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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Bitte um Hilfe beim Verständnis


Autor: Marco (Gast)
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Hallo zusammen,

ich baue im Rahmen meines Physikstudiums einen DCF77 Empfänger analog 
auf, bzw. ich überarbeite diesen. Hierzu habe ich den angehängten 
Schaltplan erhalten. Es handelt sich lediglich um die aktive Antenne um 
das Signal zu empfangen und aufzubereiten. Der Schwingkreis und die 
FET-Stufe bereiten mir keine Probleme.
Das Hindernis ist die Verstärkerstufe - und zwar soll ich die ganze 
Schaltung verstehen. Trotz viel Hilfe von Bekannten und Freunden aus der 
Ausbildung habe ich meine Schwierigkeiten. Die Frage ist vermutlich 
recht simpel:

Wieso genau diese Verschaltung von PNP und NPN Transistor?

Der Entwickler dieser Schaltung hat sie sich anscheinend irgendwo aus 
dem Internet gezogen, allerdings keine Quellen angegeben. Ich stehe ein 
wenig auf dem Schlauch.
Ist an der Reihenfolge etwas besonders oder könnte auch gut ein normaler 
Darlington-Transistor o.ä. verwendet werden?

Ich hoffe, dass ich mein Problem darlegen konnte.
Falls nicht einfach nochmal nachfragen.
Danke schon mal für eure Hilfe!

Besten Gruß,
Marco

Autor: karadur (Gast)
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Bei Q1 dürfte E und C vertauscht sein.

Autor: Günter Lenz (Gast)
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Marco schrieb:
>Wieso genau diese Verschaltung von PNP und NPN Transistor?

Q1 ist falsch angeschlossen, wie "karadur" schon schrieb.
Es soll einfach eine große Verstärkung erreicht werden.
Aber ob die Schaltung stabil arbeitet und ob der Arbeitspunkt
stabil ist, must du ausprobieren. Bei einer so hohen Verstärkung
passiert es schnell das die Schaltung schwingt.
Wenn die Schaltung nicht stabil arbeitet, nimm zwei
Emitterstufen oder eine Kaskodestufe.

Autor: Dieter (Gast)
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Bei Q1 ist Kollektor u. Emitter vertauscht.

Pnp und npn verschalten erlaubt so auch einen Betrieb mit niedrigerer 
Versorgungsspannung als mit Darlingtonschaltung zweier gleichen.


Hat man einen Transistor falsch herum eingesetzt, zeigt sich immer noch 
eine geringe Stromverstärkung im Bereich 5 bis 15. Das ist kein 
Messfehler, das ist wirklich so.
http://www.elektronik-labor.de/AVR/NPNpnp.html

Wenn das Empfangssignal zu stark sei sollte, mach das so. Allerdings ist 
dann die Versorgungsspannung hoechstens 5V.

Autor: HildeK (Gast)
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Günter Lenz schrieb:
> Aber ob die Schaltung stabil arbeitet und ob der Arbeitspunkt
> stabil ist, must du ausprobieren. Bei einer so hohen Verstärkung
> passiert es schnell das die Schaltung schwingt.

Eine sehr ähnliche hatte ich vor langer Zeit (ca. 35J.) auch schon 
gebaut - etwas hochohmiger. Läuft nach wie vor.
Am (richtig eingebauten) Q1 hatte das Signal schon ca. 0,5Vss (Abstand 
150km). Bei Q2 wird es reichen, dem Kondensator C6 einen Widerstand in 
Reihe zu schalten, um die Verstärkung ggf. etwas runter zu nehmen. Ich 
hatte sie schon am Q1 etwas reduziert.
Wo siehst du Probleme mit den Arbeitspunkten? Durch R3 und R6 ist doch 
genug DC-Gegenkopplung vorhanden.

@TO:
R16 scheint mir überflüssig - außer du hast einen Stecker zwischen FET 
und Antenne. Die Antennenspule selber ist ja ein Stück Draht ...

Marco schrieb:
> Wieso genau diese Verschaltung von PNP und NPN Transistor?

Die Kombination aus PNP und NPN erspart bei geeigneter Dimensionierung 
den Koppelkondensator und die Arbeitspunkteinstellung 
(Basisspannungsteiler) mit zwei Widerständen bei jedem Transistor. Da es 
bei kleinen Signalen nicht ganz so tragisch ist, wenn das Ruhepotential 
am Kollektor nicht optimalerweise bei der halben Versorgungsspannung zu 
liegen kommt, verwende ich die Variante auch gerne.

