Hallo Leute, ich versuche gerade, Simulationsergebnisse von LTSpice bzgl. eines Emitterfolgers zu verstehen. Der Schaltplan und und die Simulationsergebnisse befinden sich im Anhang. Dabei ist V(n001) die Spannung des Basis-Eingangs, V(n004) die des Emitterausgangs und Ie(Q1) der Kollector-Emitter-Strom des Transistors. Was ich nun nicht verstehe ist, warum der Transistor bei einer Basis-Spannung von ca. 5V sperrt und kein Strom mehr fließt. Die Basis-Emitter-Spannung ist doch eigentlich immer noch über den ca. 0,7 V, oder? Ich habe das Gefühl, was Offensichtliches zu übersehen, aber trotz diverser Bücher kriege ich es nicht heraus. Vielen Dank für Eure Hilfe im Voraus.
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Du hast zu wenig Ruhestrom um bei großer Amplitude die kapazitiv angekoppelte Last zu treiben. Erniedrige R3 auf beispielsweise 3,3kOhm. Damit kannst du dann schon deutlich mehr Hub ohne Spannungsbegrenzung machen.
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Solange Dein Generator nur 10Vpp einspeist, kannst Du wohl kaum 14Vpp Ausgangsspannung erwarten.
Lasse mal Q1 weg und setze zwischen Basis und Emitter nur eine Diode. Dann schaue Dir den Spannungsverlauf zwischen C1 an.
Vielen Dank für diese schnelle und richtige Antwort. Leider verstehe ich immer noch nicht, was da genau passiert. Ist es so, dass der Kondensator in der einen Halbwelle nicht weit genug aufgeladen wird, sodass er in der zweiten Halbwelle zu schnell entladen ist? Und wie kann ich den Ruhestrom (und somit R3) so berechnen, dass er zur Kapazität des Kondensators passt? Sorry, falls das dumme Fragen sind, ich finde nur tatsächlich nirgendwo eine Antwort darauf. Vielen Dank für die Hilfe!
Julian schrieb: > Sorry, falls das dumme Fragen sind, ich finde nur tatsächlich nirgendwo > eine Antwort darauf. glaube ich nicht! https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0204133.htm "Die Ausgangsspannung ist immer kleiner als die Eingangsspannung. Die Spannungsverstärkung Vu beträgt ungefähr 1." also wieso erwartest du mehr?
Bei Emitterschaltungen ist es normal, dass man den Emitterwiderstand im Bedarfsfall mit einem RC-Glied überbrückt, um die Verstärkung oder die Höhen anzuheben. Aber in einer Kollektorschaltung macht das keinen Sinn.
Ach Du grüne Neune schrieb: > Ach Du grüne Neune Ach Du grüne Neune schrieb: > um die Verstärkung ... anzuheben na ja, eher um die Gegenkopplung für Wechselsspannung aufzuheben. Der Emitterwiderstand dient zur AP Stabilisierung.
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Ich erwarte doch gar nicht mehr. Wenn V1 eine Amplitude von 10V hat, schwankt die Spannung an der Basis des Transistors zwischen 0 und 15.5V (siehe Anhang), ich sollte also eine Schwankung der Ausgangsspannung mit derselben Form und ungefähr derselben Amplitude erwarten. Stattdessen ist die Spannung am Emitter bei der zweiten Halbwelle komisch abgeschnitten (siehe Anhang). Wie Helmut S. richtig sagte, liegt das daran, dass R3 und somit der Ruhestrom nicht richtig dimensioniert ist (Simulation mit 3.3kOhm verbessert das Ergebnis).
Verkleiner doch nur mal zum Spaß die Widerstandswerte von R2, R3 und R5 auf ein Zehntel, damit deine Kollektorschaltung leistungsfähiger wird!
Anbei ein detaiilierter Artikel über EF-Design. So eine Schaltung kann übrigens auch ins Schwingen geraten (Fig.9).
Genau, dann wird es ja leistungsfähiger und funktioniert gut. Ich verstehe nur nicht, warum genau es davor nicht funktioniert. Warum ist der niedrigere Ruhestrom ein Problem, warum ist die Ausgangsspannung plötzlich ein konstanter Wert und über der Eingangsspannung?
