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| elektronische_schaltungstechnik:1_grundlagen_zu_verstaerkern [2020/03/29 19:58] – [idealisierte Verstärkergrundtypen] tfischer | elektronische_schaltungstechnik:1_grundlagen_zu_verstaerkern [2023/09/19 23:08] (aktuell) – mexleadmin | ||
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| - | ====== 1. Grundlagen zu Verstärkern ====== | + | ====== 1 Grundlagen zu Verstärkern ====== |
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| - | |[G] Grundlagen| | + | {{drawio> |
| - | |.--------------. .--------------. .--------------. .--------------. | + | </ |
| - | ||[I]elektrische| |[I]Erstellung | |[H]Werkstoffe, | + | |
| - | ||+elektronische| |v. Schaltungen| |Entw.Prozesse, | + | |
| - | || Komponenten | + | |
| - | |' | + | |
| - | | : : : : | + | |
| - | .--------+----------------+----------------+---------------+------------. | + | |
| - | : | + | |
| - | .------+----------------+----------------+---------------+---. | + | |
| - | |[A] | | + | |
| - | | ELEKTRONIK | + | |
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| - | .--------+------------+--------------+--------------+--------------------. | + | |
| - | |[G] | + | |
| - | | .------+----. | + | |
| - | | |[B]Digital-| | + | |
| - | | | elektronik| | + | |
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| - | ' | + | |
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| - | .-------+--------------+-----------------+----------------+--------------. | + | |
| - | |[G] v v | + | |
| - | | .------------. .------------------. .-------------. .--------------. | + | |
| - | | |[F] Gatter, | |[J]Verstärker, | + | |
| - | | | FPGA, CPLD,| | Filter, Analog- | + | |
| - | | |CPU, PCs,.. | |Digital-Wandler, | + | |
| - | | ' | + | |
| - | ' | + | |
| - | [A]: {" | ||
| - | [B]: {" | ||
| - | [C]: {" | ||
| - | [D]: {" | ||
| - | [E]: {" | ||
| - | [F]: {" | ||
| - | [G]: {" | ||
| - | [H]: {" | ||
| - | [I]: {" | ||
| - | [J]: {" | ||
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| - | <fs small> | ||
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| ===== 1.0 Was ist elektronische Schaltungstechnik ===== | ===== 1.0 Was ist elektronische Schaltungstechnik ===== | ||
| Elektronische Schaltungstechnik umfasst verschiedene Teilbereiche der Elektronik. | Elektronische Schaltungstechnik umfasst verschiedene Teilbereiche der Elektronik. | ||
| - | Rechts | + | In <imgref tablelabel> |
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| - | In den ersten Semester hat das Fach "Grundlagen der Digitaltechnik" | + | Im Fach [[Grundlagen der Digitaltechnik:start]] wurden |
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| Die elektronische Schaltungstechnik konzentriert sich nun auf __elektr**on**ische Komponenten und deren Schaltungen__, | Die elektronische Schaltungstechnik konzentriert sich nun auf __elektr**on**ische Komponenten und deren Schaltungen__, | ||
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| Diese Komponenten und Schaltungen verbinden häufig die digitale mit der analogen Welt oder passen Spannungen und Ströme so an, dass diese weiterverwendet werden können. Daneben bilden die Komponenten " | Diese Komponenten und Schaltungen verbinden häufig die digitale mit der analogen Welt oder passen Spannungen und Ströme so an, dass diese weiterverwendet werden können. Daneben bilden die Komponenten " | ||
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| <WRAP right noprint> | <WRAP right noprint> | ||
| {{youtube> | {{youtube> | ||
