Hilfe bei der Jahresarbeit

[Stromus]

@K.Techinker

Du bist hartknäckig! Vielleicht ist das auch gut so, denn diese Erfahrung, die Du mit der Schaltung machen wirst, bringt Dich eventuell auf den richtigen Geschmack für die Elektronik.
Die Schaltung, die Du gewählt hast, bereitet einige Fallen. Sie ist schwierig zu behandeln und auch zu verstehen. Der beste Beweis ist die Tatsache, dass der Seiteninhaber auch nicht richtig wusste, wie sie funktioniert.
Das vesentliche liegt beim ersten Teil mit der Transistorschaltung. Diese stellt ein Spannungsverstärker in Form einer sog. Emitterschaltung mit Spannungsgegenkopplung (realisiert durch den Widerstand R2) dar. Der Sinn dieser Vorgehensweise ist, die Abhängigkeit des Transistors von Temperaturschwankungen abzufangen. Wenn Interesse besteht, werde ich Dir in einer gesonderten Folge erklären, wie das funktioniert.
Tatsache ist aber, dass durch ein fehlendes Bauteil diese Aktion auch wieder umsonst war. Dieses Bauteil wäre ein Widerstand seriell geschaltet zwischen Mikro und Eingang des Transistrors (Kondensator C1).
Da dieses Bauteil fehlt gibt es zwei Auswirkungen:
1. Der Eingangswiderstand des Transistors ist sehr gering und belastet das Mikrosignal
2. Die Verstärkung der Transistorschaltung ist als:

V = R_Kollektor/re
re wird als Emitterwiderstand beschrieben mit dem Wert: ca. 25mV/(Kollektorstrom im Arbeitspunkt).
Dazu gibt es eine ganze Litanei beschrieben hier von einem anderen User: Martin66. Besteht Interesse, so können wir auch darauf näher eingehen!

In unserem Fall ist der Kollektorstrom im Arbeitspunkt ca. 2,5mA => re = ca. 10 Ohm.
Damit beträgt die Verstärkung:
V = ca. 220

Der Seitenbetreiber gibt eine Verstärkung an als V = R2/R3 an. Das ist falsch berechnet (s.o)! Abgesehen davon sinkt die Mikrospannung wegen der Belastung ab und die Verstärkung bringt eine geringere Ausgangsspannung hervor. Das hat er wahrscheinlich durch Messungen festgestellt, konnte sich aber nicht richtig erkären, wo das herkommt, und hat irgendwann damit aufgehört, sich weitere Gedanken darüber zu machen.
Damit ist die Schaltung fehlerhaft entworfen, denn zusätzlich liegt der statische Arbeitspunkt des Transistors nicht in der Mitte der Betriebsspannung (4,5V) sondern auf ca. 3V. Das kommt von der unglücklichen Wahl der Widerstandskombination der Rückkopplung (R2) und des Kollektorwiderstandes (R3).
Hier hätte ich nach meinem Geschmack eine herkömmliche Emitterschaltung mit Stromgegenkopplung gewählt, denn diese ist wunderschön beherrschbar und sehr gut auch mit folgenden Vorzügen zu dimensionieren:

1. auch sehr hohe Verstärkung
2. sehr gute Temperaturstabilität
3. sehr hoher Eingangswiderstand (keine Mikrobelastung)
4. leicht zu dimensionieren

Wie auch immer! R1 = 10kOhm hat keine Auswirkung auf die Schaltung und kann gänzlich entfallen. C1 und C2 sollten näher betrachtet werden, denn sie sind höchstwahrscheinlich viel zu klein. Da, die Sprachfrequenzen sehr tief liegn (einige hundert Hz bis ca 5kHz ausreichend), und die jeweiligen Ein- und Ausgangswiderstände ziemlich klein/groß sind, sollten entsprechend die sich dadurch ergebenden Spannungsteiler sehr klein ausfallen.
Willst Du trotzdem auf dieser Schiene weitermachen????

