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elektronische_schaltungstechnik:1_grundlagen_zu_verstaerkern [2020/03/26 12:02]
tfischer
elektronische_schaltungstechnik:1_grundlagen_zu_verstaerkern [2020/03/29 02:08] (current)
tfischer [Ersatzschaltbild]
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 ====== 1. Grundlagen zu Verstärkern ====== ====== 1. Grundlagen zu Verstärkern ======
- +<​WRAP ​box right>
-===== 1.0 Was ist elektronische Schaltungstechnik ===== +
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-<WRAP column half> +
-Elektronische Schaltungstechnik umfasst verschiedene Teilbereiche der Elektronik.  +
-Rechts sind die Grundlagen der Elektronik, ihre Spezialisierungen und die damit angesprochenen Schnittstellen dargestellt. +
- +
-In den ersten Semester hat das Fach "​Grundlagen der Digitaltechnik"​ bereits die Digitaltechnik mit Gattern und verschiedene einfache programmierbare Schaltungen beschrieben. In "​Elektrotechnik 1" und "​Elektrotechnik 2" wurden die Grundlagen für einfache elektrische Komponenten und Schaltungen gelegt. +
- +
-Die elektronische Schaltungstechnik konzentriert sich nun auf __elektr**on**ische Komponenten und deren Schaltungen__,​ welche die Analogelektronik betrifft. +
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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 "​Transistor"​ und "​Diode"​ die Basis sowohl für Digital-, Leistungs- als auch Hochfrequenzelektronik. Ohne zu übertreiben,​ stellen diese Komponenten die Grundlage der modernen Welt dar; sie bilden heute das [[grundlagen_der_digitaltechnik:​im_herzen_eines_computers|Herz jedes Computers]] und jedes Rechners. +
- +
-Was unterscheidet aber nun die Elektronik von der Elektrotechnik?​ Und was bedeutet "​elektronische Schaltungstechnik"?​ Diese Fragen soll das nebenstehende Video beantworten.  +
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 [J]: {"​fill":"#​aaaaaa","​stroke":"#​FF0000","​stroke-width":​8,​ "​a2s:​delref":​true,​ "​a2s:​type":"​cloud"​} [J]: {"​fill":"#​aaaaaa","​stroke":"#​FF0000","​stroke-width":​8,​ "​a2s:​delref":​true,​ "​a2s:​type":"​cloud"​}
 </​a2s>​ </​a2s>​
 +<fs small>​Verschiedene Teilbereiche der Elektronik</​fs>​
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-<WRAP right>+===== 1.0 Was ist elektronische Schaltungstechnik ===== 
 + 
 +Elektronische Schaltungstechnik umfasst verschiedene Teilbereiche der Elektronik.  
 +Rechts sind die Grundlagen der Elektronik, ihre Spezialisierungen und die damit angesprochenen Schnittstellen dargestellt. 
 +\\ \\ \\ 
 +In den ersten Semester hat das Fach "​Grundlagen der Digitaltechnik"​ bereits die Digitaltechnik mit Gattern und verschiedene einfache programmierbare Schaltungen beschrieben. In "​Elektrotechnik 1" und "​Elektrotechnik 2" wurden die Grundlagen für einfache elektrische Komponenten und Schaltungen gelegt. 
 +\\ \\ \\ 
 +Die elektronische Schaltungstechnik konzentriert sich nun auf __elektr**on**ische Komponenten und deren Schaltungen__,​ welche die Analogelektronik betrifft. 
 +\\ \\ \\ 
 +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 "​Transistor"​ und "​Diode"​ die Basis sowohl für Digital-, Leistungs- als auch Hochfrequenzelektronik. Ohne zu übertreiben,​ stellen diese Komponenten die Grundlage der modernen Welt dar; sie bilden heute das [[grundlagen_der_digitaltechnik:​im_herzen_eines_computers|Herz jedes Computers]] und jedes Rechners. 
 + 
 +<WRAP right noprint>