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| __**Elektronik**__ ist ein Kofferwort aus Elektronen und Technik. Die " | __**Elektronik**__ ist ein Kofferwort aus Elektronen und Technik. Die " | ||
| - | Zunächst soll der Begriff Elektronik an verschiedenen Beispielen näher untersucht werden. Als erstes soll ein Transformator betrachtet werden. Ist dieser ein elektrisches oder elektronisches Bauteil? Im Transformator wird die Ausgangsspannung durch die Magnetfeldänderung erzeugt. Die Magnetfeldänderung wiederum durch die Stromänderung auf der Primärseite. Es liegt also eine direkte Transformation (eine Umwandlung) der Signale vor. Damit ist der Transistor | + | Zunächst soll der Begriff Elektronik an verschiedenen Beispielen näher untersucht werden. Als erstes soll ein Transformator betrachtet werden. Ist dieser ein elektrisches oder elektronisches Bauteil? Im Transformator wird die Ausgangsspannung durch die Magnetfeldänderung erzeugt. Die Magnetfeldänderung wiederum durch die Stromänderung auf der Primärseite. Es liegt also eine direkte Transformation (eine Umwandlung) der Signale vor. Damit ist der Transformator |
| Das zweite Bauteil welches betrachtet werden soll, ist das sogenannte Schütz. Ein Schütz, ist ein elektr(on? | Das zweite Bauteil welches betrachtet werden soll, ist das sogenannte Schütz. Ein Schütz, ist ein elektr(on? | ||
| - | Als letztes soll die Elektronenröhre im Licht der Elektronik und Elektrotechnik untersucht werden. Eine Elektronenröhre ist ein Vakuumgefäß, | + | Als letztes soll die Elektronenröhre im Licht der Elektronik und Elektrotechnik untersucht werden. Eine Elektronenröhre ist ein Vakuumgefäß, |
| In diesem Kurs befassen wir uns nur mit Halbleiterelektronikkomponenten und im wesentlichen mit Silizium als Halbleiter. | In diesem Kurs befassen wir uns nur mit Halbleiterelektronikkomponenten und im wesentlichen mit Silizium als Halbleiter. | ||
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| ===== 1.1 Warum Verstärker? | ===== 1.1 Warum Verstärker? | ||
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| <WRAP onlyprint> | <WRAP onlyprint> | ||
| - | Das Schaltsymbol des Verstärkers | + | Das Schaltsymbol des Verstärkers ist ein Rechteck mit eingefügtem Dreieck. Die Eingangsklemmen auf der linken Seite sind als $IN+$ und $IN-$ gekennzeichnet. Die Ausgangsklemmen auf der rechten Seite entsprechend mit $OUT+$ und $OUT-$. Die Eingangsspannung $U_E$, bzw. $U_{IN}$ liegt zwischen den Eingangsklemmen und die Ausgangsspannung $U_A$, bzw. $U_{OUT}$ zwischen den Ausgangsklemmen an. \\ \\ |
| Das zu verstärkende Signal kommt auf der linken Seite von einer beliebigen Quelle. Häufig lässt sich diese als ideale (Spannungs)quelle - d.h. mit Innenwiderstand - auffassen. Das verstärkte Signal wird auf der rechten Seite einer Last zugeführt. Im einfachsten Fall ist diese Last ein ohmscher Widerstand. \\ \\ | Das zu verstärkende Signal kommt auf der linken Seite von einer beliebigen Quelle. Häufig lässt sich diese als ideale (Spannungs)quelle - d.h. mit Innenwiderstand - auffassen. Das verstärkte Signal wird auf der rechten Seite einer Last zugeführt. Im einfachsten Fall ist diese Last ein ohmscher Widerstand. \\ \\ | ||
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| ==== Kenngrößen ==== | ==== Kenngrößen ==== | ||
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| - | <imgcaption | + | |
