Dringende Frage zum Transistor (Ausgangswechselspannung)

[Sammmy]

Hallo Forenmitglieder,

Ich hab morgen eine Schulaufgabe in der Berufsschule.
Zum Thema Transistor hab ich die wichtigsten Punkte verstanden(Dämmerungsschaltungen, Arbeitspunkteinstellungen usw.)

Aber bei einem Punkt fehlt mir irgendwie der Entscheidende Hinweis(Google hats mir auch nach ner Stunde suchen nicht verraten).
Also:

Angenommen ich lege bei einem NPN Transistor an die Basis Emitter-Strecke eine Pulsierende Gleichspannung ("Ergebniss" der Angelegten Wechselspannung eines Mikros mit dem Spannungsteiler(DC))

Ich lege außerdem den collector mit einem Vorwiederstand(RC) an die Gleichspannungsquelle des Spannungsteilers.
Wie bekomme ich dann an der Collector Emitter(auf Masse) Strecke eine Wechselspannung, mit der ich z.B. das Signal des Mikros verstärken kann?.

(Ich habe gedacht, da kann nur unterschiedlich hohe Gleichspannungen anliegen???)


Ich wär euch um euere Hilfe sehr Dankbar

 

[Carl]

Du meinst einen klassischen Transistorverstärker
http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:Breitbandverstärker.GIF&filetimestamp=20110912011724

Die Lösung ist einfach: Mit den Vorwiderständen an der Basis stellst du einen Gleichstrom an der Basis ein, der den Transistor in einen stabilen Arbeitspunkt bringt. Mit dem Widerstand am Kollektor erreichst du, dass die Gleichspannung am Kollektor in etwa die halbe Versorgung ist. Wenn man jetzt an der Basis ein zusätzliches Wechselspannungssignal, z.B: über einen Kondensator gekoppelt, einbringt, so veränderst du -wechselnd- etwas den Arbeitspunkt des Transistors. Das verstärkt der Transistor dann und am Widerstand am Kollektor ändert sich dann auch die Spannung etwas. Dies ist dann am Kollektor eine überlagerte Wechselspannung (Ganz Praktisch: Gleichstromquelle am Kollektorwiderstand 12V, Kollektor-Emitterspannung 6V und wenn die an der Basis die Wechselspannung überlagerst, schwankt die Kollektorspannung zwischen 5 und 7 V -> macht 2Vpp Wechselspannung am Kollektor). Mit einem Koppelkondensator am Kollektor kann man dann diese Gleichspannung wieder filtern und man hat eine Wechselspannung gegen Masse...

 

[Sammmy]

Ok, danke dir, ich glaube jetzt habs ich verstanden:

Also am Ausgang (Uce bzw. Urc) liegt eine Pulsierende Gleichspannung an, die ein in Reihe geschaltener Kondensator in eine Wechselspannung umwandelt.

 

[Carl]

Mal ganz generell: So etwas wie eine pulsierende Gleichspannung gibt es nicht, das ist ein Widerspruch in sich.

Streng genommen gibt es keine Gleichspannung, denn absolut gleich bedeutet, dass die Spannung schon vor dem Urknall da war und sich in alle Ewigkeit nicht ändert. Und da die Temperatur im Universum über dem absoluten Nullpunkt liegt, hat man immer Fluktuationen (=Rauschen), und das ist Wechselspannung.
Da das nicht praktikabel ist, betrachtet man alles, was sich auf 'irdischen' Zeitskalen nicht ändern (in Sekunden, Minuten, zwischen ein/ausschalten) als Gleichspannung. Aber eine Gleichspannung hat immer ein Rauschen, Fluktuation etc. und das sind Wechselanteile.
Man hat also immer einen Wechselspannungsanteil, der eine Gleichspannung überlagert, sei er auch noch so klein. Also immer eine Überlagerung aus Gleichspannungs- und Wechselspannungsanteilen (oder Strömen).
Mit Kondensatoren oder Spulen als Filter kann ich mir dann bestimmte, im Fall von Spulen bei der Frequenz 0 (Gleichspannung) anfangende Spektralanteile, herausfiltern und somit separieren. z.B. den Wechselspannungsanteil von einem Tonsignal von allem, was unter ca. 20 Hz nicht hörbar ist.