 {{youtube>​hCyR7a6szFc?​size=543x342}} {{youtube>​hCyR7a6szFc?​size=543x342}}
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 +\\ \\ \\
 +Was unterscheidet aber nun die Elektronik von der Elektrotechnik?​ Und was bedeutet "​elektronische Schaltungstechnik"?​ Diese Fragen soll das nebenstehende Video beantworten. ​
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 +
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 +Was unterscheidet aber nun die Elektronik von der Elektrotechnik?​ Und was bedeutet elektronische Schaltungstechnik?​\\
 +Dazu ist es nützlich die einzelnen Teile des Begriffs "​elektronische Schaltungstechnik"​ näher zu betrachten: \\
 +Das Wort __**Technik**__ leitet sich aus dem griechischen "​τέχνη"​ (téchne) ab und bedeutet soviel wie Kunst oder Handwerk. Auf den ersten Blick scheint dies, etwas verwunderlich,​ da die Technik im Sprachgebrauch eher selten mit einer künstlerische Tätigkeit wie Malen in Verbindung gebracht wird. In den höheren Semestern werden Sie aber lernen, dass das Verständnis beispielsweise der Anordnung von Elektronik (Schaltungsdesign) und die Anwendung der einzelnen Komponenten ein antrainiertes Geschick und Kreativität voraussetzt. \\ \\
 +
 +Eine __**Schaltung**__ ist eine Anordnung von elektrischen bzw elektronischen Bauteilen zu einem funktionierenden Ganzen bzw. einem Stromkreis. Den Begriff Stromkreis haben wir bereits im ersten Semester in [[:​Elektrotechnik_1:​start|Elektrotechnik 1]] kennengelernt. \\ \\
 +
 +__**Elektronik**__ ist ein Kofferwort aus Elektronen und Technik. Die "​Elektronen-Technik"​ betrachtet Schaltungen,​ in denen ein elektrischer Strom bzw. eine Spannung durch andere elektrische Signale gesteuert wird. Das bedeutet, dass zum Beispiel eine Spannung $U_{in}$ eine Ausgabespannung $U_{out}$ steuert. Physikalisch müssen die beiden Signale nicht elektrisch miteinander verbunden sein. \\ \\
 +
 +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 kein elektronisches Bauteil. Falls dies noch etwas unklar ist, so hilft es dieses Kapitel intensiv zu bearbeiten und folgende Beispiele zu vergleichen. \\ \\
 +Das zweite Bauteil welches betrachtet werden soll, ist das sogenannte Schütz. Ein Schütz, ist ein elektr(on?​)isch gesteuerter Schalter. Bei diesem schließt eine Spule, falls sie bestromt wird, einen sekundären,​ bzw. ausgangsseitigen Stromkreis. Hier liegt keine direkte, elektrische Verbindung vor. Das Schütz wird häufig noch nicht als elektronisches,​ sondern als elektromechanisches Bauteil aufgefasst. \\ \\
 +Als letztes soll die Elektronenröhre im Licht der Elektronik und Elektrotechnik untersucht werden. Eine Elektronenröhre ist ein Vakuumgefäß,​ mit mehreren Anschlüssen. An zwei der Anschlüsse führen intern zu jeweils einer Elektrode, die sich gegenüberstehen. diese können auf ein Potentialdifferenz gegeneinander gebracht und erhitzt werden. Dadurch ist es Elektronen möglich aus der Elektrode auszutreten und durch das Vakuum einen Strom zur anderen Elektrode zu erzeugen. Zwischen den beiden Elektroden ist ein Gitter angebracht. Wird dieses auf ein Gegenpotential gesetzt, so kann der Stromfluss unterbunden werden. Hierbei kann durch das Gitterpotential der Stromfluss geändert werden. Die Elektronenröhre wird bereits als elektronisches Bauteil aufgefasst. Heutzutage ist die Elektronenröhre durch Halbleiterkomponenten verdrängt worden.\\ \\
 +In diesem Kurs befassen wir uns nur mit Halbleiterelektronikkomponenten und im wesentlichen mit Silizium als Halbleiter.
 +
 </​WRAP>​ </​WRAP>​
  