Autor: Marco S. (marco_s969)
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HildeK schrieb:
> R16 scheint mir überflüssig

Leider ist er nötig, da hier die übrigen Ladungsträger, welche am Gate 
vom FET anliegen auf Masse geleitet werden, er läuft sonst über.

HildeK schrieb:
> Die Kombination aus PNP und NPN erspart bei geeigneter Dimensionierung
> den Koppelkondensator....

Danke für die Antwort, hast zufällig eine HP oder ein Buch, in dem ich 
es genauer nachlesen kann? Sonst ergibt das eine Menge Sinn.

Dieter schrieb:
> Bei Q1 ist Kollektor u. Emitter vertauscht.

Nene, da ist nichts vertauscht. Die Schaltung läuft und ich empfange das 
DCF Signal. Da Verstärkung liegt zwischen 600 und 1000 je nach 
Bauteilstreuung. Eigenschwindung taucht nicht auf.

Autor: Jens G. (jensig)
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Marco S. (marco_s969) schrieb:

>HildeK schrieb:
>> R16 scheint mir überflüssig

>Leider ist er nötig, da hier die übrigen Ladungsträger, welche am Gate
>vom FET anliegen auf Masse geleitet werden, er läuft sonst über.

Welche "übrigen Ladungsträger". Meinst Du, die einen entscheiden sich 
für den Weg über die Spule, die anderen für den Weg über den R?

>Dieter schrieb:
>> Bei Q1 ist Kollektor u. Emitter vertauscht.

>Nene, da ist nichts vertauscht. Die Schaltung läuft und ich empfange das
>DCF Signal. Da Verstärkung liegt zwischen 600 und 1000 je nach
>Bauteilstreuung. Eigenschwindung taucht nicht auf.

Ja, zum Glück funktioniert ein solcher Transistor auch verkehrtherum. 
Aber eben etwas sehr schlecht. Er ist trotzdem falsch rum eingezeichnet, 
auch wenn es irgendwie zu funktionieren scheint.
Noch nie gelernt, daß pnp genau andersherum als npn benutzt werden?

: Bearbeitet durch User
Autor: HildeK (Gast)
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Marco S. schrieb:
> HildeK schrieb:
>> R16 scheint mir überflüssig
>
> Leider ist er nötig, da hier die übrigen Ladungsträger, welche am Gate
> vom FET anliegen auf Masse geleitet werden, er läuft sonst über.

Richtig, das Gate braucht eine DC-Anbindung an GND, aber die hat es 
schon über den Draht der Antennenspule.

Marco S. schrieb:
> Dieter schrieb:
>> Bei Q1 ist Kollektor u. Emitter vertauscht.
>
> Nene, da ist nichts vertauscht.

Doch, schon. Ich wüsste nicht, welchen Nutzen es hat, den invers zu 
betreiben.

Autor: Sven S. (schrecklicher_sven)
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Richtig herum.

Autor: HildeK (Gast)
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HildeK schrieb:
>> Nene, da ist nichts vertauscht.
>
> Doch, schon. Ich wüsste nicht, welchen Nutzen es hat, den invers zu
> betreiben.

Wenn du soviel Verstärkung hast, dann hast du den Q1 zwar falsch 
gezeichnet, aber richtig angeschlossen.
Weiteres Indiz:
- R3 und C5 sind die üblichen Maßnahmen zur Reduzierung der 
DC-Verstärkung (Stromgegenkopplung) unter Beibehaltung der maximalen 
AC-Verstärkung. Und die ist immer am Emmiter angebracht.

Autor: Marco S. (marco_s969)
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Na gut, dann werde ich es nochmal probieren E und C zu tauschen. Ist mir 
zwar rätselhaft, weshalb die Schaltung dann läuft und auch eine hohe 
Verstärkung erreicht. Ich hab die Schaltung definitiv so aufgebaut, 
nämlich 5x und davon laufen alle...

Zu R16 kann ich nur so viel sagen, dass ohne diesen Widerstand kein 
Signal zu sehen. Wichtig ist es bei dem DCF Signal den Hub zu sehen, 
diesen sieht man nun mal nur mit R16.