Und da sich jede Kurvenform (Rechteck, dreieck etc., alles was stetig ist) in Sinusschwingungen http://www.didactronic.de/fourier.htm , http://de.wikipedia.org/wiki/Fourier-Analysis zerlegen lässt, lässt sie sich auch nach Frequenz aufteilen. Ein symmetrisches Rechtecksignal ist auch keine 'wechselnde Gleichspannung', sondern 'reine' Wechselspannung mit Harmonischen.

 

[Sammmy]

Wenn eine Wechselspannung eine Gleichspannung überlagert, wurde dies uns als Pulsierende Gleichspannung erklärt.
(Hab ich zumindest so verstanden)

Ich werd morgen mal nachfragen, vielleicht gibts da verschiedene Definitionen.??

 

[Carl]

Leider ist die Fouriertransformation und die Theorie der Zeit- und Frequenzdomäne bzw. (periodisch) zeitlich veränderlicher Signale selbst vielen E-Technikern ein Buch mit 7 Siegeln, besonders wenn dann auch noch Signaltheorie/Informationstheorie a la Shannon dazu kommt. Wenn man es mal verstanden hat, ist es ein sehr mächtiges Werkzeug (Frag mal EDE-Wolf), vorher behilft man sich gerne mit Begriffen wie 'Pulsierender Gleichspannung' etc. Leider musste ich mitunter schon feststellen, dass selbst Professoren mitunter ihre Schwierigkeiten damit haben, auch wenn sie eigentlich in der Tontechnik Koryphäen sind.
https://www.musiker-board.de/pa-pla...mkehr-vs-polaritaetsumkehr-2.html#post4976876
https://www.musiker-board.de/pa-pla...mkehr-vs-polaritaetsumkehr-2.html#post4980154

Ich kann mir gut vorstellen, dass man in der beruflichen Bildung auch mit gewissen Eselsbrücken versucht dies zu umschiffen. Üblicherweise lehrt man es im 4. Semester Elektrotechnik, verstehen tuen es meist nur die Nachrichtentechniker, und das dann so um 6. Semester oder später (oder wie EDE-Wolf früher...)

 

[klaatu]

Wenn eine Wechselspannung eine Gleichspannung überlagert, wurde dies uns als Pulsierende Gleichspannung erklärt.
(Hab ich zumindest so verstanden)

Ich werd morgen mal nachfragen, vielleicht gibts da verschiedene Definitionen.??

Den Begriff pulsierende Gleichspannung kenne ich nur bei Gleichrichtern, bei denen die Polarität des Eingangssignals bei negativen Werten eines Eingangssignals umgekehrt wird. Bei einem sinusförmigen Eingangssignal z. B. wird dabei die negative Halbwelle "nach oben geklappt", was eine sehr wellige Gleichspannung ergibt, die dann üblicherweise noch mit Kondensatoren geglättet wird.

 

[Carl]

Den Begriff pulsierende Gleichspannung kenne ich nur bei Gleichrichtern, bei denen die Polarität des Eingangssignals bei negativen Werten eines Eingangssignals umgekehrt wird. Bei einem sinusförmigen Eingangssignal z. B. wird dabei die negative Halbwelle "nach oben geklappt", was eine sehr wellige Gleichspannung ergibt, die dann üblicherweise noch mit Kondensatoren geglättet wird.