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 ===== 1.1 Warum Verstärker?​ ===== ===== 1.1 Warum Verstärker?​ =====
 +<WRAP right noprint>
 +{{youtube>​KbrHOcgmRkI?​size=543x342}}
 +</​WRAP>​
  
-<WRAP info> +Der Verstärker ist ein wenn nicht das zentrales Bauteil in der Elektronik. Um zu verstehen, wofür dieser genutzt wird, sind in den nebenstehenden drei kurzen Videos verschiedene Beispiele dargestellt. 
---Beispiel 1 Akustik ​# + 
-<​WRAP ​group+Im Beispiel 1 wird der Verstärker aus der Sicht der Akustik ​kurz erklärt.  
-<WRAP half column> +\\ \\  ~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ 
-=== Ziele ===+<​WRAP ​right noprint
 +{{youtube>HC4NXIigD98?​size=543x342}}
 </​WRAP>​ </​WRAP>​
-<​WRAP ​half column+Im Beispiel 2 soll ein Sensor mit veränderlichem Widerstand ausgewertet werden. Dieser Fall tritt bei passiven Sensoren (d.h. Sensoren ohne weitere Signalkonditionierung) sehr häufig auf. Viele dieser Sensoren erzeugen nur eine geringe Spannungsdifferenz oder einen sehr kleinen Strom. Würden diese Sensoren direkt an einen Verbraucher bzw. eine weitere Einheit mit geringem Eingangswiderstand angeschlossen,​ dann würde die Messspannung zusammenbrechen und das daraus ermittelte Messsignal verfälscht. 
-{{youtube>​KbrHOcgmRkI?size=543x392}}+\\ \\ ~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ 
 +<​WRAP ​right noprint
 +{{youtube>​Ki_uU418-xQ?size=543x342}}
 </​WRAP>​ </​WRAP>​
-</​WRAP>​ +Im Beispiel 3 sind verschiedene Verstärker im Zusammenspiel mit einem Mikrocontroller zu sehenNeben der Auswertung von Sensoren ist für viele Anwendungen eine Signalausgabe notwendig. Sollen dabei leistungsstarke Motoren, LEDs, Antennen oder Lautsprecher angesteuert werden, so muss ein Verstärker das Mikrocontrollersignal geeignet wandeln. Außerdem kann ein Verstärker regelungstechnische Aufgaben analog und meist mit geringem Elektronikaufwand übernehmen.
-<WRAP help> +
-=== Aufgaben === +
-== Aufgabe 1.1.1 Mikrofonverstärker I==+
  
-Gegeben sei eine Verstärkerschaltung,​ welche ein Mikrofonsignal so verstärken soll, dass ein Lautsprecher ($R_{LS}= 8 \Omega$) angesteuert werden kann. Der [[https://​de.wikipedia.org/​wiki/​Effektivwert#​Sinusf%C3%B6rmige_Spannung|Effektivwert]] der gewünschten Spannung am Lautsprecher soll $U_{eff,LS} = 10 V$ betragen. Es wird angenommen, dass ein Sinussignal ausgegeben werden soll. Die Spannungsversorgung geschieht über zwei Spannungsquellen mit $V_{S+} = 15 V$ und $V_{S-} = - 15 V$ (siehe Bild in Aufgabe 1). +~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~
  
-  ​Zeichnen Sie eine beschriftete Skizze der Schaltung mit dem Verstärker als Blackbox+===== 1.2 Verstärker ​- eine Blackbox ​wird spezifiziert =====
-  - 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?+
  
-== Aufgabe 1.1.2 Mikrofonverstärker II ==+<WRAP right noprint>​ 
 +{{youtube>​wB498oinin4?​size=543x302}} ~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ 
 +</​WRAP>​
  
-Gegeben sei eine Spannungsverstärkerschaltung,​ welche ein Mikrofonsignal so verstärken ​soll, so dass ein Lautsprecher ($R_{LS}= 8 \Omega$) angesteuert werden kannDiese Verstärkerschaltung ist intern ​mit einer [[https://​de.wikipedia.org/​wiki/​Schmelzsicherung#​Ger%C3%A4teschutzsicherungen_(Feinsicherungen)|Feinsicherung]] gegen Überströme über $I_{max,​Verstärker}= 5 AabgesichertÜberströme treten im erlaubten Spannungsbetrieb von $8 \Omega$-Lautsprechern nicht auf+Bevor der Verstärker in der Anwendung näher untersucht werden ​soll, soll zunächst auf die Schnittstellen und wesentliche Kenngrößen eingegangen werden. 
-  - Wie ändern sich der Strom, wenn statt einem $8 \Omega$-Lautsprecher ein $4 \Omega$-Lautsprecher verwendet ​wird+ 
-  - Welche Auswirkung hat dies auf die Sicherung?+<WRAP onlyprint>​ 
 +Das Schaltsymbol des Verstärkers wurde ist ein Rechteck mit eingefügtem Dreieck. Die Eingangsklemmen auf der linken Seite sind als $IN+und $IN-$ gekennzeichnetDie 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. \\ \\
 </​WRAP>​ </​WRAP>​
 +
 +<WRAP column 40%>
 +<panel type="​danger"​ title="​Merke">​
 +<WRAP group><​WRAP column 7%>​{{fa>​exclamation?​32}}</​WRAP><​WRAP column 80%>
 +Ein Verstärker ist ein System, welches mit einem Eingangssignal kleiner Leistung ein Ausgangssignal wesentlich größerer Leistung steuert. \\ \\ 
 +Die notwendige Energie wird der Stromversorgung entnommen!
 +</​WRAP></​WRAP></​panel>​
 </​WRAP>​ </​WRAP>​
-<-- 
  
