Forum

hey leute! frohes neues noch!

Ich hab ein paar unklarheiten bei einer schaltung.
und zwar zerlege ich im moment eine auswerteschaltung eines induktiven sensors besser gesagt eine induktionsschleife als auto detektor. (Schaltung aus ELEKTOR 10/93).
Beschaltet wird die induktionsschleife mit einem Colpitts Oszillator...meine aufgabe besteht darin die bereits dimensionierten bauteile nachzuvollziehen...

mir ist allerdings unklar um welche colpittsschaltung es sich in diesem fall handelt, eine emitter- oder kollektorschaltung?

zweitens weiß ich nicht wie ich die beiden widerstände (r1 und r2) so dimensionert bekommen soll und ob der kondensator c3 ebenfalls mit in die schwingbedingung mit eingeht?!

Hier noch ein paar daten zur schaltung:
gewünscht ist eine Schwingfrequenz des Oszillators von 30khz
gespeist wird die schaltung mit 12V gleichspannung

Simuliert habe ich diese Schaltung bereits, und ich komme auch auf eine Frequenz von 30kHz

Vielen Dank schonmal im Vorraus!
Gruß Matthias

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Hallo Matthias,
sorry, ich bin versehentlich an die Entertaste geraten und hatte noch nichts geschrieben
Das Bild ist etwas unglücklich und wohl nicht ganz vollständig. Werte der Bauteile sind nur schwer zu lesen. Es ist eindeutig ein Colpittsoszillator in Kollektorschaltung. Die angegebenen Werte sind von einigen Vorgaben abhängig. Der Transistor hat eine Stromverstärkung B von 80-120. Nimmt man eine Emitterspannung von 4 Volt an, so fließt ein Emitterstrom von 4 mA über den Emitterwiderstand. An der Basis wird eine Spannung von ca 4,6 ( 4 Volt + 0,6V )sein. Damit liegt am 180 kOhm Basiswiderstand eine Spannung von 7,4 Volt. Es fließt ein Basisstrom von ca. 40 uA. der Kollektorstrom berechnet sich aus Basis * Stromverstärkung (40 uA * 100 = 4 mA ). Der Kondensator an der Basis (C3 = 220nF) geht nicht in die Schwingkreisberechnung ein.
Da die Kollektor nur eine Spannungsverstärkung von ca 0,95 hat ( also eine Dämpfung ), muß die Spannung über den Schwingkreis angehoben werden ( Autotransformation ) Die Spannung erhöht sich im umgekehrten Verhältnis zu den Kondensatorwerten. 100 nF/ 270 nF --> 270 / 100 = 2,7.
Wenn man die Verluste im Schwingkreis und die Bedämpfung durch den Basiswiderstand und den C3 berücksichtig, so kann die durch die Kollektorschaltung bedingte negative Verstärkung(ca 0,95) ausgeglichen werden. Die Schaltung ist schwingfähig. Für die Berechnung der Resonanzfrequenz sind C1 und C2 in Reihe zu schalten. der Ersatzkondensator liegt dann Parallel zur Induktivität.
Gruß Kendiman

okay vielen dank schonmal...ich werde mich morgen mal damit beschäftigen und schaun ob ich das auch alles so nachvollziehen kann (bin nämlich nicht so fit in sachen elektronik)
Danke!!!

» mir ist allerdings unklar um welche colpittsschaltung es sich in diesem
» fall handelt, eine emitter- oder kollektorschaltung?
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Hi,

die Frage ist gemein! Also: Der Oszillator selbst arbeitet in Kollektorschaltung (Du könntest den Kollektorwiderstand rauslassen und das Signal am Emitter abgreifen- dann wäre alles klar!). In Deiner Schaltung erfolgt die Signalauskopplung aber am Kollektorwiderstand- folglich liegt hier eine "gemischte" Schaltungstechnik vor: Oszillator in Kollektorschaltung, das erzeugte Signal wird von V2 in Emitterschaltung verstärkt, und zwar etwa 4fach (ergibt sich aus dem Verhältnis von R3 zu R2).

C3 geht m.E. nicht in die Schwingbedingung ein, sofern sein kapazitiver Widerstand groß gegenüber dem Eingangswiderstand des Transistors mit R1 parallel ist, was hier gegeben sein dürfte. Für die Schwingfrequenz spielt er ebenfalls keine Rolle.

Zu R1, R2 und R3 ist es wirklich so, dass hier ein paar Zusatzannahmen gemacht werden müssten. Normalerweise würde man sich einen Arbeitspunkt und einen Stromverstärkungsfaktor von V2 (genauer: einen Bereich) vorgeben. Poste doch mal Deine Gleichspannungswerte aus der Simulation, dann kann man die als Ausgangspunkt nehmen. (4 Volt am Emitter bzw. 4mA Kollektorstrom sind zu viel, da dann an R3 mehr als die Betriebsspannung abfallen würde!)

