuverlässig ist der Funktionstest von Elkos mit einem Multimeter im Widerstandsmessbereich. In dieser Betriebsart legt das Messgerät an seinen Anschlüssen eine Messspannung an. Hierdurch wird der Kondensator geladen. Bei einem ungeladenen Kondensator misst man zunächst einen niedrigen Widerstandswert, welcher mit zunehmender Ladung des Kondensators immer weiter ansteigt. Der am Ende gemessene Widerstand muss hochohmig sein. Andernfalls hat der Kondensator einen Kurzschluss. Für die Tests muss bei axialen (liegenden) Kondensatoren ein Anschluss abgelötet werden. Radiale (stehende) Typen müssen ganz ausgelötet werden.
Allerdings kann man mit dieser einfachen Methode nicht herausfinden, ob der Kondensator noch seine volle Kapazität hat und ob der sogenannte ESR (Equivalent Series Resistance, Serienersatzwiderstand) stimmt. Ein erhöhter ESR gibt Auskunft über den Alterungszustand und die damit verschlechterte die Leistungsfähigkeit des Bauelements und führt zu (hörbarem) Leistungsabfall oder Brummen. Ein Kurzschluss tritt bei einem Kondensator seltener auf. Kapazitätsverlust hingegen ist ein sehr oft anzutreffendes Problem. Empfehlenswert für die genauere Untersuchung ist der vorgestellte ESR-Tester (PDF) [21].
Einem gealterten Netzteilkondensator kann man auch mit einem Oszilloskop auf die Spur kommen. Um damit die Restwelligkeit (Brummspannung) zu messen wird bei Verstärkern ein Signal zugespielt und die Lautstärke etwas weiter aufgedreht. Anstelle eines Lautsprechers kann man auch einen Hochlastwiderstand verwenden. Das Oszilloskop sollte nur eine horizontale Linie (DC = Gleichspannung) ohne Ausschlag anzeigen. Störungen dürfen nicht vorhanden sein. Ein eventuell vorhandener Wechselspannungsanteil kann über die am Eingang des Oszilloskops vorhandene Kopplungsart "AC" gemessen werden.
Beim Austausch von Kondensatoren ist die Nennkapazität einzuhalten. Eine höhere Kapazität verbessert zwar die Glättung, verursacht aber auch höhere Ströme, für die das Netzteil nicht ausgelegt ist. Die Spannungsfestigkeit des Austauschbauteils kann hingegen auch größer sein als beim Original. Beim Einlöten ist unbedingt die Polarität zu beachten, sonst besteht Explosionsgefahr.
Spannungsregler, Z-Diode, Metallpapierkondensator
Spannungsregler
Vorhandene Gleichspannungen werden mit Hilfe von Spannungsreglern (sogenannte Längsregler) herabgesetzt und stabilisiert. Unabhängig von der Last der nachfolgenden Schaltung wird die Ausgangsspannung auf einem konstanten Wert gehalten. Bei komplexen Geräten, zum Beispiel den Heimkinoverstärkern, werden viele unterschiedliche Spannungen für die verschiedenen Funktionseinheiten, wie Standby-Netzteil, RDS-Radio, Decoderstufe, Videoverarbeitung, Anzeigeeinheit et cetera benötigt. Manchmal sind mehrere Netzteilplatinen in einem Gerät verteilt auf denen unterschiedliche Spannungsregler zu finden sind.
Verbreitet sind die Typen 78xx (positiver Spannungsregler) und 79xx (negativer Spannungsregler). Das xx gibt hierbei die stabilisierte Ausgangsspannung an. Symmetrische Spannungen werden in der Audiotechnik beispielsweise für den Betrieb von Operationsverstärkern benötigt. Neben den Festspannungsreglern kommen auch eine Vielzahl einstellbarer Spannungsregler zum Einsatz. Hier benötigt man die Datenblätter der Bauelemente. Seit etlichen Jahren sehr verbreitet ist beispielsweise der einstellbare Spannungsregler LM317. Durch die äußere Beschaltung des Bauelements wird die Ausgangsspannung bestimmt.
Wird ein Spannungsregler in einer Schaltung ungewöhnlich heiß, so kann dies ein Indikator für einen Kurzschluss in der nachfolgenden Schaltung sein. Im Zweifelsfall sollte man immer prüfen, ob die vorgesehenen Eingangs- und Ausgangsspannungen anliegen und bei Verdacht die Verbindungen zur nachfolgenden Schaltung wie eingangs beschrieben auftrennen, um den Fehler eingrenzen zu können.
