Schaltkreise analysieren

[Moraxno]

Hallo liebe Elektronikfans,

Ich bin baldiger Abiturient und danach hoffentlich Student für Regelungstechnik und Kybernetik. Davon abgesehen habe ich mich in meiner freien Zeit mit einem älteren Elektrobaukasten beschäftigt und mich an etwas aus dem Physikunterricht erinnert: Schwingkreise und elektromagnetische Wellen. Dabei kam ich auf den Gedanken, mir selber einen kleinen Sender und Empfänger zu bauen, nach dem Morseprinzip mit einem Taster. (Mir ist bewusst, dass der Einsatz solcher Geräte ohne Genehmigung in Deutschland eine Ordnungswidrigkeit darstellt, aber ich würde die Geräte leistungsschwach halten und im Keller kurzzeitig nutzen). Nach einigen Recherchen habe ich im Internet zahlreiche Bauanleitungen gefunden, nur leider baue ich ungern Sachen nach, ohne sie vollständig zu verstehen.
Ich kenne das Prinzip des Schwingkreises und auch die Funktionen von Bauteilen wie Spulen, Kondensatoren, Transistoren und Potentiometern, aber dennoch fällt es mir schwer die Abläufe in diesen Schaltkreisen nachzuvollziehen, besonders wenn sich der "Zustand" des Schaltkreises periodisch ändert. Zum Beispiel will mir nicht in den Kopf gehen, warum diese Schaltung abwechselnd blinkt.



Meiner Meinung nach müsste die ganze Zeit LED 2 leuchten.
Mir ist klar, dass die Elkos und Transistoren für das Blinkverhalten verantwortlich sein müssen, aber ich verstehe einfach nicht wieso.

Außerdem hatte ich mir als Vorlage diese Schaltung herausgesucht.



Mein Problem hier ist: Ich hab herausbekommen, dass der blaue Bereich zum Glätten der Spannung dient, aber was ist das rot markierte? Eine einzelne Kondensatorplatte?

Da ich hier immer wieder ins Stocken gerate, wollte ich mal euch dazu befragen.

Vielen Dank an alle die sich mit meiner kleinen Bitte auseinandersetzen

Moraxno

[Ney]

Das "rot markierte" ist die Masse. Du überspringst einfach zu schnell einige Stufen in deiner Ausbildung. Im Moment wäre es nur wichtig, dass du die Mathematik beherrschst. Das wird dein späteres Werkzeug sein und das ist wirklich ernst gemeint. Bis zu diesen Oszillatoren ist ein sehr weiter Weg.

Beinahe hätte ich die Physik vergessen

[Moraxno]

Naja, sowohl in Mathe als auch in Physik stehe ich auf 14 bzw. 15 Punkten und ab Mittwoch habe ich meine letzte Abiturprüfung in Geschichte abgelegt. Das heißt bis zum Studium lerne ich wohl in Mathe und Physik nichts Neues mehr.

Mein Gedankengang war folgender: Da sich Strom immer den Weg des geringsten Widerstandes sucht, würde er versuchen über R3 und R4 zu fließen. Da stehen aber Transistoren im Weg. Also Alternativweg über R1, da der als zweitkleinster Widerstand vorhanden ist. Der Strom landet an der Basis von T2 und öffnet den Weg über R4. Das Ganze würde pro Sekunde was-weiß-ich-wie-oft (die Formel dafür findet sich sicherlich irgendwo im Internet) wechseln und die Lampe leuchtet.

Ach übrigens, danke dass du mir meine "einsame Kondensatorplatte" erklärt hast.

Ich weiß, dass ich hier was versuche, wofür man normalerweise eine viel höhere Ausbildung braucht, aber ich bin lernfähig und physikbegeistert, deswegen würde ich mich daran gerne probieren. Ich würde wetten, dass ich einfach nur einen winzigen Denkfehler bei der Schaltung habe.

[Ney]

Die Transistoren "stehen nicht im Weg". Durch die Kondensatoren fließen die sog. Basisströme, die dafür sorgen, dass die Transistoren durchgesteuert werden.
Deshalb sage ich doch, dass du zu schnell bist. Fang an mit den einfachen Dingen. Man kann sich auch mit den Transistoren bis zu einem gewissen Punkt beschäftigen, aber dazu solltest du wirklich deren Funktionsweise verstehen

[Moraxno]

Ein simpler Transistor hat eine Basis, einen Kollektor und einen Emitter. Wenn an der Basis eine vergleichsweise geringe Spannung anliegt kann vom Kollektor ein größerer Strom zum Emitter fließen, liegt an der Basis kein Strom an, kann auch vom Kollektor kein Strom zum Emitter fließen. (Zumindest für den npn-Transistor, beim pnp-Transistor geht der Weg vom Emitter zum Kollektor.)

