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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Analyse analoger Schaltungen ohne Simulation


Autor: Idi (Gast)
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Hallo!

Als Elektrotechnik-Interresierter wollte ich gerne mal einen Tipp 
bekommen, wie man sich in eine analoge Schaltung hineindenkt.
Dazu im Anhang mal eine Schaltung, deren Funktion ich zunächst nicht 
verrate ;-)
Klar, man kann die Schaltung in z.B. LT-Spice komplett nach Zeit und 
Frequenzverhalten analysieren. Ich aber möchte mal so tun, als gäbe es 
keine Simulationsprogramme. Mein Chef sagte mal zu mir, wer simuliert, 
habe keine Ahnung!!!
Nun, ich habe Schwierikeiten, wie ich herangehen soll, eine analoge 
Schaltung zu analysieren. Gerade wenn es mehr als drei Transsitoren 
werden und Dioden noch irgendwo zu finden sind, das ganze noch Kreuz- 
und quer mit diversen Kapazitäten und Widerständen noch verbunden ist. 
Die Literatur mit ihren Grundschaltungen hilft einem da irgendwie auch 
nicht mehr weiter. Ich habe diverse Literatur zu Hause mit abertausenden 
theoretischen Betrachtungen von Berechnungen von Tief- und Hochpässen 
und parasitären Elementen in einem Trnsistor. Aber das Hilft einem in 
der Praxis kaum weiter.

Wie geht da der Profi vor?
Muss ich zunächst von einer bestimmten Spannung eines Knotens am 
Transistor ausgehen und dann überlegen, welche Kapazität sich wann wie 
auflädt?
Oder kann ich hier mit Knotenpotentialanalyse oder Maschenstromverfahren 
was werden (Bleistift, Zettel und Ratschifummel sind erlaubt)?

Autor: mhh (Gast)
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Keine Spannung am Eingang? -> dann denk Dir den BC547 weg. Was macht da 
der Mosfet?

Pos. Spannung am Eingang -> Was macht da der BC547 und damit der Mosfet?

Ein Licht geht Dir an...  :-)

Autor: mhh (Gast)
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Beim Reindenken ist es besser zu vereinfachen, als jedes Picofarad zu 
analysieren - das kommt dann erst danach, wenn es um das Verstehen 
spezieller Eigenschaften geht.

Autor: Klaus Ra. (klara)
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Hallo Idi,
>Mein Chef sagte mal zu mir, wer simuliert,
>habe keine Ahnung!!!
Dann haben Brücken-Bauer, Auto-Bauer, usw. alle keine Ahnung?
Gut, Deine Schaltung ist recht simpel und man sollte erkennen was sie 
bewirkt, im ersten Schritt. Wenn es aber darum geht die Grenzbedingungen 
der Schaltung zu untersuchen, kann man es durchaus rechnerisch machen, 
insofern Dir alle Parameter zur Verfügung stehen. Da fängt es aber schon 
an. In den Datenblättern selber findet man nicht alle nötigen Parameter. 
Die stecken aber in der Regel in den Spice - Modellen.
Und wenn es etwas komplizierter wird, dann wäre der Rechenaufwand eben 
noch höher. Wer mal zu Fuss Stern-Dreieck-Transformationen machen 
musste, der weiss wo von ich rede.
Nimmt dein Chef denn noch Logarithmen Tabellen und Rechenschieber?
Gruss Klaus.

Autor: Lothar Miller (lkmiller) (Moderator) Benutzerseite
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Idi schrieb:
> Muss ich zunächst von einer bestimmten Spannung eines Knotens am
> Transistor ausgehen und dann überlegen, welche Kapazität sich wann wie
> auflädt?
Das ist erst mal uninteressant. Wichtig ist zuallererst: was macht das 
Ding in einem stabilen Zustand?

> Wie geht da der Profi vor?
Er gibt den Bauteilen zuallererst mal unterschiedliche Namen!

> Wie geht da der Profi vor?
Der sieht sich die Schaltung an, erkennt keinerlei relevante 
Gegenkopplung und hakt damit gleich mal das Thema "Arbeitspunkt im 
linearen Bereich" ab. Somit ist das nur ein Schalter: mit dem Mosfet 
wird die LED eingeschaltet.
Was braucht ein N-Kanal Mosfet um zu Leiten? Eine positive Gatespannung.
Woher kommt die? Entweder vom unteren linken Anschluss (nennen wir den 
mal UL) oder vom Transistor.
Also müssen wir erst mal den Transistor zum leiten bekommen. das geht 
nur, wenn die Basis des npn-Transistors ein wenig positiver ist als der 
Emitter.

Gut. Bringen wir den Transistor zum leiten mit einer Basisspannung , die 
über einen Widerstand vom Anschluss oben links kommt (oben links = OL).

Legen wir da mal 12V an. Dann kommen am Emitter 11,4V heraus. Der 
Emitterstrom fliesst über den R 470 Ohm (oben) und lädt den 100nF 
(unten). Weil die Zeitkonstante 470*100n recht kolein ist, geht das 
ruck-zuck. Folge: der Mosfet leitet, die LED leuchtet.