[kein Techniker!!!^^]

Alles klar^^

@Stromus
So ich habe mir Deinen Beitrag jetzt unzählige male durchgelesen. Sieht noch nicht so aus wie ichs mir vorgestellt hab, aber ich bin lernfähig! Und ich habe noch Zeit (das heißt jetzt nicht das ich alles auf die letzte Minute legen will!^^) Und Ich glaube wir müssen bei mir von ganz vorne anfangen.

Also die Transistorstufe ist für die Verstärkung zuständig, aber wofür ist der IC1 da?

Und ist Euch schon aufgefallen, dass es auf der Seite wo ich den Schaltplan herhab, jetzt ein neuer steht? Sollte ich vielleicht diesen nehmen oder soll ich bei dem bleiben, den ich schon habe?

P.S. Viele vielen lieben Dank für Eure Hilfe. Ich bin mir sicher das ich das ohne euch nicht schaffen würde. Und auch wenn ich so ziemlich nichts mit Elektronik zu tun habe (leider) würde ich es gerne hinbekommen so eine Schaltung zu bauen und vorralem zu verstehen.

[Stromus]

IC1 ist eine Weitere Verstärkerstuffe mit niederohmigen Ausgang fähig um z.B. ein Lautsprecher zu betreiben. Gleich werde ich mir auch den neuen Plan anschauen.

[Stromus]

Tut mir Leid ich konnte keine Unterschied sehen. Oder kannst Du eventuell ein link posten? Oder sehe ich die ganze Zeit den "neuen" und vorher war etwas anderes...?

[kein Techniker!!!^^]

Okay ich poste hier mal beide Versionen des Schaltplans. Zuerast dn alten, dann den neuen^^

http://img87.imageshack.us/my.php?image=123qo6.jpg
http://img99.imageshack.us/my.php?image=schyt1.gif

Ich weiß nicht genau ob sich der Schlatplan in der Funktion geändert hat, aber aufjedenfall ist er nun besser erkennbar und meiner Meinung nach besser dargstellt.

[Stromus]

Die beiden Pläne sind identisch. Falls 9V von Batterie kommt dann haben wir folgende unnötige Bauteile: R1, R4, C4 und C6.

[BernhardS]

Hallo

Brauchen manche Mikrofonkaspel nicht eine Vorspannung?

Bernhard

[Stromus]

Müsste man abklären, ob dann dieser 10k tatsächlich benötigt wird.

[Martin67]

@K.Techinker


Da dieses Bauteil fehlt gibt es zwei Auswirkungen:
1. Der Eingangswiderstand des Transistors ist sehr gering und belastet das Mikrosignal
2. Die Verstärkung der Transistorschaltung ist als:


In unserem Fall ist der Kollektorstrom im Arbeitspunkt ca. 2,5mA => re = ca. 10 Ohm.
Damit beträgt die Verstärkung:
V = ca. 220

Der Seitenbetreiber gibt eine Verstärkung an als V = R2/R3 an. Das ist falsch berechnet (s.o)! Abgesehen davon sinkt die Mikrospannung wegen der Belastung ab und die Verstärkung bringt eine geringere Ausgangsspannung hervor. Das hat er wahrscheinlich durch Messungen festgestellt, konnte sich aber nicht richtig erkären, wo das herkommt, und hat irgendwann damit aufgehört, sich weitere Gedanken darüber zu machen.
Damit ist die Schaltung fehlerhaft entworfen, denn zusätzlich liegt der statische Arbeitspunkt des Transistors nicht in der Mitte der Betriebsspannung (4,5V) sondern auf ca. 3V. Das kommt von der unglücklichen Wahl der Widerstandskombination der Rückkopplung (R2) und des Kollektorwiderstandes (R3).