In der Schule haben wir nie mit Elektrolytkondesatoren gearbeitet, sondern nur mit Plattenkondensatoren (was verständlich ist, da man bei denen nicht auf die Polung achten muss und sie auch etwas schwerer kaputt kriegt).
Daher, glaube ich, rührt meine Verwirrung. Ich ging davon aus, dass ich zum Laden des Elkos + an - und - an + schalten muss, wie es normalerweise so bei Verbrauchern geschieht. Mir ist aber erst jetzt aufgefallen, dass diese Pole für den geladenen Kondensator gelten. Jetzt verstehe ich auch, wieso die Lampen nicht unbegrenzt lange leuchten: Weil die Kondensatoren voll aufgeladen sind und keine Ladungen mehr aufnehmen können und damit kein Strom mehr zur Basis fließt, dadurch ist der Strom dann gezwungen zur Basis des anderen Transistors zu fließen und dort die Lampe leuchten zu lassen.

Wenn ich das ganze richtig verstanden habe, dann sollte LED 1 leuchten, während sich C 2 auflädt, oder?

[Ney]

http://elektroniktutor.oszkim.de/analog ... tabil.html

[Moraxno]

Dankeschön für deine Hilfe @Ney.

Zusammen mit deinem Link und diesem hier [http://www.hobby-bastelecke.de/grundschaltungen/multivibrator.htm] hab ich das ganze jetzt verstanden.
Mein Problem war einfach der Kondensator.

Kann ich dich hier irgendwie als beste Antwort oder hilfreich oder so auszeichnen? :D

[Ney]

Aber bitte! Keine Ahnung, ob es so etwas gibt. Deine Begeisterung ist nicht zu übersehen, aber der Weg ist immer noch sehr lang.
Viel interessanter ist der Betrieb des Transistors in der Analogtechnik. Trotzdem, an Grundlagen wirst du auch nicht vorbei können

http://www.elektronik-kompendium.de/sit ... 201291.htm

[derguteweka]

Moin,

Ich weiß, dass ich hier was versuche, wofür man normalerweise eine viel höhere Ausbildung braucht, aber ich bin lernfähig und physikbegeistert, deswegen würde ich mich daran gerne probieren. Ich würde wetten, dass ich einfach nur einen winzigen Denkfehler bei der Schaltung habe.

Neeeneee, erwart' dir nicht so viel von "hoeheren Ausbildungen". Vor ca. 1000 Jahren hatte ich als Facharbeit Physik das Thema: "Physikalische Vorgaenge am astabilen Multivibrator" - da gings genau um diese Schaltung...Und ich war weit, weit weg von 14 oder 15 Punkten in M oder Phy.
Auch andere Oszillatoren kann man sich ausreichend gut mit Schulphysik erklaeren. Ein weit verbreitetes Prinzip beim Oszillator ist wie bei einem Verstaerker mit Lautsprecher und Mikrofon: Wenn man zu laut aufdreht, bzw. mit dem Mike zu nahe an den Lautsprecher kommt, dann faengt das ganze an zu schwingen. Und jetzt nimmt man Lautsprecher und Mikrofon weg und ersetzt die durch irgendeine lustige Schaltung z.B. aus Spulen, Kondensatoren und/oder Quarzen,die vom Ausgang des Verstaerkers auf dessen Eingang fuehren...Und weil immer in einer Schaltung irgendwo mal irgendwas rauscht, dann geht die Schwingung los (Wenn Verstaerker und Rueckkoppelnetzwerk bestimmte Bedingungen erfuellen).
So auch beim Multivibrator. Den kannst du auch als 2 stufigen Verstaerker sehen, dessen Ausgang wieder mit dem Eingang verbunden ist...

Jetzt weissich nicht, ob du's schon wusstest: Es gibt Software, die solche Schaltungen simulieren kann. Incl. "Oszilloskop", so dass man sich die Verlaeufe von Stroemen und Spannungen angugcken kann. Die ist gerne mal sauteuer und heisst "Spice". Aber fuer bargeldarme gibt's Versionen, die nix kosten; z.b. LTSpice oder auch NGspice...

Gruss
WK

[Ney]

Das war ein ganzer Vortrag. Der Junge ist gerade mit seinem Abitur fertig geworden und du redest hier wie selbstverständlich von Rückkopplung.

@Moraxno: Du kannst dir selbstverständlich etwas von höheren Ausbildungen versprechen. Was gerade dann gute von mäßigen Ingenieuren unterscheidet, sind die Grundlagen und, was sehr wichtig ist, die Mathematik

[Moraxno]

@Ney: Danke für die Ratschläge und paar Websites auf die du mich geführt hast, ich hoffe ich darf nochmal wiederkommen wenn sich weitere Fragen auftun. ^^

@derguteweka: Dankeschön, von der Software habe ich bisher noch nichts gehört, das wird mir vielleicht die nächsten 2-3 Posts hier ersparen.

[anders]

Zum Beispiel will mir nicht in den Kopf gehen, warum diese Schaltung abwechselnd blinkt.

Sie blinkt ja auch nicht, solange die Brücke von A nach B vorhanden ist.