---> Beispiel 2 - Sensorik# +~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ 
-<​WRAP ​group+==== Kenngrößen ==== 
-<WRAP half column+ 
-=== Ziele ===+<​WRAP ​right column 60%
 +<panel type="​default"​ title="​Kenngrößen"​ no-body="​true"​
 +{{tablelayout?​colwidth=""​}} 
 +^ Kenngrößengruppen ​ ^ #  ^ Kennwert (deutsch) ​                      ^ Characteristic (english) ​                               ^ Formel ​                           ^ 
 +| Übersetzungsverhältnisse ^ 1  | Spannungsverstärkung $A_V$               | Voltage Amplification $A_V$                             | $\large{A_V ​=\frac{U_A}{U_E}}$ ​    | 
 +| :::            ^ 2  | Stromverstärkung $A_C$                   | Current Amplification $A_C$                             | $\large{A_C ​=\frac{I_A}{I_E}}$ ​    | 
 +| :::            ^ 3  | Übertragungswiderstand $R_ü$ ​            | Transmission Resistance, \\ Transimpedance $R_T$           | $\large{R_ü ​=\frac{U_A}{I_E}}$ ​    | 
 +| :::            ^ 4  | Übertragungsleitwert (Steilheit) $G, S$  | Transmission Conductance,​ \\ Transconductance (Slope) $S$  | $\large{G ​\frac{I_A}{U_E}}$ ​ | 
 +| Eingangs-/​Ausgangs-widerstand ^ 5  | Eingangswiderstand $R_E$ | Input Resistance $R_I$  | $\large{R_E =\frac{U_E}{I_E}}$ | 
 +| :::                           ^ 6  | Ausgangswiderstand $R_A$ | Output Resistance $R_A$ | $\large{R_A =-\frac{\Delta U_A}{\Delta I_A}}$ | 
 +| Rückwirkung ^ 7  | Spannungsrückwirkung $A_{rV}$ | -  | $\large{A_{rV} =\frac{U_E}{U_A}}$ | 
 +| :::         ^ 8  | Stromrückwirkung $A_{rC}$ ​    | -  | $\large{A_{rC} =\frac{I_E}{I_A}}$ | 
 +</​panel>​
 </​WRAP>​ </​WRAP>​
-<​WRAP ​half column> + 
-{{youtube>L9eF64ZuLS0?size=543x392}}+Die Verhältnisse der Eingangs- und Ausgangsgrößen,​ welche die Blackbox beschreiben,​ 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 wichtigste Kenngröße für die Verwendung des Verstärkers ist die Spannungsverstärkung $A_V$, da am häufigsten Spannungen verstärken werden sollen. Daneben sind Eingangs- und Ausgangswiderstand $R_E$ und $R_A$ für die Auslegung zu berücksichtigen.  
 + 
 +~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ 
 +==== Ersatzschaltbild ==== 
 +{{ elektronische_schaltungstechnik:​ersatzschaltbild_verstaerker.png?​600}} 
 + 
 +<​WRAP ​right>{{url>https://​www.falstad.com/​circuit/​circuitjs.html?cct=$+1+0.00002+2.8+50+5+43%0A.