Hallo,

hier möchte ich den Beitrag von Stromus noch um die Berechnung des Eingangwiderstandes ergänzen.
Stromus hat einen Kollektorstrom von 2,5mA angenommen. Durchaus praktikabel. Es stellt sich eine Spannung UCE von 3,5V ein. Damit hat er ein ß von 300 im Arbeitspunkt angenommen. @Stromus: Ich liege doch noch richtig oder?

Der Eingangswiderstand der Schaltung berechnet sich aus der Parallelschaltung von rbe||(R2/Vu).
Oben hat er bereits re zu 10Ohm berechnet. Damit kann man
rbe =re*ß berechnen. rbe =10Ohm * 300 =3kOhm.

Vu hat Stromus zu 220 berechnet. Vu fällt jedoch etwas geringer aus, wegen der Gegenkopplung und dem rCE. Stromus wollte hier jedoch sicher nicht den Rahmen sprengen.

Deshalb rechne auch ich mit Vu von 220 weiter. Daraus folgt:
Eingangswiderstand der Schaltung RE= 3kOhm||(330kOhm/220)=1kOhm

Gruß

Martin

[Stromus]

Hallo Martin,

Deine Betrachtungen sind absolut richtig. Ich wollte die Analyse nicht unnötig verkomplizieren, denn K.Techniker steckt eigentlich nicht zu fest in der Elektronik.

Sicherlich benötigt diese Schaltung, die nach meinem Geschmack einen großen Murx darstellt, noch Verfeinerungen, um nicht zu sagen, dass diese Variante eine Verschlechterung gegenüber der herkömlichen Emitterschaltung mit Stromgegenkopplung bedeutet. Warum?

1. Zu "rce"

An dieser Stelle mache ich mir die Sache einfach, und um zu sehen, ob das näherungsweise richtig ist, gehe ich hinein nach "rule of thumb":

npn-Transistoren besitzen eine Early-Spannung im Bereich 30...150V. Da das sich ergebende Dreieck ähnlich dem Dreieck auf der Kennlinie durch dUCE und dIC ist (Thales) wird rce mindestens etwa: rce = 30V/IC = 12kOhm betragen, immerhin also mindestens 6 x so groß als der Kollektorwiderstand. Vergessen wir das also.

2. Zu "Gegenkopplung"

Eigentlich ist die gesamte Verstärkung beschrieben als:

Vu = (Vu_Gegenkopplung x Vu0)/(Vu_Gegenkopplung + Vu)

Diese Geschichte ähnelt der Formel für Parallelschaltung von Widerständen. Aha! Wenn ein Basiswiderstand existieren würde, dann wäre Vu_Gegenkopplung = R2/R_Basis. R_Basis existiert nicht, oder ist der eigene Widerstand/Impedanz des Mikro's.

Diese Sache stellt dennoch eine gemeine Stolperfalle, die der Seitenbetreiber wahrscheinlich nicht berücksihtigt hat:

Dadurch, dass C1 relativ klein ist betrachten wir doch mal, was z.B. bei einer beliebigen Frequenz im Sprachbereich passiert. Nehmen wir doch an diese Frequenz würde etwa 2kHz betragen. Damit ist XC1 = ca. 800Ohm => Wir haben eine Frequenzabhängige Verstärkung durch die Gegenkopplung von ca. 330k/800Ohm = ca. 400

Damit hätten wir eine Gesamtverstärkung von 220 x 400/620 = 140

Wäre C1 = 1uF so wäre die Verstärkung durch die Gegenkopplung wiederum etwa 10 x so groß wie die Verstärkung der offenen Schleife und könnte vernachlässigt werden. Ich hatte auch erwähnt, dass die Koppelkondensatoren viel zu klein sind.

Also im Moment ist die Verstärkung der Schaltung auch noch Frequenzabhängig. Unschön!

[Martin67]

Hallo Stromus,

Stimme Dir zu!

Jetzt reizt es mich jedoch, dass ganze genauer zu bestimmen.

