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nekros7



Anmeldungsdatum: 18.08.2006
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Beitrag nekros7 Verfasst am: 30. Jul 2010 21:56    Titel: Fragen zum Verstärker Antworten mit Zitat

Hallo,
ich habe in einem Elektronik Buch ungefähr folgendes Bild eines Verstärkers gefunden. Laut dem Buch soll, wenn man eine Wechselspannung an A anliegt das Signal verstärkt werden und man beim Kopfhörer etwas hören. Ich verstehe ein paar Dinge nicht so ganz:

1) Wozu brauche ich den Kondensator C1?
2) Wozu brauche ich den Kondensator C2?
3) Wozu brauche ich den Widerstand R1?

Es handelt sich um einen npn Transistor. Für eure Hilfe wäre ich dankbar, da ich endlich mal die Funktionsweise von Transistoren verstehen muss...



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schnudl
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Beitrag schnudl Verfasst am: 30. Jul 2010 22:20    Titel: Antworten mit Zitat

Vergiss erst mal C1 und C2 und versuche zunächst zu verstehen, wie groß die Spannung zwischen C und E sein wird, wenn du kein Signal (über C1) und keine Last (über C2) anschliesst und nur T und R1, R2 hast. Die Spannungen und Ströme, die sich hier einstellen nennt man den Arbeitspunkt. Was weisst du denn schon über NPN Transistoren?

Diese spezielle Schaltung mit R1 und R2 dient zur Stabilisierung des Arbeitspunkts. Man will vermeiden, dass der Arbeitspunkt wegdriftet, wenn sich der Transistor erwärmt und sich damit seine Kenngrößen ändern. Die verwendete Technik nennt man "Gegenkopplung".

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Wenn du eine weise Antwort verlangst, musst du vernünftig fragen (Goethe)
nekros7



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Beitrag nekros7 Verfasst am: 31. Jul 2010 10:23    Titel: Antworten mit Zitat

Über Transistoren weiss ich, dass das z.B npn Transistoren 2 verschachtelte Dioden sind. Wenn jetzt ein kleiner Basisstrom fliesst (B->E) kann dann auch vom Emitter zum Collektor ein viel größerer Strom fließen.
Ich denke, deswegen kann man das auch als Verstärker verwenden. Das Signal von BE wird über EC verstärkt.
Wenn ich jetzt keine C1 und C2 habe...wie kann man das die CE Spannung ausrechnen? Ich würde sagen, alles außer der Schwellenspannung von LED 1 und dem Spannungsabfall an R2 fällt an R1 und T ab? Muss man R1 und T parallel geschaltet betrachten?
schnudl
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Beitrag schnudl Verfasst am: 31. Jul 2010 13:24    Titel: Antworten mit Zitat

Der Verstärkungseffekt kommt dadurch zustande, dass kleine Änderungen des Basisstroms große Änderungen des Kollektorstroms zur Folge haben.



Eine kleine Änderung am Eingang bewirkt daher eine große Änderung am Ausgang. Damit man überhaupt von einer Änderung sprechen kann, muss aber zunächst ein Arbeitspunkt eingestellt werden, um den sich alles ändert. Der Arbeitspunkt wird so gewählt werden, dass die Spannung U(CE) etwa die Hälfte der Versorgungsspannung ist. Bei uns ist diese 9V und der Arbeitspunkt wird bei U(ce)=4,5V liegen. Auf diese Weise kann man einen positiven Hub von 4,5V erzeugen (T sperrt dann völlig), sowie einen negativen Hub von 4,5V (T leitet dann völlig).

Es wäre ja schlecht, wenn der Arbeitspunkt etwa bei 8V liegen würde, denn dann könnte man positive Halbwellen nur bis 1V verstärken, und dann wird abgeschnitten...Es ist daher wichtig, den Arbeitspunkt möglichst in der Mitte der Betriebsspannung zu stabilisieren, damit sich dieser bei Temperaturschwankungen nicht zu sehr ändert.

In deiner Schaltung geschieht dies durch Spannungsgegenkopplung: Wird nämlich die Temperatur größer, so leitet der Transistor T besser. Dadurch sinkt die Spannung am Kollektor, und demzufolge auch der Basisstrom. Der nun kleinere Basisstrom bewirkt aber wiederum, dass T wieder etwas schlechter leitet, und der Temperatureffekt dadurch (teilweise) aufgehoben wird.

Darüberhinaus bewirkt die Gegenkopplung auch, dass fertigungsbedingte Streuungen der Transistoren nicht so stark in die Verstärkungseigenschaften der Schaltung eingehen. Durch geeignete Wahl der Widerstände kann man erreichen, dass der Verstärkungsfaktor weitgehend nur von R1/R2 abhängt, und nicht mehr vom B des Transistors. Dadurch reduziert man auch nichtlineare Verzerrungen, und der Klirrfaktor wird besser.