In der Nachrichtentheorie sieht dass dann so aus:
Man nehme eine Sinusfunktion
http://www.wolframalpha.com/input/?i=sin(w)
das ist eine reine Wechselspannung ohne Gleichspannungsanteil
http://www.wolframalpha.com/input/?i=integral(sin(w)%2C0%2C2*Pi)
und multipliziere sie mit einer idealen Rechteckfunktion gleicher Frequenz (ideale Diode angenommen)
http://www.wolframalpha.com/input/?i=sign(sin(w))
welche auch eine reine Wechselspannung ist
http://www.wolframalpha.com/input/?i=integral(sign(sin(w))%2C0%2C2*Pi)
Das Produkt ist dann die 'pulsierende Gleichspannung',
http://www.wolframalpha.com/input/?i=sin(w)*sign(sin(w)
Oder eben eine Überlagerung aus Gleichspannung
http://www.wolframalpha.com/input/?i=integral[sin(w)*sign(sin(w))%2C{w%2C0%2C(2*Pi)}]%2F(2*Pi)+
und Wechselspannung
http://www.wolframalpha.com/input/?i=sin(w)*sign(sin(w))-integral[sin(w)*sign(sin(w))%2C{w%2C0%2C(2*Pi)}]%2F(2*Pi)

Im Frequenzbereich sieht das dann so aus:
Sinus:
-> Dirak bei f
Rechteck
-> Spektralanteile bei f, 3*f, 5*f... (einfache, dreifache, fünffache Grundfrequenz)
Und die Multiplikation im Zeitbereich ergibt eine Faltung http://de.wikipedia.org/wiki/Faltung_(Mathematik) im Frequenzbereich
Und dadurch ergibt sich ein Spektralanteil bei 0 Hz ->Gleichspannungsanteil. Außerdem kein Anteil bei der Grundfrequenz f und aber viele Harmonische (3-fache Grundfrequenz, 5-fache Grundfrequenz...). Das sieht dann durch die Phasenbeziehung aus wie eine 'pulsierende Gleichspannung'...

 

[klaatu]

In der Nachrichtentheorie sieht dass dann so aus:
Im Frequenzbereich sieht das dann so aus:

......


Sinus:
-> Dirak bei f
Rechteck
-> Spektralanteile bei f, 3*f, 5*f... (einfache, dreifache, fünffache Grundfrequenz)
Und die Multiplikation im Zeitbereich ergibt eine Faltung http://de.wikipedia.org/wiki/Faltung_(Mathematik) im Frequenzbereich
Und dadurch ergibt sich ein Spektralanteil bei 0 Hz ->Gleichspannungsanteil. Außerdem kein Anteil bei der Grundfrequenz f und aber viele Harmonische (3-fache Grundfrequenz, 5-fache Grundfrequenz...). Das sieht dann durch die Phasenbeziehung aus wie eine 'pulsierende Gleichspannung'...

Meinst du nicht, dass diese Herangehensweise ein wenig über das Ziel der Aufgabe in einer Berufsschule hinausschießt und mehr Verwirrung stiftet, als dass es dem besseren Verständnis dient?

Übrigens heißt es Dirac

 

[Carl]

Meinst du nicht, dass diese Herangehensweise ein wenig über das Ziel der Aufgabe in einer Berufsschule hinausschießt und mehr Verwirrung stiftet, als dass es dem besseren Verständnis dient?

Übrigens heißt es Dirac

Natürlich tut es das. Ich denke auch nicht, dass man das vermittelt bekommt (siehe mein oberer Post, die meisten Studenten drücken sich da drum)
Aber das Problem ist doch folgendes: Ohne diese Theorie baut man eine Eselsbrücke nach der anderen, das Verständnis fehlt. Damit landet man immer wieder an Punkten, an denen man nicht mehr weiter kommt. Ich wollte es daher mal der Vollständigkeit halber mit nennen.
Und danke wegen des Typo, war schon recht spät gestern...