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| - | <WRAP right column | + | Bei den meisten Anwendungen wird ein Spannungsverstärker benötigt. Entsprechend wird dieser für die folgende Erklärung zu Grunde gelegt. Die ermittelten Größen gelten aber entsprechend für andere Verstärker. In <imgref |
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| + | Rechts ist eine **Simulation eines idealen Verstärkers** zu sehen. Die eingangsseitige Quelle gibt die zu verstärkende Spannung vor. Der Verstärker mit Verstärkungsfaktor 100 hat die Anschlüsse für Ein- und Ausgangsspannung eingezeichnet. Auf der rechten Seite ist als Last ein Widerstand vorgesehen; dieser kann über einen Schalter variiert werden. | ||
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| <panel type=" | <panel type=" | ||
| {{tablelayout? | {{tablelayout? | ||
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| - | Bei den meisten Anwendungen wird ein Spannungsverstärker benötigt. Entsprechend wird dieser für die folgende Erklärung | + | In der Simulation sind einige Eigenschaften eines Verstärker |
| + | - Im Idealfall fließt eingangsseitig kein Strom in den Verstärker. | ||
| + | - Der ausgangsseitige Strom ist abhängig von der angeschlossenen Last. Wird mit Hilfe des Schalters der Lastwiderstand verringert, so erhöht sich der Strom. Der Verstärker | ||
| + | - Auf der Ausgangsseite des Verstärkers kann der Strom in beide Richtungen fließen. \\ Der Verstärker stellt den Strom so ein, dass die verstärkte Spannung | ||
| + | \\ | ||
| Die Verhältnisse der Eingangs- und Ausgangsgrößen einer Blackbox nennt man **Kenngrößen**. Eine bekannte Kenngröße ist beispielsweise der Wirkungsgrad $\eta = \frac{P_A}{P_E}$. Beim Verstärker werden als Eingangs- und Ausgangsgrößen nur die Spannungen und Ströme betrachtet. In der Tabelle sind verschiedene Verstärkerkenngrößen dargestellt. \\ | Die Verhältnisse der Eingangs- und Ausgangsgrößen einer Blackbox nennt man **Kenngrößen**. Eine bekannte Kenngröße ist beispielsweise der Wirkungsgrad $\eta = \frac{P_A}{P_E}$. Beim Verstärker werden als Eingangs- und Ausgangsgrößen nur die Spannungen und Ströme betrachtet. In der Tabelle sind verschiedene Verstärkerkenngrößen dargestellt. \\ | ||
| Abhängig von der gewünschten Eingangsgröße, | Abhängig von der gewünschten Eingangsgröße, | ||
| Werden Strom und Spannung an den gleichen Anschlüssen in Verhältnis gesetzt, ergeben sich der **Eingangswiderstand** $\boldsymbol{R_E}$ und der Ausgangswiderstand $R_A$. Aus [[Elektrotechnik_1: | Werden Strom und Spannung an den gleichen Anschlüssen in Verhältnis gesetzt, ergeben sich der **Eingangswiderstand** $\boldsymbol{R_E}$ und der Ausgangswiderstand $R_A$. Aus [[Elektrotechnik_1: | ||
| Die wichtigsten Kenngrößen beim Spannungsverstärker sind die Spannungsverstärkung $A_V$, sowie Eingangs- und Ausgangswiderstand $R_E$ und $R_A$. | Die wichtigsten Kenngrößen beim Spannungsverstärker sind die Spannungsverstärkung $A_V$, sowie Eingangs- und Ausgangswiderstand $R_E$ und $R_A$. | ||
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| + | Nach den Kenngrößen soll der erste Versuch unternommen werden den inneren Aufbau des Verstärkers zu verstehen. Im vorherigen Abschnitt wurden Strom-Spannungs-Verhältnisse aus der Außenansicht ermittelt. Dort wurde auf der Eingangsseite des Verstärkers ein Eingangswiderstand $R_E$ beschrieben. Dieser wird nun im Ersatzschaltbild berücksichtigt (siehe <imgref pic2>). Auch auf der Ausgangsseite wurde ein Widerstand durch die Betrachtung als Blackbox ermittelt. Hier ist aber zusätzlich zu beachten, dass der Verstärker - dem Namen nach - das Eingangssignal verstärken soll. Hier muss also neben dem Ausgangswiderstand $R_A$ auch noch ein Element genutzt werden, welches die verstärkte Spannung ausgibt. Dies ist die eingezeichnete Spannungsquelle [(Note1> | ||