Z-Diode
Die Z-Diode ist eine Sonderform der Diode, die sich in Durchlassrichtung wie eine normale Diode verhält, also bei Spannungen ab etwa 0,7 Volt durchlässig wird. In Sperrrichtung bricht die Spannung bei einer gewissen Höhe durch. Diese Spannung bezeichnet man auch als Zener-Spannung, die im Datenblatt angegeben wird. Aufgrund dieser Eigenschaft kann man Z-Dioden in Sperrrichtung zur Spannungsstabilisierung und -begrenzung nutzen. Die Zener-Spannung lässt sich in der Schaltung durch das Parallelschalten des Multimeters zur Diode messen.
Metallpapierkondensator
In den 70er- und 80er-Jahren wurden oft Metallpapierkondensatoren zur Netz-Entstörung eingesetzt. Sie finden sich also am Eingang des Netzteils in der Nähe des Netzschalters.
Altersbedingt bekommen MP-Kondensatoren mit der Zeit kleine Risse, welche nur bei genauem Hinsehen zu erkennen sind, und verursachen dann britzelnde Geräusche.
Wenn Luftfeuchtigkeit in das Bauteil eindringt, verabschiedet sich der Kondensator nicht selten mit einem lauten Knall. Wird ein defekter Entstörkondensator am Netzschalter entfernt und nicht ersetzt, so entstehen beim Schalten des Gerätes Schaltfunken, welche sich unter anderem als Störungen im UKW-Band zeigen. Die entstehenden Schaltfunken verkürzen zudem die Lebensdauer des Schalters.
Fazit
Die Schaltung und die einzelnen Bauteile eines klassischen Netzteils sind überschaubar und Fehler daran manchmal schon mit einfachsten Mitteln zu beheben. Wer ein wenig tiefer in die Materie eindringt, kann gealterte Bauteile erkennen und einem bereits verloren geglaubten, älteren HiFi-Schätzchen neues Leben einhauchen. (tig [22])
URL dieses Artikels:
https://www.heise.de/-6276209
Links in diesem Artikel:
[1] https://www.heise.de/meinung/Statt-Feiertag-fuer-den-Konsum-Zeit-fuer-den-Repair-Friday-6275198.html
[2] https://www.heise.de/ratgeber/Upcycling-Leseleuchte-aus-alten-Akkus-4398629.html
[3] https://www.heise.de/ratgeber/Upcycling-Lithium-Ionen-Akkus-testen-und-wiederverwenden-6033384.html
[4] https://www.heise.de/ratgeber/Upcycling-Neue-Aufgaben-fuer-alte-Smartphones-4291976.html
[5] https://www.heise.de/ratgeber/Reflow-Loeten-mit-dem-Buegeleisen-4913064.html
[6] https://www.heise.de/ratgeber/Upcycling-fuer-Maker-Neues-aus-alten-Wabentueren-herstellen-6003255.html
[7] https://www.heise.de/ratgeber/Upcycling-mit-dem-Raspi-3D-Drucker-ins-Netzwerk-bringen-via-Octoprint-6148367.html
[8] https://www.heise.de/ratgeber/Upcycling-per-Raspi-Alte-Drucker-Scanner-mit-modernen-Betriebssystemen-nutzen-6148597.html
[9] https://www.heise.de/ratgeber/Upcycling-Raspberry-Pi-als-Bruecke-zu-Altgeraeten-mit-SMBv1-Protokoll-nutzen-6148994.html
[10] https://www.heise.de/ratgeber/Upcycling-Alte-Rechner-mit-Linux-fit-machen-6197158.html
[11] https://www.heise.de/ratgeber/Upcycling-Leseleuchte-aus-alten-Akkus-4398629.html
[12] https://www.heise.de/ratgeber/Upcycling-Lithium-Ionen-Akkus-testen-und-wiederverwenden-6033384.html
[13] https://www.heise.de/ratgeber/Upcycling-Neue-Aufgaben-fuer-alte-Smartphones-4291976.html
[14] https://www.heise.de/ratgeber/Reflow-Loeten-mit-dem-Buegeleisen-4913064.html
[15] https://www.heise.de/ratgeber/Upcycling-fuer-Maker-Neues-aus-alten-Wabentueren-herstellen-6003255.html
[16] https://www.heise.de/ratgeber/Upcycling-mit-dem-Raspi-3D-Drucker-ins-Netzwerk-bringen-via-Octoprint-6148367.html
[17] https://www.heise.de/ratgeber/Upcycling-per-Raspi-Alte-Drucker-Scanner-mit-modernen-Betriebssystemen-nutzen-6148597.html
[18] https://www.heise.de/ratgeber/Upcycling-Raspberry-Pi-als-Bruecke-zu-Altgeraeten-mit-SMBv1-Protokoll-nutzen-6148994.html
[19] https://www.heise.de/ratgeber/Upcycling-Alte-Rechner-mit-Linux-fit-machen-6197158.html
[20] https://www.heise.de/make/
[21] https://www.heise.de/select/make/archiv/2014/4/seite-114
[22] mailto:tig@ct.de
Copyright © 2021 Heise Medien