R2=330k
R3=2,2k
Ic=2,5mA
ß=300
rbe=3k
C1=100nF
f=2kHz -->XC=800Ohm
Earlyspannung 50V --> rce=20k

RA=330k||20k||2,2k=2k
Vu=RA/rbe*ß
Vu=2k/3k*300 =200

RE=330k/200||3k=1k

Vu(fg) =RE/sqrt(RE²+XC²)*200 =156


Einverstanden?

Hoppla, Vu liegt etwa bei 140-160 (frequenzabhängig). Vielleicht hat der Seitenbetreiber genau diese Verstärkung messtechnisch ermittelt und so die falsche Berechnungsformel Vu =R2/R3 aufgestellt. .

Anmerkung: Eine Emitterschaltung mit Stromgegenkopplung (ähnlich dimensioniert im Bezug auf Vu, Ic...) hätte einen bis zu 5mal höheren Eingangswiderstand und wäre damit weit nicht so stark frequenzabhängig. Das bekräftigt Deine Aussage hier gänzlich auf die Spannungsgegenkopplung zu verzichten.

Gruß

Martin

[Stromus]

Hallo Martin,

sieh sieh, bist Du also auch ein Freak

Ich war faul, die vollständige Berechnung unter Berücksichtigung der Phasenverschiebung aufzustellen (Betrag). Und jetzt bin ich neugierig, wie sich der Fragesteller das ganze durch die Nase zieht.

Wahrscheinlich wird aber eine Änderung in ein anderes Konzept daran scheitern, dass hier zumindest ein fertiges Layout angeboten wird, oder kann er via Flugverdrahtung ein Paar Bauteile hinzufügen?

So und eigentlich gefählt mir auch die OP-Scahltung nicht. Vielleicht schaue ich mal, was die Stabilität nach Nyquist tut.

Gruß, Stromus

[Stromus]

Beinahe hätte ich vergessen:

die Frequenzabhängigkeit kann vermindert werden, zumindest auf dieser Schiene, indem C1 vergrößert wird. Nehmen wir einen 1µF an, so wird die letzte Formel Vu(fg) verbessert und der Einfluß der Gegenkopplung auf maximal 1....2% eingegrenzt. die neue Verstärkung wäre:

Vu = 0,97....0,99 x 200 = ca. 194

Der andere Koppelkondensator am Ausgang (C2) ist auch zu klein, denn Der Ausgangswiderstand des Transistors beträgt etwa Kollektorwiderstand 2k2, oder genauer 2kOhm (von Dir Martin berechnet) und XC2 (Betrachtung bei etwa 2kHz) ist auch wieder 800Ohm (ähnlich XC1).

Bis jetzt haben wir aber den Transistor alleine betrachtet und das ist nicht ganz richtig!

Der Poti P1 ist für Lautstärkenregelung vorgesehen. Wenn die Spannung am OP-Eingang gegen die Masse klein ist, dann spielt C2 eh keine Rolle, denn eine kleine Amplitude ist erwünscht. Das ist aber auch nicht richtig, denn in der Lautstärkenregelung sollte der Poti alleine eine Rolle spielen zwecks Linearität der Regelung. Wenn die Spannung gegen Masse maximal wird, dann bewegt sich der Poti in Richtung 25kOhm (Anschlüße 1-3). Das Problem ist aber, dass der Rest (Anschlüße 2-3) als neuer Wert parallel zu R3 als Ausgangswiderstand des Transistors gilt. Der Grund ist wiederum C3!!!
Damit bekommt die Schaltung bis zum OP-Eingang (inklusive C3) die Charakteristik eines Bandpasses mit einer relativ schmalen Bandbreite. Je höher man meint die Lautstärke zu regeln, desto geringer wird die Verstärkung des Transistors sein, bis diese fast Null wird. Je höher die Frequenz wird, desto kleiner die Verstärkung, denn C3 schließt Poti 1-3 kurz und Poti2-3 parallel mit R3 bestimmt die sich einstellende Verstärkung. Zum Glück merkt man hörtechnisch nicht viel davon, denn der gute Sprachbereich oberhalb 8...9kHz keinen Sinn mehr macht und abgesehen davon wird eine Verkleinerung der Lautsprecher-Leistung nur bei einem Übergang von 1:1 zu 1:10 bemerkt.
Das bedeutet so lange der Widerstand des Poti zwischen den Anschlüßen 2-3 nicht kleiner als 1kOhm wird, so bleibt RA = ca. 600Ohm und die Verstärkung immerhin noch Vu(fg) = ca. 60 bei f = 10kHz.