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| + | Rechts ist eine **Simulation eines (nachgebildetem) realen Verstärker** zu sehen. Die eingangsseitige Quelle hat einen hohen Innenwiderstand. Das bedeutet sie ist hochohmig und kann nur wenig Strom liefern. Der Verstärker mit Verstärkungsfaktor 100 hat - neben den Anschlüssen für Ein- und Ausgangsspannung - die Anschlüsse für die Versorgungsspannung eingezeichnet. Auf der rechten Seite ist als Last ein Widerstand vorgesehen; dieser kann über einen Schalter variiert werden. | ||
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| + | In der Simulation sind einige Eigenschaften eines Verstärker zu sehen: | ||
| + | - Eingangsseitig fließt ein geringer Strom in den Verstärker | ||
| + | - Der ausgangsseitige Strom ist abhängig von der angeschlossenen Last. Wird mit Hilfe des Schalters der Lastwiderstand verringert, so erhöht sich der Strom. Der Verstärker versucht so die gewünschte Spannung aufrecht zu erhalten. | ||
| + | - Der Verstärker kann sowohl Strom abgeben, als auch aufnehmen. \\ Der Strom auf der Ausgangsseite fließt über die Anschlüsse für die Versorgungsspannung in den Verstärker ein bzw. aus. | ||
| + | - Die Simulation beruht auf einem realen Verstärker. Dieser hat bei der ausgegebenen Spannung eine geringe Abweichung vom erwarteten Wert $U_A=\pm 2,5V$. Ein Teil der Abweichung wird in diesem Kapitel noch beschrieben. | ||
| ~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ | ~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ | ||
| ==== idealisierte Verstärkergrundtypen ==== | ==== idealisierte Verstärkergrundtypen ==== | ||
| - | <WRAP right column | + | <WRAP right column |
| <panel type=" | <panel type=" | ||
| {{tablelayout? | {{tablelayout? | ||
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| - | Je nach dem, welche Eingangsgröße welche Ausgangsgröße ändern soll, ergeben sich unterschiedliche Verstärkergrundtypen. Diese sind nebenstehend in der Tabelle aufgelistet. | + | Je nach dem, welche Eingangsgröße welche Ausgangsgröße ändern soll, ergeben sich unterschiedliche Verstärkergrundtypen. Diese sind nebenstehend in der Tabelle aufgelistet. |
| + | Wird eine Spannung eingelesen, so soll der Eingangswiderstand die Quelle möglichst wenig belasten, damit die zu messende Spannung nicht einbricht (vgl. <imgref pic2>). Dies kann auch in der Simulation des realen Verstärkers (siehe oben) leicht nachgeprüft werden. Wird dort der Widerstand der Last erhöht (Doppelklick), | ||
| + | Eine ähnliche Betrachtung lässt sich für den **Ausgangswiderstand** $\boldsymbol{R_A}$ durchführen. Soll eine Spannung ausgegeben werden, so muss der Ausgangswiderstand so dimensioniert sein, dass auch am Ausgang die Spannung an der Last nicht einbricht. Der Ausgangswiderstand möglichst klein sein, damit die dort abfallende Spannung gering wird. \\ | ||
| ~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ | ~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ | ||
| - | ==== Ersatzschaltbild ==== | + | <WRAP right>< |
| - | + | < | |
| - | {{ elektronische_schaltungstechnik: | + | </ |
| - | + | {{drawio> | |
