Konstantstromquelle komisch

[Peter Z. (Gast)]

Hallo allerseits,

ich habe mit einer LT-Spice-Simulation einer einfachen 
Konstantstromquelle gespielt.

Mit nur einem Transistor (Q3) habe ich da noch eine gewisse Welligkeit 
von ca. 3V an Out2.

Spendiere ich noch einen Transistor ist die Welligkeit an Out1 nur noch 
ca. 1V.

Einen ähnlichen Effekt habe ich, wenn ich einen 8Meg Widerstand von 
Emitter Q3 nach Masse schalte.

Seltsamerweise ist dann die Frequenz an Out2 verdoppelt...

Kann man das erklären?

[Kai K. (klaas)]

Dir ist schon klar, daß der 2N5401 ein 150V Transistor ist? Im 
Einschaltmoment, also wenn noch kein Strom durch den Transistor und 
damit R3/R4 fließt, knallt es...

Die Welligkeit ist bei einer solchen Einzeltransistor-Schaltung ganz 
normal.

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

Peter Zz schrieb:
> Seltsamerweise ist dann die Frequenz an Out2 verdoppelt...

Mit dem 8MΩ-Widerstand — nennen wir ihn R5 — zweigst du einen Teil des
konstanten Stroms ab. Der Strom durch R5, und damit auch sein
Wechselanteil, wird vom Strom durch R2 subtrahiert. Dadurch wird der
Wechselanteil des Stroms durch R4 geringer, und du siehst an Out2 eine
geringere Restwelligkeit.

Wären die Wechselanteile der Ströme exakt sinusförmig, könntest du mit
einem geeigneten Wert für R5 (zumindest für ein festes V4) die
Restwelligkeit komplett eliminieren. Sie sind aber nicht sinusförmig,
sondern werden durch die nichtlinearen Eigenschaften des Transistors
verzerrt und haben somit Oberschwingungen beim Doppelten, Dreifachen
usw. der Grundfrequenz. Mit den 8MΩ hast du wohl einen Wert getroffen,
bei dem die Grundschwingung fast komplett kompensiert wird, so dass du
die jetzt dominierende zweite Harmonische (also die doppelte Frequenz)
siehst.

[ArnoR (Gast)]

> Sie sind aber nicht sinusförmig,
> sondern werden durch die nichtlinearen Eigenschaften des Transistors
> verzerrt und haben somit Oberschwingungen beim Doppelten, Dreifachen
> usw. der Grundfrequenz.

Es ist etwas anders. Die Amplitude der Wechselspannung ist ja recht 
groß, so dass bei der Kompensation der Bereich von Unter- bis hin zur 
Überkompensation durchlaufen wird. Im Bild sieht man gut die Wirkung.

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

ArnoR schrieb:
> Es ist etwas anders. Die Amplitude der Wechselspannung ist ja recht
> groß, so dass bei der Kompensation der Bereich von Unter- bis hin zur
> Überkompensation durchlaufen wird.

Das ist nur eine andere Betrachtungsweise. Ursache des Phänomens ist die
Nichtlinearität des Transistors. Ob man daraus jetzt eine Verzerrung des
Sinussignals oder ein spannungsabhängiges Kompensationsverhalten ablei-
tet, ist einerlei. Beide Effekte verschwänden, wenn man einen (hypothe-
tischen) perfekt linear arbeitenden Transistor einsetzen würde.

[ArnoR (Gast)]

> Das ist nur eine andere Betrachtungsweise. Ursache des Phänomens ist die
> Nichtlinearität des Transistors....

Wenn das so wäre, dann müsste der Effekt der Frequenzverdopplung ja auch 
an anderen Arbeitspunkten auftreten, denn die Nichtlinearität des 
Transistors wird durch die Kompensation ja nicht verändert. Das ist aber 
nicht der Fall, der Effekt verschwindet bereits, wenn man den AP soweit 
verschiebt, dass keine Über- bzw. Unterkompensation auftritt. Siehe 
Bilder.

[Yalu X. (yalu) (Moderator)]

ArnoR schrieb:
> Wenn das so wäre, dann müsste der Effekt der Frequenzverdopplung ja auch
> an anderen Arbeitspunkten auftreten, denn die Nichtlinearität des
> Transistors wird durch die Kompensation ja nicht verändert.

Die doppelte Frequenz (also die 2. Harmonische) ist auch bei anderen
Arbeitspunkten noch da, sie fällt nur nicht auf, weil dann die Grund-
frequenz wegen der schlechteren Kompensation eine größere Amplitude hat.