Gruß
Bernhard

» C3 geht m.E. nicht in die Schwingbedingung ein, sofern sein kapazitiver
» Widerstand groß gegenüber dem Eingangswiderstand des Transistors mit R1
» parallel ist, was hier gegeben sein dürfte. Für die Schwingfrequenz spielt
» er ebenfalls keine Rolle.

Sorry, das muss natürlich KLEIN heißen!!!


Gruß
Bernhard

hallo bernhard vielen dank auch für deine hilfe!
mir sind hier allerdings noch ein paar sachen unklar?!

was fest steht...es ist ein oszillator in kollektorschaltung, mit autotransformationseigenschaft des schwingkreises...bzgl schwingfrequenz ist mir auch alles klar!

da ich wirklich recht wenig ahnung habe verstehe ich die geposteten antworten zum teil nicht, mir fehlen auch die praktischen bezüge ein wenig. könnt ihr das vllt noch ein wenig genauer erklären also rein die transtor geschichte.

der transistor in der schaltung wirkt doch rein als schalter nicht als verstärker oder?!
ich benutze zur simulation die software LTSpice von linear technology...ich bin jetzt mal hingegangen und habe mir die ströme ausgeben lassen:
Ic ungefähr 2,8mA
Ib schwankt zwischen 1.3mA und 1.9mA
Ie ungefähr -4.1 mA

gibts denn nicht irgendwie ne vorgehensweise die widerstände dementsprechend zu dimensionieren?

ich habe mal die simulierte schaltung angehängt vllt sind die bauteilwerte dann auch besser ersichtlich.

Vielen Dank! (echt top das Forum)





ich bin jetzt mal hingegangen un hab versucht die widerstände wie folgt zu dimensionieren.
angefangen mit dem widerstand R2: halbe Betriebsspannung durch den Strom im Arbeitspunkt (40mA) dann komm ich aber nicht auf einen widerstandswert von 1k
Kondensator C3 bildet mit R1 einen Hochpass und schwächt frequenzen unterhalb seiner Grenzfrequenz ab?!
sorry leute aber ich bin ein bisschen verwirrt, ist echt blöd ne vordimensionierte schaltung vor sich zu haben ^^

» der transistor in der schaltung wirkt doch rein als schalter nicht als
» verstärker oder?!

Moin,

der Transistor arbeitet als Verstärker (sonst würdest Du keinen Sinus als Ausgangssignal erhalten).

» ich benutze zur simulation die software LTSpice von linear
» technology...ich bin jetzt mal hingegangen und habe mir die ströme
» ausgeben lassen:
» Ic ungefähr 2,8mA
» Ib schwankt zwischen 1.3mA und 1.9mA
» Ie ungefähr -4.1 mA
»

Die Ergebnisse kann ich jetzt nicht nachvollziehen. Die Widerstände richten sich nach dem gewünschten statischen Verhalten der Transistorstufe, sie stellen also einen vorgegebenen Mittelwert z.B. des Kollektorstromes ein, bei dem der Transistor seine jeweilige Aufgabe optimal erfüllt. Um diesen Mittelwert herum schwankt dann im eingeschwungenen Zustand der Kollektorstrom. Diesen Mittelwert gibt man sich bei der Schaltungsberechnung normalerweise vor (anhand der Eigenschaften des gewählten Transistors; der kann z.B. bei einem bestimmten Kollektorstrom optimale Verstärkungseigenschaften haben; oder ausgehend davon, dass eine bestimmte Ausgangswechselspannung möglich sein soll- dann muss halt die Kollektor- Emitterspannung größer als der Spitze- Spitze- Wert der gewünschten Ausgangsspannung sein). Was genau sich der Entwickler gedacht hat, sieht man der fertigen Schaltung leider oft nicht mehr an. (Unter Umständen hat er die Schaltung sogar durch Versuchsreihen noch optimiert.)
Man kann aber mit etwas Geschick und Grundkenntnissen oftmals anhand der Bauelementewerte zumindest die Gleichspannungsparameter der Schaltung ermitteln.
Außerdem sollte man die Ergebnisse immer kritisch überprüfen. Das gilt auch für Deine LTSpice- Ergebnisse:

Rein gleichstrommäßig kann z.B. der Emitterstrom nicht 4.1 mA annehmen, da der Spannungsabfall am Kollektorwiderstand 3.9 kOhm * 4.1 mA = 15.99 V betragen würde, was bei 12 V Betriebsspannung natürlich nicht sein kann.