 

[klaatu]

Natürlich tut es das. Ich denke auch nicht, dass man das vermittelt bekommt (siehe mein oberer Post, die meisten Studenten drücken sich da drum)
Aber das Problem ist doch folgendes: Ohne diese Theorie baut man eine Eselsbrücke nach der anderen, das Verständnis fehlt. Damit landet man immer wieder an Punkten, an denen man nicht mehr weiter kommt. Ich wollte es daher mal der Vollständigkeit halber mit nennen.
Und danke wegen des Typo, war schon recht spät gestern...

Ich sehe es gerade anders herum: Ohne Verständnis hilft einem die ganze Theorie nichts. Schweift jetzt zwar vom Thema ab, aber ich habe selbst miterlebt, dass ein Professor einen PNP Transistor mit einer Klospülung verglichen hat, was bei den Kommilitonen (immerhin im 6. oder so Semester) ein großes AHA! Erlebnis und ebensolchen Applaus hervorgerufen hat. Die Leute, die mit Maxwell-Gleichungen jongliert, komplexe Zahlen gemeistert und Fouriertransformationen verinnerlicht hatten, haben da teilweise erstmalig erfahren, was so ein Ding eigentlich macht - etwas, was ihnen jeder Elektrolehrling hätte erklären können. Ist wie in der Physik: Wenn ich die Grundlagen nicht kenne (also die klassische Physik bzw. das, was Newton schon beschrieben hat), brauche ich mich nicht um die Relativitätstheorie kümmern.

Und eben diese Grundlagen sind es, die in einer Berufsschule relevant sind, keine abgehobenen Konstrukte. Das sehe ich nicht als Eselsbrücken, sondern als legitime Vereinfachungen, die für das eigentliche Problem (also Arbeitspunkteinstellung einer Transistorschaltung bzw. Apfel fällt vom Baum) vernachlässigbar sind.

 

[Carl]

Ja und nein. Ich bin ein großer Freund von Anschaulichkeit und denke, mit ein paar einfachen Grundregeln und gelernten Fouriertransformationen kann man das ziemlich schnell grob erlernen. Reicht dann zwar nicht um einen sigma-delta-Wandler in allen Einzelheiten zu verstehen, aber für die gröbsten Anwendungsfälle.

Wenn man sich aber mit Eselsbrücken behilft, bei denen man einen Fehler in der Logik in Kauf nimmt (sich ändernde Gleichspannung...), dann bringt man Leute auf eine falsche Fährte.
Das sind dann die Leute, die sagen, dass clipping eines Amps den Hochtöner durch Gleichspannung zerstört, weil der Sinus ja dann oben ein gerades Plateau hat... Wenn man nur die Fouriertrafo von einem Rechteck und Sinus Signal mal irgendwann gelernt hat (rein bildlich, nicht mal unbedingt die sin(x)/x und wie sich das berechnet), dann erkennt man schnell dass es die Harmonischen sind, die dem Hochtöner zusetzen... Wenn man die Leute dann fragt, ob nicht der Hochpass vor einem Hochtöner diese Gleichspannung filtern würde, dann kommen gleich die Aussagen, nein, weil.. und schon verzieht sich bei denen das komplette Bild von Filtern etc... Die Diskussion hatte ich schon zig mal...

Ich liebe Anschaulichkeit, gute Didaktik und Lernhilfen, aber es dürfen höchstens Vereinfachungen gemacht werden, jedoch keine 'Falschdarstellungen' zur Vereinfachung getroffen werden. Ich weis, das klingt leichter als es ist...
Was ich auch schade finde, ist dass man alles immer zehn mal lehrt. Wenn man einmal eine Fouriertrafo verstanden hat, kann man damit Zeitspektren (Funk, Audio...) verstehen, Laserfokussierung (Fourieroptik), Bändermodelle in Halbleitern, Bilderkennung, Regelkreise etc. pp. Aber überall hat man wieder leicht andere Formelzeichen, andere Definitionen und lehrt alles von Vorne als wäre es was anderes... Damit kann man Studenten quälen!