Julian schrieb: > Ich verstehe nur nicht, warum genau es davor nicht funktioniert. Und ich verstehe nicht, was C2 und R4 in deiner Schaltung sollen. Soll R4 die Last am Ausgang des Verstärkers sein? Auf jeden Fall wirkt er so. > Warum ist der niedrigere Ruhestrom ein Problem Das ist keine Frage des Ruhestroms als vielmehr der Ausgangsimpedanz deiner Schaltung. Wie ein Vorposter schon anmerkte, kann der Transistor nur für positive Halbwellen Strom in die Last liefern. Für negative Halbwellen besorgt das der Widerstand R3. Und damit das klappt, muß R3 halt kleiner sein als die am Verstärkerausgang angeschlossene Last (hier: R4). Bzw. wenn er das nicht ist, begrenzt er die erreichbare Amplitude am Ausgang. Wenn du R3 kleiner machst, erhöht sich natürlich auch der Ruhestrom. Aber das ist eine Folge und keine Ursache.
Julian schrieb: > Genau, dann wird es ja leistungsfähiger und funktioniert gut. Ich > verstehe nur nicht, warum genau es davor nicht funktioniert. Warum ist > der niedrigere Ruhestrom ein Problem, warum ist die Ausgangsspannung > plötzlich ein konstanter Wert und über der Eingangsspannung? Der Kollektorstrom des Transistor geht bei der negativen Halbwelle in Richtung 0A, weil nur der Widerstand am Emitter die Spannung nach Minus zieht. Der Transistor kann nur in einer Richtung Strom liefern.
Julian schrieb: >Wenn V1 eine Amplitude von 10V hat, >schwankt die Spannung an der Basis des Transistors zwischen 0 und 15.5V Nein, zwischen 0 und 20V. >(siehe Anhang), ich sollte also eine Schwankung der Ausgangsspannung mit >derselben Form und ungefähr derselben Amplitude erwarten. Nein, kannst du nicht erwarten, weil die 15V Betriebsspannung dafür zu klein ist. Du brauchst dann mindestens 20V, wenn der Ausgang nicht belastet wird. Du hast aber noch eine Last mit R4, also muß die Betriebsspannung noch höher sein.
Axel S. schrieb: > Und ich verstehe nicht, was C2 und R4 in deiner Schaltung sollen. Soll > R4 die Last am Ausgang des Verstärkers sein? Auf jeden Fall wirkt er so. Genau, C2 soll die Last entkoppeln und R4 ist der Lastwiderstand. Axel S. schrieb: > Das ist keine Frage des Ruhestroms als vielmehr der Ausgangsimpedanz > deiner Schaltung. Wie ein Vorposter schon anmerkte, kann der Transistor > nur für positive Halbwellen Strom in die Last liefern. Für negative > Halbwellen besorgt das der Widerstand R3. Und damit das klappt, muß R3 > halt kleiner sein als die am Verstärkerausgang angeschlossene Last > (hier: R4). Bzw. wenn er das nicht ist, begrenzt er die erreichbare > Amplitude am Ausgang. Helmut S. schrieb: > Der Kollektorstrom des Transistor geht bei der negativen Halbwelle in > Richtung 0A, weil nur der Widerstand am Emitter die Spannung nach Minus > zieht. Der Transistor kann nur in einer Richtung Strom liefern. Ich verstehe nicht, warum der Transistor nur für positive Halbwellen durchschaltet. Wenn ich die Signalquelle auf eine Amplitude von 3V stelle, dann folgt die Spannung am Emitter doch perfekt der Spannung an der Basis minus ca. 0,7V (s. Anhang). In diesem Falle schaltet doch der Transistor die ganze Zeit durch, auch in der negativen Halbwelle, nur eben unterschiedlich gut. Wenn der Transistor nicht durchschalten würde, würde die Spannung am Emitter ja einfach konstant sein, oder? Was ich jetzt nicht verstehe, ist, warum der Transistor bei einer Amplitude von 10V bei der Eingangsspannung irgendwann nicht mehr schaltet, was ja erklärt, dass die Spannung am Emitter ab diesem Punkt plötzlich konstant bleibt.