Vorschlag: C3 raus!!!

Damit und bei korrekter Dimensionierung von C2 ist der korrigierte Ausgangswiderstand der Schaltung 2kOhm||25kOhm (Poti) = 1,8...1,9kOhm unabhängig von der Potistellung. Zudem ist der OP-Eingang auch hochohmig.
Ich würde XC2 auf maximal 1/10 des Ausgangswiderstandes, aber bei einer tieferen Frequenz plazieren (500Hz??) => etwa 180...190Ohm bei 500Hz => ca. C2 = mindestens 1,8µF. Wir könnten einen Geschmackswert von 2,2µF oder 3,3µF oder 4,7µF wählen (je größer, desto kleiner die Impedanz bei der tiefsten gewünschten Übertragungsfrequenz, in diesem Fall 500Hz, damit die Verstärkung ab 500Hz voll da ist).
Ich würde das ganze auf 4,7µF plazieren und gut ist => XC2 = ca. 67Ohm/500Hz. Der Teiler-Faktor gegenüber RA = 1,8...1,9kOhm beträgt etwa 1:26...1:27 bei 500Hz und wird noch größer mit steigender Frequenz.

Tiefere Frequenzen werden auch übertragen, auch wenn diese teilweise durch Spiegelungen infolge der Intermodulationseffekte erzeugt werden, aber es stellt sich die Frage, ob schließlich der Lautsprecher diese Frequenzen dann wiedergeben kann.

Fazit:
1. C1 = 1µF oder 2.2µF, weil tiefere Frequenzen als 4..500Hz keinen Sinn mehr machen. Wahrscheinlich packt der Lautsprecher dieses Frequenzen auch nicht.

2. C2 = ca. 4,7µF --> Man merkt das Verhältnis zwischen C1 und C2 als ein ähnliches Verhältnis R_Eingang (RE = 1kOhm) zu R_Ausgang (RA = ca. 1,8kOhm)

3. C3 muss unbedingt raus!

Eine Verstärkung der Transistorschaltung im Bereich 180...190 wird sich damit einstellen. Bereits 70% dieser Verstärkung werden bei ca. 60Hz vorliegen (3dB-Punkt).

[kein Techniker!!!^^]

So jetzt bin wieder ich dran mit meinen (ziemlich blöden) Fragen. Ich war heute im Elektronikfachgeschäft und habe mich mal erkundigt, wie ich mein Schaltung bauen könnte. Die konnten mir zwar nicht sonderlich weiterhelfen haben mir aber so ne komische Skizze gemalt (mit der ich natürlich nichts anfangen kann) Könnt Ihr mir vielleicht sagen, was das für Bautile sind und wofür ich sie in "meiner" Schaltung einsetzten könnte (also wofür, damit ich die Schaltung simulieren kann)?

http://img379.imageshack.us/my.php?image=img049ss9.jpg

Und noch was ganz wichtiges: Wie würdet Ihr anfangen diese Schaltung zu bauen (wenn Ihr endlich wisst wie sie Funktiniert^^), denn ich hab überhaupt Null Ahnung wie ich anfangen sollte, langsam zweifle ich daran, dass es eine gute Idee war so eine Schaltung bauen zu wollen

[BernhardS]

Morgen,

das ist ein Operationsverstärker, also der LM386.
Anfang: fang mit der Transistorstufe an bis zu C2.

Bernhard