| - | Nach den Kenngrößen soll der erste Versuch unternommen werden den inneren Aufbau des Verstärkers zu verstehen. Im vorherigen Abschnitt wurden Strom-Spannungs-Verhältnisse aus der Außenansicht ermitteln. Dort wurde auf der Eingangsseite des Verstärkers ein Eingangswiderstand beschrieben. Dieser wird ebenso im Ersatzschaltbild berücksichtigt. Auch auf der Ausgangsseite wurde ein Widerstand durch die Betrachtung als Blackbox ermittelt. Hier ist aber zusätzlich zu beachten, dass der Verstärker - dem Namen nach - das Eingangssignal verstärken soll. Hier | + | </ |
| + | Werden nun die **Eingangswiderstände** $\boldsymbol{R_E}$ **und Ausgangswiderstände** $\boldsymbol{R_A}$ **für __ideale Stromverstärker__** betrachtet, so ist ist eine andere Sichtweise auf den Verstärker günstig. Im <imgref pic3> ist der gleiche, bisher betrachtete Verstärker zu sehen. In diesem Fall sind aber alle reale Spannungsquellen durch reale Stromquellen ersetzt. Diese Umwandlung wurde bereits in [[Elektrotechnik_1: | ||
| + | Für **__Strom-Spannungs- und Spannungs-Strom-Wandler__** gilt: | ||
| + | - Der jeweilige Name setzt sich aus Eingangsgröße-Ausgangsgröße zusammen. | ||
| + | - Für die Eingangs- und Ausgangswiderstände kann die jeweils entsprechende Betrachtung des idealen Stromverstärkers bzw. Spannungsverstärkers herangezogen werden. | ||
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| - | In der Simulation rechts ist ein (nachgebildeter) idealer Verstärker zu sehen. Die | + | ===== 1.3 Rückkopplung ===== |
| - | <WRAP right> | + | |
| - | </ | + | |
| - | ~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ | + | <WRAP right>< |
| + | < | ||
| + | </ | ||
| + | {{drawio> | ||
| + | </ | ||
| - | ===== 1.3 Rückkopplung ===== | ||
| - | <WRAP right> | + | Eines der grundlegenden Prinzipien der Regelungstechnik, |
| - | {{ elektronische_schaltungstechnik: | + | Zusätzlich gibt es bei Regelungstechnik, |
| - | </WRAP> | + | Im Kontrast dazu steht das Blockschaltbild. Dieses zeigt einzelne Blöcke (auch Glieder genannt) welche eine Ursache mit einer Wirkung verknüpft. Dabei wird allgemein keine Rückwirkung der Wirkung auf die Ursache angenommen. Ursachen und Wirkungen können Spannungen oder Ströme sein, die dann auf dem jeweiligen, verbindenden Pfeil geschrieben werden. Das Blockschaltbild erhebt keinen Anspruch auf Energie-, oder Ladungserhaltung sondern dient der Übersicht der Wirkungen und Zusammenhänge. Damit sind dort die Kirchhoffschen Regeln i.d.R. nicht anwendbar. \\ |
| + | <imgref pic4> zeigt ein **Blockschaltbild eines rückgekoppelten Verstärkers** mit einem idealen Spannungsverstärker mit Verstärkung $A_D$ mittig eingezeichnet. Über einen Rückkoppler-Glied wird die ausgegebene Spannung $U_A$, um den Faktor $k$ verringert, zurückgeführt. Das Kreis-Symbol mit den Rechenzeichen (im Blockschaltbild links) zeigt an, wie die eingehenden Werte miteinander verrechnet werden müssen. Der Wert $k \cdot U_A$ wird also im angegebenen Blockschaltbild vom Eingangswert $U_E$ abgezogen. | ||
| + | \\ \\ | ||
| + | Der Vorteil eines realen Verstärkers in Gegenkopplung ist, dass die Verstärkung $A_V$ des gesamten Systems nur vernachlässigbar vom Verstärkungsfaktor $A_D$ realen Verstärkers abhängt, wenn $A_D$ sehr groß ist (siehe auch Aufgabe 1.3.2). In diesem Fall ist die Verstärkung $A_V=\frac{1}{k}$. Um ein Oszillieren des gesamten Systems zu vermeiden, muss es ein Verzögerungselement enthalten. Dies ist im realen Verstärkers in der Art vorhanden, dass die Ausgangsspannung $U_A$ sich nicht unendlich schnell ändern kann [(Note2>Dass eine Spannungsänderung nur in endlich langer Zeit stattfinden kann, gilt auch für die Eingangsspannung. Jedoch ist diese nicht durch den Verstärker beeinflussbar, | ||
| - | <WRAP column | + | <WRAP column |