 

[Sammmy]

Ich bin ganz froh wenn mir in der Ausbildung viele Dinge Anschaulich Dargestellt werden.
Der Ausbilder bzw. Berufsschullehrer muss Dinge halt so erklären dass es möglichst alle aus der Klasse verstehen.
Ich kann mich daran erinnern dass auch in der Mathematik ganz am Anfang Aussagen wie "1 minus 3 geht nicht" gemacht wurden. Später wurde man dann halt wieder eines besseren belehrt.
Ich bin auf jeden Fall froh, dass ich fürs mögliche spätere Studium (Fachabitur mach ich parallel zur Aubildung) die grundlegendsten Sachen wie Transistor, Kondensator, Spulen, Schutzeinrichtungen usw. schon mal im Ansatz verstanden habe.
Dann gaub ich hat man später im Studium auch etwas mehr Spaß wenn man überhaupt weis was man die ganze Zeit rechnet.

 

[Sammmy]

Hallo,

Heute hab ich in meinem aktuellen Tabellenbuch "Betriebs-und Automatisierungselektroniker" bei den RCD`s (DIN VDE 0664) den Begriff Pulsierende Gleichfehlerströme (Fehlerstromarten)
gelesen.
Wenn die Bezeichnung Pulsierende Gleichfehlerströme Fachlich Richtig ist, kann ich daraus ableiten, dass die Bezeichnung "Pulsierende Gleichspannung" auch richtig ist??

 

[jw-lighting]

Wenn die Bezeichnung Pulsierende Gleichfehlerströme Fachlich Richtig ist, kann ich daraus ableiten, dass die Bezeichnung "Pulsierende Gleichspannung" auch richtig ist??

Wer sagt dir, dass dein Tabellenbuch überall 100% fachlich korrekt ist?

(Noch, vorm Studium), würde ich sagen diese ganze Begriffsreiterei ist ein wenig überflüssig. Jeder weiß, was mit "pulsierender Gleichspannung" gemeint ist. Solche kleinen Ungenauigkeiten sind solange akzeptabel, wie sie zum Verständnis beitragen. In einer Thesis oder einem (nicht populärwissenschaftlichen) Fachbuch fände ich soetwas dagegen Fehl am Platz. Aber dort ist es im Gegensatz zu einem Forum auch ein Leichtes den Spannungsverlauf grafisch darzustellen, um ein allgemeines Verständnis zu garantieren.

Just my 2 cents

 

[Carl]

Sammmy meint sowas:
http://gallery.proficad.eu/schaltze...-als-auch-pulsierende-Gleichfehlerstrome.html

Der Begriff scheint sich eingebürgert zu haben. Letzteres ist aber auch wieder nichts weiter als eine Überlagerung aus Gleich- und Wechselstrom.

 

[Sammmy]

Also:

Im Sprachgebrauch und im Elektroalltag bezeichnet man die von dir verlinkte Grafik als Pulsierende Gleichspannung
100% richtig Wäre dies eine Wechselspannung, die an der Y-Achse verschoben ist

Hab ich das so richtig aufgefasst

 

[EDE-WOLF]

Oder auch wechselspannung mit offset.... aber ja...


EDIT: und wo wir gerade abschweifen.... kann mir jemand erklären warum sich tonmenschen (auch die "großen") so standhaft wehren zu akzeptieren, dass ne phasendrehung um Pi ein vorzeichenwechsel und damit polaritätswechsel ist?

sogar herr sengpiel tut sich da schwer....

 

[Wil_Riker]

Hallo EDE,

bitte nicht schon wieder: https://www.musiker-board.de/pa-plauderecke-pa/409372-phasenumkehr-vs-polaritaetsumkehr.html

 

[EDE-WOLF]

Ich weiß ich bezog mich auf die vorherige seite und auf Carl.... Falls es dir entgangen sein sollt

Btw: die frage WIESO sich dieses "Problem" (welches ja nunmal keins ist) allerdings so lange hält ist damit nicht beantwortet....

es erstaunt mich lediglich weils an sich nicht wirklich kompliziert ist