Meiner Meinung nach müsste die ganze Zeit LED 2 leuchten.

Stimmt.

Für einen kurzen Moment nach dem Anlegen der Betriebsspannung wird C1 über R3 und LED1 sowie die B-E-Diode von T2 aufgeladen, aber nach einigen Sekunden ist dieser Vorgang praktisch abgeschlossen und dann fliesst dort fast kein Strom mehr und LED1 verlischt.
Danach und bis in alle Ewigkeit oder bis die Batterie leer ist, wird T2 nur noch über R1 angesteuert.
Leider hast du die Höhe der Betriebsspannung nicht erwähnt, aber wenn man einmal annimmt, dass es 5V sind, dann beträgt der Basisstrom des T2 nun etwa (5V - 0,65V) / 22kOhm = 198µA.

Den daraus resultierenden Kollektorstrom des T2 kann man ohne Kenntnis des Transistortyps schlecht abschätzen, weil die Stromverstärkung stark vom Typ abhängt.
Bei den meisten npn-Transistoren liegt die Stromverstärkung im Bereich von etwa 50..500, aber manche Typen verlassen diesen Bereich weit nach der einen oder anderen Seite.
Für die in solchen Schaltungen gängigen Transistoren wird es nicht ganz falsch sein mit einer Stromverstärkung von ca. 200 zu rechnen, und dann resultiert aus den ca. 20µA Basisstrom ein möglicher Kollektorstrom von etwa 40mA.

Dieser Strom könnte also durch LED2 fliessen, wenn er nicht wegen des Spannungsabfalls an R4, LED2 und T2 auf einen geringeren Wert begrenzt würde.
Für eine grüne LED könnte man eine Flußspannung von etwa 2,2V annehmen, der Spannungsabfall am Transistor dürfte bei etw 0,5V liegen (die Stromverstärkung fällt bei so niedrigen Kollektor-Emitterspannung schon deutlich ab) und daraus ergibt sich der Betriebssdtrom der LED zu (5V - 2,2V - 0,5V) / 470 Ohm = ca. 5mA.

Blinken kann diese Schaltung erst, wenn man die Brücke zwischen A und B entfernt.

[Moraxno]

Dass die Brücke entfernt werden muss, weiß ich :D. Ich war an dem Sonntag im Kopf auch ein bisschen fertig. Ich hatte viel zu tun, aber die Schaltung ließ mich nicht in Ruhe und ich hab sie mir immer wieder zwischendurch angesehen, mir irgendwas dabei gedacht und musste sie wieder weglegen und wenn ich später draufgeguckt habe hatte ich meinen letzten Gedanken verloren und hab mich damit ein wenig selber terrorisiert, weil ich dadurch nicht weiterkam. Naja, falls es dich noch interessiert: Das Ding ist für einen 9V Block konzipiert und zu den Transistoren kann ich leider nix weiter sagen, denn die sind unbeschriftet - Wie gesagt, die Schaltung gehört zu einem älteren Experimentierkasten und für den gibt es leider keine Bestellscheine mehr und in der Auflistung ist er nur als "npn-Transistormodul" gekennzeichnet. :/

Trotzdem danke, für die Erklärung und deine Mühen :D

PS: Der Blinkvorgang findet 100%ig statt, so neugierig war ich dann schon.

PPS:

Die Transistoren "stehen nicht im Weg". Durch die Kondensatoren fließen die sog. Basisströme, die dafür sorgen, dass die Transistoren durchgesteuert werden.
Deshalb sage ich doch, dass du zu schnell bist. Fang an mit den einfachen Dingen. Man kann sich auch mit den Transistoren bis zu einem gewissen Punkt beschäftigen, aber dazu solltest du wirklich deren Funktionsweise verstehen

Was wäre denn etwas Einfacheres zum beschäftigen? Und was gibt's denn Spannendes mit Transitoren zu basteln?

[BernhardS]

Die Schaltung funktioniert mit jedem NPN-Transistor bzw. wenn man alles umpolt mit jedem PNP Transistor.
Bei der Zeitschrift Elektor gab es dafür mal die Bezeichnungen TUN, TUP, DUS und so weiter. Das heißt Transistor-Universal-NPN, Transistor-Universal-PNP, Diode-Universal-Silizium. Unsereiner hat so Kistchen oder Boxen mit Teilen die sich beim Ausschlachten so angesammelt haben oder weil 100 Stück billiger waren als 10 etc. Da kann man dann einfach reingreifen.

[Ney]

@Moraxno

Im ersten Schritt solltest du dich mit der Funktionsweise des Transistors, mit seinen Kennlinien beschäftigen.
Als nächstes schaust du dir die 3 Grundschaltungen an: Emitter-, Kollektor- und Basis-Schaltung. Wenn du diese Dinge verstanden hast, ist das eine sehr gute Grundlage, auch für die späteren Operationsverstärker. Damit hast du die schwierigsten Bauteile schon mal verstanden