| - | <panel type=" | + | <panel type=" |
| <WRAP group>< | <WRAP group>< | ||
| - | Gegenkopplung | + | **__Rückkopplung__** |
| - | Der Ausgangswert | + | Bei **__Mitkopplung__** wird der Teil des Ausgangssignals |
| + | Der Ausgangswert erhöht also betragsmäßig stets dem Eingangswert. | ||
| + | \\ \\ | ||
| + | Bei **__Gegenkopplung__** wird der Teil des Ausgangssignals mit negativen Vorzeichen zurückgeführt. | ||
| + | Der Ausgangswert | ||
| </ | </ | ||
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| ~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ | ~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ | ||
| - | <WRAP column | + | |
| + | |||
| + | |||
| + | <WRAP column | ||
| <panel type=" | <panel type=" | ||
| <WRAP group>< | <WRAP group>< | ||
| - | Die **Differenzverstärkung** $\boldsymbol{A_D}$ bezieht sich nur auf Eingangs- und Ausgangsspannung des inneren Verstärkers. Diese wirkt nur ohne externe Rückkopplung. Sie wird im Englischen open-loop gain genannt. \\ \\ | + | Die **Differenzverstärkung** $\boldsymbol{A_D}$ bezieht sich nur auf Eingangs- und Ausgangsspannung des inneren Verstärkers: $A_D=\frac{U_A}{U_D}$ \\ Diese wirkt nur ohne externe Rückkopplung. Sie wird auch Leerlaufverstärkung (im Englischen open-loop gain) genannt. \\ \\ |
| - | Die **Spannungsverstärkung** $\boldsymbol{A_V}$ bezieht sich nur auf Eingangs- und Ausgangsspannung der gesamten Schaltung __mit Rückkopplung__. Sie wird im Englischen closed-loop gain genannt. \\ \\ | + | Die **Spannungsverstärkung** $\boldsymbol{A_V}$ bezieht sich auf Eingangs- und Ausgangsspannung der gesamten Schaltung __mit Rückkopplung__: $A_V=\frac{U_A}{U_E}$ \\ Sie wird im Englischen closed-loop gain genannt. \\ \\ |
| </ | </ | ||
| </ | </ | ||
| ~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ | ~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ | ||
| + | ~~REFNOTES~~ | ||
| + | |||
| ====== Aufgaben ====== | ====== Aufgaben ====== | ||
| - | <panel type=" | + | {{page>Übungsblatt1& |
| - | <WRAP group>< | + | {{page>Übungsblatt2& |
| - | Gegeben sei eine Verstärkerschaltung, | + | |
| - | + | ||
| - | - Zeichnen Sie eine beschriftete Skizze der Schaltung mit dem Verstärker als Blackbox. | + | |
| - | - Welche Leistung $P$ nimmt der Lautsprecher auf? | + | |
| - | - Wie lässt sich daraus der Effektivstrom $I_{eff,S}$ der Spannungsversorgung ermitteln? | + | |
| - | - Für welchen maximalen Strom sind die beiden Spannungsquellen auszulegen? | + | |
| - | </WRAP></ | + | |
| - | + | ||
| - | <panel type=" | + | |
| - | <WRAP group>< | + | |
| - | Gegeben sei eine Spannungsverstärkerschaltung, | + | |
| - | - Wie ändern sich der Strom, wenn statt einem $8 \Omega$-Lautsprecher ein $4 \Omega$-Lautsprecher verwendet wird? | + | |
| - | - Welche Auswirkung hat dies auf die Sicherung? | + | |
| - | </ | + | |
| - | + | ||
| - | <panel type=" | + | |
| - | <WRAP group>< | + | |
| - | + | ||
| - | <WRAP right> | + | |
| - | {{ elektronische_schaltungstechnik: | + | |
| - | </ | + | |
| - | + | ||
| - | In der Vorlesung wurden die verschiedenen Verstärkertypen als Blackboxen vorgestellt. Dabei wurde das nebenstehende Bild für die Eingangs- und Ausgangsgrößen verwendet und die idealen Widerstandwerte hergeleitet. | + | |
| - | Im folgenden sollen Sie sich überlegen, wie diese durch die Verschaltung mit weiteren passiven, elektrischen Komponenten ineinander umgewandelt werden können. | + | |
| - | Wie können folgende Verstärker ineinander umgewandelt werden? | + | |