Der Kollektorstrom kann nur positive Werte haben. Wenn er bei der negativen Auslenkung bis auf 0A gesunken ist, dann bleibt der Strom auf 0A egal ob die Eingangsspannung noch weiter sinkt. Der Transistor ist dann im Sperrbetrieb.
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Deine Kollektorschaltung ist schlichtweg überlastet. Du hast noch nicht einmal Leistungsanpassung.
Julian schrieb: > Ich verstehe nicht, warum der Transistor nur für positive Halbwellen > durchschaltet Du hast die Basis mit R2/R5 auf etwa 8V (nicht gerechnet...) Ruhepotential gelegt und damit einen Kollektor-Ruhestrom festgelegt. Nun verschiebst du über den Kondensator diesen Ruhepunkt und damit auch deinen Kollektor-Strom. Die Grenzen dafür werden erst mal durch die Versorgungsspannung festgelegt. Lax gesagt, du kannst nicht unter 0V und nicht über 15V. Und der Kollektorstrom wird eben nicht "negativ", sondern im Rahmen seiner Grenzen nur größer oder kleiner! Mußt halt noch ein wenig mit der Simulation spielen, dann siehst du das auch. Gruß Rainer
Julian schrieb: > Was ich > jetzt nicht verstehe, ist, warum der Transistor bei einer Amplitude von > 10V bei der Eingangsspannung irgendwann nicht mehr schaltet wieso schreibst du von schalten? 1. du bist im Linearbetrieb 2. eine Kollektorschaltung hat immer eine Verstärkung von <1 3. dein R3 ist der Innenwiderstand deiner Schaltung und somit zu groß für deine Last 4. um R3 kleiner zu machen, also den Innenwiderstand deines Verstärkers zu senken muss mehr Basistrom fliessen können. Zu all dem passen deine Widerstände nicht. 1. Ruhestrom einstellen auf UB/2 am Emitter! 2. R3 als Ri passend klein machen zur Last 3. Basiswiderstände auch passend machen zur geringsten Stromverstärkung die der 2N2222 haben könnte. (es sei denn du hast den vermessen!)
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Mark S. schrieb: > Solange Dein Generator nur 10Vpp einspeist Wenn ich mich nicht täusche speist der Generator nicht 10Vpp sondern 20Vpp ein. Das kann bei 15V Spannungsversorgung nicht gut gehen! Die Spannungsverstärkung des Emitterfolgers ist kleiner 1.
Im Übrigen würde auch die Emitterschaltung bei Ansteuerung mit 20Vss und Versorgung bei 15V versagen... Gruß Rainer
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Helmut S. schrieb: > Der Kollektorstrom kann nur positive Werte haben. Wenn er bei der > negativen Auslenkung bis auf 0A gesunken ist, dann bleibt der Strom auf > 0A egal ob die Eingangsspannung noch weiter sinkt. Der Transistor ist > dann im Sperrbetrieb. Wenn ich das also richtig verstehe, ist der Widerstand R3 zu groß, da während der negativen Halbwelle nicht genug Strom durch ihn fließt, um den Kondensator C2 schnell genug zu entladen, sodass er der Spannung am Emitter nicht schnell genug folgen kann. Durch die Spannung des Kondensators ist die Spannung am Emitter irgendwann höher als die am Kollektor => der Transistor sperrt?