» gibts denn nicht irgendwie ne vorgehensweise die widerstände
» dementsprechend zu dimensionieren?
»
Ja klar, wenn man sich die entsprechenden Vorgaben macht. Ich nehme jetzt mal meine Glaskugel und lege los:
B des Transistors sei 100. Der Eingangswiderstand der Kollektorschaltung soll nicht zu klein sein wg. Schwingkreisdämpfung, sagen wir mal, 100 kOhm. Dann wird der Emitterwiderstand 1 kOhm (Eingangswiderstand rund B*Re). Der Kollektorstrom soll ca. 1.7 mA betragen (das weiß ich, weil ich die Schaltung schon mal "rückwärts" berechnet habe , Genaueres weiß nur der Schaltungsentwickler). Dann liegen am Emitter 1.7 Volt.
Weiter möchte ich einen Aussteuerungsbereich von ca. 3.6 Volt Spitze- Spitze. Macht am Kollektor (1.7 + 3.6)Volt = 5,3 Volt. Bei 12 Volt Betriebsspannung bleiben dann 6.7 Volt für den kollektorwiderstand, macht bei 1.7 mA also 3.95 kOhm, gewählt 3.9 kOhm. Bleibt der Basiswiderstand: An dem liegen 5.3 Volt - 1.7 Volt - 0.6 Volt = 3.0 Volt. Der Basisstrom ist rund 1.7 mA/100 = 0.017 mA, also wird der Basiswiderstand 3 Volt/ 0.017 mA = 176,5 kOhm, gewählt 180 kOhm.
War jetzt alles ganz, ganz stark vereinfacht.

Es gab früher im Osten in den 70er Jahren mal ein Buch von einem sehr bekannten Autor: "Amateurlaborbuch" von Hagen Jakubaschk. Heute natürlich vieles veraltet, aber was die Analyse unbekannter Schaltungen angeht, absolut Spitze. Lese heute noch immer wieder mit Vergnügen darin. Falls es Dir mal im Antiquariat oder bei Ebay über den Weg läuft und Du Interesse dafür hast, zugreifen.

Gruß
Bernhard
(der gar nicht so viel schreiben wollte...)

okay vielen dank!
darf ich jetzt noch eins wissen wie kommst du auf den kollektorstrom von 1,7 mA (den ich jetzt auch übrigens in der simulation habe...) und den aussteuerungsbereich hast du dir ausgedacht oder auch vorher berrechnet?

mfg schuggi

» darf ich jetzt noch eins wissen wie kommst du auf den kollektorstrom von
» 1,7 mA (den ich jetzt auch übrigens in der simulation habe...) und den
» aussteuerungsbereich hast du dir ausgedacht oder auch vorher berrechnet?
»

Hallo nochmal,

natürlich hab ich da ein wenig "geschummelt":

Der Basisstrom durch den 180kOhm- Widerstand lässt sich berechnen:

Ib = (Uc-Ue-Ube)/Rb (1)

Uc ist: Uc=Ubatt-IcRc=Ubatt-B*Ib*Rc (2)
Ue ist: Ue=(Ib+Ic)*Re=Ib(B+1)Re (3)

Diese beiden Ausdrücke in (1) eingesetzt und nach Ib umgeformt ergibt:

Ib=(Ubatt-Ube)/(Rb+BRc+(B+1)Re)

Das hab ich nun in (3) eingesetzt und so eine Formel für Ue erhalten:

Ue=(Ubatt-Ube)*(B+1)*Re/(Rb+BRc+(B+1)Re)

Mit den Werten Deiner Schaltung kommst Du auf Ue=1,72 Volt, also einen Emitterstrom von 1,72 mA.

Der Rest ist dann einfach. Das mit dem Aussteuerbereich habe ich ehrlich gesagt einfach reininterpretiert. Dieser Wert ergibt sich nun mal aus der "Rückwärtsberechnung" der Schaltung. Die Schaltung läuft bestimmt auch noch mit abweichendem Kollektorwiderstand und damit abweichender Uce. Was genau der Grund für die 3.9 kOhm war, musst Du wie gesagt den Entwickler fragen.

Gruß
Bernhard

Warum muss Elektronik immer so kompliziert sein???
trotzdem schonmal vielen vielen dank für die großzügige hilfe...werd am nächsten wochenende wohl wieder ein paar stunden über der schaltung sitzen und mal das ganze nachrechnen...aber so wie ich das sehe werden wohl noch ein paar unklarheiten aufkommen...aber hier bekommt man ja 1A geholfen!!!
Merci

gruß Schuggi

» Warum muss Elektronik immer so kompliziert sein???

Warte nur bis du dann seitenweise mit Formeln zu tun hast!!
Dann wirst auch so schauen wie der da:




»Viel Spass weiterhin mit deinen Projekten!
Grüße
Gerald

--
...und täglich grüßt der PC:
"Drück' ENTER! Feigling!"