Die Kondensatoren dienen dazu, dass von der Signalquelle nur Wechselspannungen eingekoppelt und an den Lautsprecher nur Wechselspannungen ausgekoppelt werden. Egal was man am Eingang oder Ausgang anhängt - es soll den Arbeitspunkt nicht dauerhaft verschieben. Würde man die Koppelkondensatoren weglassen, so würde genau das passieren, was aus obigen Gründen natürlich nicht erwünscht ist.

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nekros7



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Beitrag nekros7 Verfasst am: 31. Jul 2010 13:57    Titel: Antworten mit Zitat

Zitat:
Arbeitspunkt wird bei U(ce)=4,5V liegen

Woher weiss man, dass der Arbeitspunkt bei 4.5 V liegt?

Zitat:
Die Kondensatoren dienen dazu, dass von der Signalquelle nur Wechselspannungen eingekoppelt und an den Lautsprecher nur Wechselspannungen ausgekoppelt werden.

Das ist doch weil der Kondensator Gleichspannungen blockt, läd sich auf und bleibt dann so; Wechselspannungen können jedoch ungehindert durch, oder?

Zitat:
es soll den Arbeitspunkt nicht dauerhaft verschieben. Würde man die Koppelkondensatoren weglassen, so würde genau das passieren,

Warum würde sich der Arbeitspunkt verschieben?
schnudl
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Beitrag schnudl Verfasst am: 31. Jul 2010 19:41    Titel: Antworten mit Zitat

nekros7 hat Folgendes geschrieben:
Zitat:
Arbeitspunkt wird bei U(ce)=4,5V liegen

Woher weiss man, dass der Arbeitspunkt bei 4.5 V liegt?

weil es Sinn macht, ihn in die Mitte zu legen. Er kann bei deiner Schaltung auch wo anders liegen, aber man wird zumindest danach trachten...

Zitat:
Die Kondensatoren dienen dazu, dass von der Signalquelle nur Wechselspannungen eingekoppelt und an den Lautsprecher nur Wechselspannungen ausgekoppelt werden.

Das ist doch weil der Kondensator Gleichspannungen blockt, läd sich auf und bleibt dann so; Wechselspannungen können jedoch ungehindert durch, oder?

Ja, so ist es in etwa gedacht.

Zitat:
es soll den Arbeitspunkt nicht dauerhaft verschieben. Würde man die Koppelkondensatoren weglassen, so würde genau das passieren,

Warum würde sich der Arbeitspunkt verschieben?

Angenommen du schließt den Ausgang der ersten Stufe ohne C an den Eingang einer weiteren, identischen Stufe - wieder ohne C an. Damit würde der Arbeitspunkt der ersten Stufe (genauer die Spannung am Kollektor), also ca. 4,5V direkt an der Basis der zweiten Stufe liegen. Der Transistor der zweiten Stufe würde daher einen viel zu großen Basisstrom bekommen und einfach satt durchschalten. Die Ausgangsspannung wäre dann ca. 0,2V und eine Verstärkung nicht mehr möglich. Mit den Koppelkapazitäten passiert das nicht. Wenn die einzelnen Stufen arbeitspunktmässig aneinander angepasst sind, können die Koppelkapazitäten auch entfallen. Das ist z.B. in einem integrierten Operationsverstärker der Fall - im allgemeinen aber nicht.

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nekros7



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Beitrag nekros7 Verfasst am: 01. Aug 2010 10:16    Titel: Antworten mit Zitat

Wie kann man sich die Formel für die Bestimmung des Arbeitspunktes herleiten? Hängt ja anscheinende nur von R1 und R2 ab.

Zitat:

Angenommen du schließt den Ausgang der ersten Stufe ohne C an den Eingang einer weiteren, identischen Stufe - wieder ohne C an. Damit würde der Arbeitspunkt der ersten Stufe (genauer die Spannung am Kollektor), also ca. 4,5V direkt an der Basis der zweiten Stufe liegen. Der Transistor der zweiten Stufe würde daher einen viel zu großen Basisstrom bekommen und einfach satt durchschalten. Die Ausgangsspannung wäre dann ca. 0,2V und eine Verstärkung nicht mehr möglich. Mit den Koppelkapazitäten passiert das nicht. Wenn die einzelnen Stufen arbeitspunktmässig aneinander angepasst sind, können die Koppelkapazitäten auch entfallen. Das ist z.B. in einem integrierten Operationsverstärker der Fall - im allgemeinen aber nicht.