+idealer_Verst+0+3+4+6+IN%5Cp+4+0+2+IN-+7+3+2+OUT%5Cp+5+0+3+OUT-+8+3+3+V_S%5Cp+31+1+0+V_S-+11+1+1+ResistorElm%5Cs1%5Cs2%5CrResistorElm%5Cs2%5Cs3%5CrResistorElm%5Cs3%5Cs4%5CrResistorElm%5Cs7%5Cs8%5CrOpAmpRealElm%5Cs3%5Cs7%5Cs2%5Cs31%5Cs11%5CrResistorElm%5Cs5%5Cs1%5CrOpAmpRealElm%5Cs1%5Cs8%5Cs5%5Cs31%5Cs11%5CrResistorElm%5Cs5%5Cs55+0%5C%5Cs10000%5Cs0%5C%5Cs1000000%5Cs0%5C%5Cs10000%5Cs0%5C%5Cs1000%5Cs1%5C%5Cs0.6%5C%5Cs-9.418519038100467%5C%5Cs2%5C%5Cs0%5Cs0%5C%5Cs10000%5Cs1%5C%5Cs0.6%5C%5Cs-19.314932700739526%5C%5Cs2%5C%5Cs0%5Cs0%5C%5Cs1000%0A410+-336+160+-240+240+1+idealer_Verst+0%5Cs10000+0%5Cs1000000+0%5Cs10000+0%5Cs1000+1%5Cs0.6%5Cs-7%5Cs2%5Cs0+0%5Cs10000+1%5Cs0.6%5Cs-1.5%5Cs2%5Cs0+0%5Cs1000%0Aw+-480+160+-400+160+0%0A370+-400+160+-368+160+1+0%0Av+-480+256+-480+208+4+5+40+0.05+-0.025+0+0.5%0Aw+-384+256+-480+256+0%0Ar+-480+160+-480+208+0+0.01%0Ag+-384+256+-384+288+0%0Aw+-352+256+-384+256+0%0A370+-176+160+-144+160+1+0%0Aw+-144+256+-80+256+0%0Ar+-80+256+-80+160+0+100%0Ag+-144+256+-144+288+0%0Aw+-176+256+-144+256+0%0AR+-272+288+-272+320+0+0+40+-5+0+0+0.5%0AR+-272+128+-272+96+0+0+40+5+0+0+0.5%0Ab+-352+82+-195+334+0%0Ax+-344+68+-235+71+4+24+Verst%C3%A4rker%0Aw+-336+160+-368+160+0%0Aw+-336+256+-352+256+0%0Aw+-176+160+-208+160+0%0Aw+-176+256+-208+256+0%0Ax+-566+68+-497+71+4+24+Quelle%0Ab+-574+82+-417+334+0%0Ab+-116+83+9+335+0%0Ax+-108+69+-63+72+4+24+Last%0Aw+-144+160+-80+160+0%0A368+-480+160+-528+160+0+0%0A368+-80+160+-32+160+0+0%0A 730,400 noborder}}
 </​WRAP>​ </​WRAP>​
 +
 +~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~
 +==== idealisierte Verstärkergrundtypen ====
 +
 +
 +<WRAP right column 60%>
 +<panel type="​default"​ title="​idealisierte Verstärkergrundtypen"​ no-body="​true">​
 +{{tablelayout?​colwidth=""​}}
 +^ # ^ Verstärker ​             ^ Grafik ​                                 ^ $\boldsymbol{R_E}$ ​                ^ $\boldsymbol{R_A}$ ​                ^ Verstärkung ^
 +^ 1 | Spannungsverstärker ​    | {{spannungsverstaerker_bb.png?​200}}(nbsp)(nbsp)(nbsp)(nbsp) ​     | \\ \\ $ \large{\rightarrow \infty}$(nbsp)(nbsp)(nbsp)(nbsp) | \\ \\ $ \large{\rightarrow 0}$      | \\ \\ $\large{A_V =\frac{U_A}{U_E}}$ |
 +^ 2 | Stromverstärker ​        | {{stromverstaerker_bb.png?​200}} ​         | \\ \\ $ \large{\rightarrow 0}$      | \\ \\ $ \large{\rightarrow \infty}$(nbsp)(nbsp)(nbsp)(nbsp) | \\ \\ $\large{A_C =\frac{I_A}{I_E}}$ |
 +^ 3 | Strom-Spannungs-Wandler | {{stromspannungsverstaerker_bb.png?​200}} | \\ \\ $ \large{\rightarrow 0}$      | \\ \\ $ \large{\rightarrow 0}$      | \\ \\ $\large{R_ü =\frac{U_A}{I_E}}$ |
 +^ 4 | Spannungs-Strom-Wandler | {{spannungsstromverstaerker_bb.png?​200}} | \\ \\ $ \large{\rightarrow \infty}$ | \\ \\ $ \large{\rightarrow \infty}$ | \\ \\ $\large{S =\frac{I_A}{U_E}}$ |
 +</​panel>​
 </​WRAP>​ </​WRAP>​
-<WRAP help> + 
-=== Aufgaben ​=== + 
-</WRAP>+~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~ 
 + 
 + 
 +===== 1.3 Rückkopplung ===== 
 + 
 +<​WRAP ​right> 
 +{{ elektronische_schaltungstechnik:​rueckkopplung2.jpg?​400|}}
 </​WRAP>​ </​WRAP>​
-<-- 
  