Jetzt kommt die Basis wieder auf 0V. Dadurch liegen die beiden 
Kondensatoren parallel und die Gatespannung sinkt recht schnell auf 6V.
Hierzu trägt auch die Z-Dioden-Charakteristik von 
Kleinsignaltransistoren über die inverse BE-Strecke bei.
Danach wird die Parallelschaltung der beiden Kondensatoren über den 
1MOhm Widerstand weiter entladen. hier ist die Zeitkonstante etwa 
200n*1M. D.h. nach etwa 0,2 sec wird der Mosfet wieder sperren.

> Klar, man kann die Schaltung in z.B. LT-Spice komplett nach Zeit und
> Frequenzverhalten analysieren.
Das könnte man nicht, weil ein paar Netze nicht angeschlossen sind!!
In der Schaltung so wie sie hier ist fließt einfach kein Strom.

BTW:
das ist eigentlich keine wirklich sinnvolle Schaltung.
Wo hast du die gefunden?

Autor: Olaf (Gast)
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> Mein Chef sagte mal zu mir, wer simuliert, habe keine Ahnung!!!

Das ist aber quatsch. Es ist wichtig zu simulieren, aber es ist genauso 
wichtig zu verstehen was da abgeht um die Simulation zu bewerten.

> Oder kann ich hier mit Knotenpotentialanalyse oder Maschenstromverfahren
> was werden (Bleistift, Zettel und Ratschifummel sind erlaubt)?

Im Prinzip koenntest du das. Allerdings wuerde dir dann sehr schnell 
auffallen warum Spice erfunden wuerde.

Das wichtigste was ein Ingenieur lernen muss ist vernachlaessigen. (hat 
ein Prof mal zu mir gesagt :) Du solltest dann nur Teile der Schaltung 
zu bestimmten Zeiten betrachten. Also zum Beispiel einen Transistor als 
Schalter ansehen wenn moeglich. Oder eine Schaltung nur fuer 
Wechselspannung an einem Arbeitspunkt betrachten. Ausserdem haben unsere 
Vorfahren noch gemalt wenn sie nicht rechnen konnten. (z.B 
Eingangsignale an den Kennlinien eines Transistors gespiegelt nachdem 
sie zuvor den Arbeitspunkt berechnet haben)

Um auf dein Beispiel zurueckzukommen. Du koenntest vielleicht ausrechnen 
wie sich der Kondensator an einer bestimmten Quelle auflaedt. (1) Du 
verlaesst dich aber darauf das dein FET die Quelle nicht belastet. Das 
ist eine Annahme die richtig sein kann oder auch nicht. Und dann kannst 
du als naechstes schauen was der Fet wohl mit der Eingangspannung machen 
wird.
Mit anderen Worten es ist wichtig das du beim betrachten eines 
Schaltbilds die Schaltung in kleine Teilschaltungen zerlegst die du 
getrennt untersuchst.

Olaf

zu1: Wenn du das machst dann wirst du vielleicht merken das sich deine 
Schaltung an unterschiedlichen Signalquellen mit unterschiedlichen 
Innenwiderstaenden verschieden verhaelt. Das ist die Stelle an der 
vielleicht die ungeschickt formulierte Kritik deines Chefs ansetzt.

Autor: Alexander Schmidt (esko) Benutzerseite
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Idi schrieb:
> Mein Chef sagte mal zu mir, wer simuliert, habe keine Ahnung!

Da hat er nicht ganz unrecht.

1. Denken & Planen
2. Rechnen
3. Simulieren
4. Aufbauen
5. Testen
6. Fertig oder zurück zu Erstens



Zum Schaltungen analysieren:
Man sollte sich die stabilen Zustände zuerst überlegen und am Ende die 
Übergänge. Bei den aktiven Elementen (Transistoren, Dioden) anfangen und 
sich überlegen, wann leiten sie, wann sind sie aus.

Man kann auch beim Ausgang anfangen und sich dann zum Eingang vortasten, 
manchmal umgekehrt, aber nie konfus Kreuz und Quer.

Autor: Peter R. (pnu)
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Vor Allem:    wer Simuliert, verpasst das Wichtigste:

Wie verhält sich die Schaltung außerhalb des vorgesehenen 
Betriebsbereichs:

Übersteuerung: kommt es zum Blockieren (Sättigung oder Thyristoreffekt)
Einschalten der Betriebsspannung (Was passiert wenn eine Teilspannung 
später kommt)
Fehler eines Bauelements: Tötet ein defekter Elko die ganze Anlage
Blockiert eine defekte kleine Baugruppe das ganze Gerät
Wird eventuell das Not-Aus blockiert weil falscher Messwert gemeldet 
wird

Gerade solche Fälle sind durch Simulation kaum zu prüfen, da die ja nur 
die Daten für den linearen unversteuerten Bereich berücksichtigt.

Autor: MaWin (Gast)
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> wie man sich in eine analoge Schaltung hineindenkt.

Ohne das Umfeld zu kennen ?

Gar nicht.

An deinen beiden Anschlussen kann alles mögliche hängen

Wenn man sie (direkt oder über einen Widerstand) miteinander verbindet, 
ist ein hineindenken einfach: Es passiert nichts.

Das muß man nicht simulieren.

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