Wie muss denn der zweite Transistor geschaltet sein?
Muss die Basis von T2 an den Emitter angeschlossen werden und parallel der Kondensator zu Basis von T2?
schnudl
Moderator


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Beitrag schnudl Verfasst am: 02. Aug 2010 19:15    Titel: Antworten mit Zitat

Vielleicht hilft dir dieses Bild um zu verstehen, was in der Schaltung vor sich geht. Die Kurven geben die Spannungsverläufe an den Punkten A-E an. Insgesamt verstärken die beiden Stufen um den Faktor 6000.

smile



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Beitrag nekros7 Verfasst am: 02. Aug 2010 19:33    Titel: Antworten mit Zitat

Muss man das ganze von rechts nach links lesen? Weil ja bei B der größte Spannungswert vorliegt?
schnudl
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Beitrag schnudl Verfasst am: 02. Aug 2010 19:42    Titel: Antworten mit Zitat

Von links nach rechts entsprechend der Beschriftung.

Du hast das Prinzip immer noch nicht verstanden. Im Punkt B variiert die Spannung von 6,573 bis 6,584 V. Das ist eine Amplitude von 11mV, welche um den Arbeitspunkt von 6,578V liegt. Im Punkt C (nach dem Koppelkondensator) ist die Amplitude immer noch 11mV, aber der Arbeitspunkt liegt bei 703mV.

Im Punkt D und E ist die Amplitude jeweils ca. 600mV, einmal mit Arbeitspunkt 5,6V und einmal mit 0V (nach Koppelkondensator).

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Zuletzt bearbeitet von schnudl am 02. Aug 2010 19:45, insgesamt einmal bearbeitet
nekros7



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Beitrag nekros7 Verfasst am: 02. Aug 2010 19:44    Titel: Antworten mit Zitat

Warum ist die Spannung am Punkt C geringer als am Punkt B?
schnudl
Moderator


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Beitrag schnudl Verfasst am: 02. Aug 2010 19:49    Titel: Antworten mit Zitat

Weil zwischen B und E immer etwa 0,7V liegen. Das ist bei jedem Transistor der Fall. Der Koppelkondensator sorgt dafür, dass diese beiden verschiedenen Spannungsniveaus (=Arbeitspunkte) vorliegen dürfen, und dabei das Wechselspannungssignal trotzdem voll durchgeht. In anderen Worten: Die beiden Stufen sehen sich gleichspannungsmässig nicht, wechselspannungsmässig aber sehr wohl.
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Beitrag nekros7 Verfasst am: 02. Aug 2010 20:06    Titel: Antworten mit Zitat

Zitat:
Im Punkt C (nach dem Koppelkondensator) ist die Amplitude immer noch 11mV, aber der Arbeitspunkt liegt bei 703mV.

Wenn vor und nach dem ersten Transistor 11mV Amplitude vorliegen, wozu braucht man denn dann?
Mir ist das mit den Arbeitspunkten nicht so ganz klar...
schnudl
Moderator


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Beitrag schnudl Verfasst am: 02. Aug 2010 20:42    Titel: Antworten mit Zitat

die beiden Punkte B und C liegen beide NACH dem ersten Transistor T1, aber einmal vor und einmal nach dem Koppelkondensator. Vor T1 ist die Amplitude 0.1mV!
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Beitrag nekros7 Verfasst am: 03. Aug 2010 20:31    Titel: Antworten mit Zitat

Kannst du noch mal erläutern, wie der Zusammenhang zwischen Arbeitspunkte und Amplitude ist?
Kannst du eine Literatur empfehlen, wo man solche Schaltungen beschrieben vorfindet?
schnudl
Moderator


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Beitrag schnudl Verfasst am: 03. Aug 2010 22:23    Titel: Antworten mit Zitat

Zwischen Arbeitspunkt und Amplitude besteht zunächst mal kein direkter Zusammenhang. Der Arbeitspunkt spiegelt mehr die statischen Eigenschaften eines Verstärkers wieder, während die dynamischen Eigenschaften, die für das Verhalten bezüglich zeitlicher Änderungen zuständig sind durch die Kleinsignalparameter hergestellt werden. Siehe dazu z.B.

http://de.wikipedia.org/wiki/Mathematische_Beschreibung_des_Bipolartransistors

Es würde viel zu weit führen, das alles hier zu erklären. Schau mal nach im

http://www.elektronik-kompendium.de/

Dort findest du von der Pieke an alles über Transistoren und deren Grundschaltungen. Es muss dir aber klar sein, dass man das alles nicht an einem Abend erlernen kann!

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nekros7



Anmeldungsdatum: 18.08.2006
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Beitrag nekros7 Verfasst am: 03. Aug 2010 23:16    Titel: Antworten mit Zitat

Ok, danke für die Tipps. Werde mich mal damit genauer befassen...und mehr als an nur einem Abend...
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