---> Beispiel 3 - Im Zusammenspiel mit Mikrocontrollern # +<​WRAP ​column 60%
-<​WRAP ​group+<panel type="​danger"​ title="​Merke:​ Gegenkopplung">​ 
-<WRAP half column>​ +<​WRAP ​group><​WRAP column ​3%>{{fa>exclamation?32}}</​WRAP><​WRAP ​column 85%> 
-=== Ziele === +Gegenkopplung bezeichnet die Rückführung eines Teils des Ausgangssignals eines Verstärkers mit negativem Vorzeichen auf den Eingang. \\ \\  
-</WRAP> +Der Ausgangswert wirkt also stets dem Eingangswert entgegen. 
-<​WRAP ​half column> +</WRAP></​WRAP><​/panel>
-{{youtube>L9eF64ZuLS0?size=543x392}} +
-</​WRAP>​ +
-</WRAP> +
-<​WRAP ​help> +
-=== Aufgaben === +
-</​WRAP>​ +
-<--+
 </​WRAP>​ </​WRAP>​
 +~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~
  
-<​WRAP ​tip+<​WRAP ​column 60%
--->​Generelle Tipps # +<panel type="​danger"​ title="​Merke:​ Verstärkungsfaktoren">​ 
-t +<WRAP group><​WRAP column 3%>​{{fa>​exclamation?​32}}</​WRAP><​WRAP column 85%> 
-<--+Die **Differenzverstärkung** $\boldsymbol{A_D}$ bezieht sich nur auf Eingangsund Ausgangsspannung des inneren Verstärkers. Diese wirkt nur ohne externe Rückkopplung. Sie wird im Englischen open-loop gain genannt. \\ \\ 
 + 
 +Die **Spannungsverstärkung** $\boldsymbol{A_V}$ bezieht sich nur auf Eingangsund Ausgangsspannung der gesamten Schaltung __mit Rückkopplung__. Sie wird im Englischen closed-loop gain genannt. \\ \\ 
 +</​WRAP></​WRAP></​panel>​
 </​WRAP>​ </​WRAP>​
  
 +~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~
 +====== Aufgaben ======
  
 +<panel type="​info"​ title="​Aufgabe 1.1.1 Mikrofonverstärker I">
 +<WRAP group><​WRAP column 2%>​{{fa>​pencil?​32}}</​WRAP><​WRAP column 92%>
 +Gegeben sei eine Verstärkerschaltung,​ welche ein Mikrofonsignal so verstärken soll, dass ein Lautsprecher ($R_{LS}= 8 \Omega$) angesteuert werden kann. Der [[https://​de.wikipedia.org/​wiki/​Effektivwert#​Sinusf%C3%B6rmige_Spannung|Effektivwert]] der gewünschten Spannung am Lautsprecher soll $U_{eff,LS} = 10 V$ betragen. Es wird angenommen, dass ein Sinussignal ausgegeben werden soll. Die Spannungsversorgung geschieht über zwei Spannungsquellen mit $V_{S+} = 15 V$ und $V_{S-} = - 15 V$ (siehe Bild in Aufgabe 1). 
  
-===== 1.2 Verstärker ​- eine Blackbox ​wird spezifiziert =====+  ​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></​WRAP></​panel>​
  