| - | - Spannungsverstärker in Stromspannungsverstärker | + | |
| - | - Spannungsstromverstärker in Stromverstärker | + | |
| - | </ | + | |
| - | + | ||
| - | <panel type=" | + | |
| - | <WRAP group>< | + | |
| - | + | ||
| - | <WRAP right> | + | |
| - | {{ elektronische_schaltungstechnik: | + | |
| - | </ | + | |
| - | + | ||
| - | Mittels der Simulation [[https:// | + | |
| - | + | ||
| - | In {{ elektronische_schaltungstechnik: | + | |
| - | </ | + | |
| - | + | ||
| - | <panel type=" | + | |
| - | <WRAP group>< | + | |
| - | + | ||
| - | <WRAP right> | + | |
| - | {{ elektronische_schaltungstechnik: | + | |
| - | </ | + | |
| - | + | ||
| - | Zum Prinzip der Gegenkopplung war im Skript das nebenstehende Flussdiagramm gegeben. Dabei ist $A_D$ die sogenannte Differenzverstärkung, | + | |
| - | - Ermitteln Sie die Spannungsverstärkung $A_V$ als Funktion der Differenzverstärkung $A_D$ und des Rückkoppelfaktors $k$: $A_V = {{U_A}\over{U_E}} = f(A_D, k)$ | + | |
| - | - Welche Spannungsverstärkung $A_V$ ergibt sich für eine Differenzverstärkung $A_D \rightarrow \infty $? | + | |
| - | - Ermitteln Sie die Spannungsverstärkung $A_V$ für Rückkopplung $k = 0,001$ mit einer Differenzverstärkung $A_{D1} = 100‘000$ und $A_{D2} = 200‘000$. \\ Welche Aussage lässt sich zur Bauteilstreuung von Differenzverstärkern in rückgekoppelten Systemen machen? | + | |
| - | - Geben Sie an, wie sich die Spannungsverstärkung für folgende Rückkopplungen $k$ verhält: | + | |
| - | - $k < -0$ | + | |
| - | - $k = 0$ | + | |
| - | - $0 < k < 1$ | + | |
| - | - $k = 1$ | + | |
| - | - $k > 1$ | + | |
| - | </ | + | |
| ====== Lernfragen ====== | ====== Lernfragen ====== | ||
| + | === zum Selbststudium === | ||
| * Wie ist ein Verstärker definiert? | * Wie ist ein Verstärker definiert? | ||
| * Erklären Sie anhand eines Beispiels was das Wesen eines Verstärker ist. | * Erklären Sie anhand eines Beispiels was das Wesen eines Verstärker ist. | ||
| Zeile 292: | Zeile 255: | ||
| * Welchen Einfluss nimmt k auf den Verstärker? | * Welchen Einfluss nimmt k auf den Verstärker? | ||
| * Was passiert, wenn man die komplette Spannung rückkoppelt? | * Was passiert, wenn man die komplette Spannung rückkoppelt? | ||
| + | |||
| + | === mit Antworten === | ||
| + | |||
| + | <quizlib id=" | ||
| + | < | ||
| + | $R_A = \Delta U_E / \Delta I_A$| | ||
| + | $R_A = U_E / I_A$| | ||
| + | $R_A = \Delta U_A / \Delta I_A$| | ||
| + | $R_A = -\Delta U_A / \Delta I_A$| | ||
| + | $R_A = U_A / I_A$ | ||
| + | </ | ||
| + | < | ||
| + | Rückkopplung = Gegenkopplung = neg. Rückführung| | ||
| + | Rückkopplung = neg. Rückführung, | ||
| + | Gegenkopplung = neg. Rückführung, | ||
| + | Gegenkopplung = neg. Rückführung, | ||
| + | </ | ||
| + | < | ||
| + | $R_E → 0$, $R_A → ∞$| | ||
| + | $R_E → 0$, $R_A → 0$| | ||
| + | $R_E → ∞$, $R_A → 0$| | ||
| + | $R_E → ∞$, $R_A → ∞$ | ||
| + | </ | ||
| + | < | ||
| + | Zum Regeln von Linearmotoren| | ||
| + | Zur Ausgabe von festen Spannungswerten| | ||
| + | Zum Regeln von linearen Schaltungen| | ||
| + | Zur Ausgabe fester Stromwerte | ||
| + | </ | ||
| + | < | ||
| + | Strom-Spannungs-Wandler| | ||
| + | Stromverstärker| | ||
| + | Spannungs-Strom-Wandler| | ||
| + | Spannungsverstärker | ||
| + | </ | ||
| + | < | ||
| + | kann nicht mittels eines Widerstandsmessgeräts gemessen werden| | ||
| + | kann für Spannungsteiler genutzt werden| | ||
| + | ist gegeben durch ${U_E} \over {I_A}$, mit Eingangsspannung $U_E$ und Ausgangstrom $I_A$ | | ||
| + | gibt eine Verstärkung an | ||
| + | </ | ||
| + | </ | ||
| + | |||