Autor: Günter Lenz (Gast)
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Marco S. schrieb:
>probieren E und C zu tauschen. Ist mir
>zwar rätselhaft, weshalb die Schaltung dann läuft

Du must erst mal grundsätzlich verstehen wie ein
Transistor funktioniert. Es gibt NPN- und PNP-Transistoren.
Q1 ist ein PNP-Transistor. PNP-Transistoren Arbeiten mit
 - am Kolektor und + am Emiter. Bei NPN-Transistoren ist
es genau umgekehrt. Der Laststrom fließt über Kollektor
Emitter. Der Steuerstrom fließt über Basis Emitter.
Die gezeigte Schaltung ist eine sogenannte
Komplimentärschaltung.


Siehe hier:

https://de.wikipedia.org/wiki/Transistor

https://de.wikipedia.org/wiki/Sziklai-Paar

http://www.elektronik-kompendium.de/sites/bau/0201291.htm

https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0203111.htm

Autor: HildeK (Gast)
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Marco S. schrieb:
> Na gut, dann werde ich es nochmal probieren E und C zu tauschen.

Prüfe erst, ob du nicht die Hardware richtig verschaltet hast und nur 
die Zeichnung falsch ist!
Man kann auch mal C und E versehentlich vertauschen ...

Autor: Ralph B. (rberres)
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Marco S. schrieb:
> Zu R16 kann ich nur so viel sagen, dass ohne diesen Widerstand kein
> Signal zu sehen. Wichtig ist es bei dem DCF Signal den Hub zu sehen,
> diesen sieht man nun mal nur mit R16.

Dann hast du irgendwo noch ein Koppelkondensator Richtung Antenne 
verbaut.

Ansonsten ist die Spule der Antenne welches parallel zu R16 liegt für 
Gleichstrom und damit für den Arbeitspunkt garantiert niederohmiger als 
R16 mit 2,2Mohm. Vermutlich könntest du hier auch ein 100Kohm 
reinsetzen, ohne das es sich auswirkt.

Marco S. schrieb:
> Dieter schrieb:
>> Bei Q1 ist Kollektor u. Emitter vertauscht.
>
> Nene, da ist nichts vertauscht. Die Schaltung läuft und ich empfange das
> DCF Signal. Da Verstärkung liegt zwischen 600 und 1000 je nach
> Bauteilstreuung. Eigenschwindung taucht nicht auf.

Hilde-K und einige andere auch haben das schon richtig beschrieben.

Bei einen PNP Transistor muss Emitter an Plus , bei einen NPN Transistor 
Emitter an Minus.

Somit ist bei dem PNP Emitter und Kollektor zumindest im Schaltbild 
vertauscht.

Ralph Berres

Autor: Axel S. (a-za-z0-9)
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Marco S. schrieb:
> Na gut, dann werde ich es nochmal probieren E und C zu tauschen. Ist mir
> zwar rätselhaft, weshalb die Schaltung dann läuft und auch eine hohe
> Verstärkung erreicht.

Es wurde dir jetzt mehrfach erklärt. Ein Bipolartransistor funktioniert 
im Prinzip auch mit vertauschtem Emitter und Kollektor. Er hat dann aber 
eine deutlich geringere Stromverstärkung und hält deutlich weniger 
Sperrspannung aus. Dafür ist die Sättigungsspannung geringer. In manchen 
Schaltungen macht man das absichtlich so und es heißt Inversbetrieb.

Das erklärt, warum deine Schaltung überhaupt funktioniert. Und was die 
Verstärkung angeht: das sind drei Spannungsverstärkerstufen in Reihe. 
Die Gesamtverstärkung ist das Produkt. Ob deine Schaltung jetzt 
100·100·100 = 1.000.000 schafft oder nur 100·10·100 = 100.000 - das 
kannst du ohne eine präzise Messung gar nicht herausfinden.

> Zu R16 kann ich nur so viel sagen, dass ohne diesen Widerstand kein
> Signal zu sehen.

Dann stimmt vielleicht noch etwas an der gezeichneten Schaltung nicht 
(mit der Realität überein). Wenn die Antenne über einen 
Koppelkondensator angekoppelt wäre, dann würde sich das genauso 
auswirken.

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