-++++Aufgabe 1.2.1 Umwandlung von Verstärkern|+<panel type="​info"​ title="​Aufgabe ​1.1.2 Mikrofonverstärker II">​ 
 +<WRAP group><​WRAP column 2%>​{{fa>​pencil?​32}}</​WRAP><​WRAP column 92%> 
 +Gegeben sei eine Spannungsverstärkerschaltung,​ welche ein Mikrofonsignal so verstärken soll, so dass ein Lautsprecher ($R_{LS}= 8 \Omega$) angesteuert werden kannDiese Verstärkerschaltung ist intern mit einer [[https://​de.wikipedia.org/​wiki/​Schmelzsicherung#​Ger%C3%A4teschutzsicherungen_(Feinsicherungen)|Feinsicherung]] gegen Überströme über $I_{max,​Verstärker}= 5 A$ abgesichert. Überströme treten im erlaubten Spannungsbetrieb von $8 \Omega$-Lautsprechern nicht auf. 
 +  - Wie ändern sich der Strom, wenn statt einem $8 \Omega$-Lautsprecher ein $4 \Omega$-Lautsprecher verwendet wird? 
 +  - Welche Auswirkung hat dies auf die Sicherung?​ 
 +</​WRAP></​WRAP></​panel>​
  
-<WRAP help> +<panel type="​info"​ title="Aufgabe 1.2.1 Umwandlung von Verstärkern">​ 
-==== Aufgabe 1.2.1 Umwandlung von Verstärkern ​====+<WRAP group><​WRAP column 2%>​{{fa>​pencil?​32}}</​WRAP><​WRAP column 92%>
  
 <WRAP right> <WRAP right>
Line 159: Line 232:
   - Spannungsverstärker in Stromspannungsverstärker   - Spannungsverstärker in Stromspannungsverstärker
   - Spannungsstromverstärker in Stromverstärker   - Spannungsstromverstärker in Stromverstärker
-</​WRAP>​ +</​WRAP>​</​WRAP></​panel>​
-++++ +
-===== 1.3 Rückkopplung =====+
  
-++++ Aufgabe 1.3.1 Gegenkopplung in TINA| +<panel type="​info"​ title="​Aufgabe 1.3.1 Gegenkopplung ​ in TINA"> 
-<​WRAP ​help+<​WRAP ​group><​WRAP column 2%>​{{fa>​pencil?​32}}</​WRAP><​WRAP column 92%
-==== Aufgabe 1.3.1 Gegenkopplung ​ in TINA ====+ 
 +<WRAP right> 
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 Mittels der Simulation [[https://​wiki.mexle.hs-heilbronn.de/​doku.php?​id=simulationstools_fuer_elektronische_schaltungstechnik#​tina_-_ti|TINA]] können Sie Schaltungen nachbilden. Mittels der Simulation [[https://​wiki.mexle.hs-heilbronn.de/​doku.php?​id=simulationstools_fuer_elektronische_schaltungstechnik#​tina_-_ti|TINA]] können Sie Schaltungen nachbilden.
  
 In {{ elektronische_schaltungstechnik:​rueckkopplung_tina.rar |diesem}} File finden Sie verschiedene kurze Aufgaben zu dem Flussdiagramm der Rückkopplung. Bitte laden Sie dieses File herunter und führen Sie die angegebenen Aufgaben durch. In {{ elektronische_schaltungstechnik:​rueckkopplung_tina.rar |diesem}} File finden Sie verschiedene kurze Aufgaben zu dem Flussdiagramm der Rückkopplung. Bitte laden Sie dieses File herunter und führen Sie die angegebenen Aufgaben durch.
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- +<panel type="​info"​ title="​Aufgabe 1.3.2 Rechnungen zur Gegenkopplung"> 
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-==== Aufgabe 1.3.Rechnungen zur Gegenkopplung ​ ====+
  
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 Zum Prinzip der Gegenkopplung war im Skript das nebenstehende Flussdiagramm gegeben. Dabei ist $A_D$ die sogenannte Differenzverstärkung,​ also die Verstärkung der Differenz aus Eingangsspannung $U_E$ und rückgekoppelter Spannung. Zum Prinzip der Gegenkopplung war im Skript das nebenstehende Flussdiagramm gegeben. Dabei ist $A_D$ die sogenannte Differenzverstärkung,​ also die Verstärkung der Differenz aus Eingangsspannung $U_E$ und rückgekoppelter Spannung.
-  - Ermitteln Sie die Spannungsverstärkung $A_V = {{U_A}\over{U_E}} = f(A_D, k)$ +  - 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 $A_D \rightarrow \infty $? +  - 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?+  - Ermitteln Sie die Spannungsverstärkung $A_V$ für Rückkopplung $k = 0,001mit 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:   - Geben Sie an, wie sich die Spannungsverstärkung für folgende Rückkopplungen $k$ verhält:
     - $k < -0$     - $k < -0$
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     - $k = 1$     - $k = 1$
     - $k > 1$     - $k > 1$
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