Julian schrieb: > Helmut S. schrieb: >> Der Kollektorstrom des Transistor geht bei der >> negativen Halbwelle in Richtung 0A, weil nur der >> Widerstand am Emitter die Spannung nach Minus >> zieht. Der Transistor kann nur in einer Richtung >> Strom liefern. > > Ich verstehe nicht, warum der Transistor nur für > positive Halbwellen durchschaltet. "Durchschalten" ist Quark. Vergiss' das. Der Bipolartransistor hat eine Stromverstärkung. Die kann aber nur zum Tragen kommen, wenn auch wirklich Strom fließt -- also wenn die Spannungs- verhältnisse stimmen. Die Basis-Emitter-Strecke ist nämlich eine Diode, und die lässt nur dann Strom fließen, wenn das Vorzeichen der anliegenden Spannung stimmt. > Wenn ich die Signalquelle auf eine Amplitude > von 3V stelle, dann folgt die Spannung am Emitter > doch perfekt der Spannung an der Basis minus > ca. 0,7V (s. Anhang). Ja. > In diesem Falle schaltet doch der Transistor die > ganze Zeit durch, auch in der negativen Halbwelle, > nur eben unterschiedlich gut. Blödsinn. Die korrekte Erklärung ist: Solange das Emitterpotenzial ausreichend niedriger ist als das Basispotenzial, ist die Basis-Emitter-Diode in Flussrichtung gepolt, und es fließt Basisstrom. Dieser Basisstrom hat (infolge der Stromverstärkung des Transistors) einen sehr viel größeren Kollektorstrom zur Folge; die Summe beider Ströme fließt am Emitter nach außen ab. Der Emitterstrom ruft aber am Emitterwiderstand (und an der Last) einen Spannungsabfall hervor, und dieser Spannungsabfall wirkt der Eingangsspannung ENTGEGEN . Man kann rechnerisch nachweisen, dass sich ein Gleichgewichtszustand einstellt, in welchem die Ausgangsspannung der Eingangsspannung in guter Näherung folgt. > Wenn der Transistor nicht durchschalten würde, würde > die Spannung am Emitter ja einfach konstant sein, oder? Quatsch. Erstens "schaltet" der Transistor nicht "durch". Zweitens ist der Transistor nicht der Liebe Gott, der alles auf der Welt bestimmen kann. Wenn kein Strom durch den Transistor fließt, hängen die Spannungs- und Stromverhältnisse von der sonstigen Außenbeschaltung ab. > Was ich jetzt nicht verstehe, ist, warum der Transistor > bei einer Amplitude von 10V bei der Eingangsspannung > irgendwann nicht mehr schaltet, was ja erklärt, dass > die Spannung am Emitter ab diesem Punkt plötzlich > konstant bleibt. Naja, der erste und grundlegende Fehler ist, dass Du eine Analogschaltung ständig mit dem Begriff "schalten" beschreiben und verstehen willst. Daraus folgt dann der zweite Fehler, dass Du im großen und ganzen nur die Spannungsverhältnisse betrachtest und Dich überhaupt nicht für die fließenden Ströme interessierst. Damit hängt der dritte Fehler, nämlich die schräge Dimensionierung der Schaltung, zusammen: Emitterfolger werden i.d.R. zur Impedanzanpassung verwendet, d.h. sie sollen deutlich mehr Strom liefern können als die Quelle, aus der sie selbst gespeist werden. Es ist daher nicht sehr sinnvoll, einen Emitterwiderstand von 7.5kOhm zu verwenden, wenn die Quelle Ri = 10 kOhm hat. Re = 1kOhm wäre wesentlich sinnvoller. Viertens muss eine Emitterstufe nicht nur Strom liefern , sondern auch welchen aufnehmen können: Der Koppelkondensator muss nämlich nicht nur aufgeladen, sondern auch entladen werden. Deshalb gilt in vielen Fällen die Faustregel, dass der Emitterwiderstand nicht größer sein sollte als der Lastwiderstand.
Julian schrieb: > Wenn ich das also richtig verstehe, ist der Widerstand R3 > zu groß, da während der negativen Halbwelle nicht genug > Strom durch ihn fließt, um den Kondensator C2 schnell > genug zu entladen, sodass er der Spannung am Emitter nicht > schnell genug folgen kann. Durch die Spannung des > Kondensators ist die Spannung am Emitter irgendwann > höher als die am Kollektor => der Transistor sperrt? Sehr gut. Alles korrekt. Verringere Re auf deutlich unter 4.5kOhm, und alles wird gut. Achtung: 1. Die Verlustleistung des Transistors im Ruhepunkt steigt dadurch natürlich an --> nicht übertreiben. 1kOhm sieht nach einem sinnvollen Wert aus. 2. Auch die Belastung für die Quelle steigt; das ist aber nicht dramatisch. Als Näherung gilt ungefähr Eingangswiderstand = h_fe * Re. 3. Der Wunsch, am Ausgang "fast" Null erreichen zu wollen, führt zu unrealistischen Dimensionierungen. Dafür wurde die Gegentakt-Endstufe erfunden.
Joachim B. schrieb: > 3. dein R3 ist der Innenwiderstand deiner Schaltung Leider stimmt das nicht. So lange die Potenzialverhältnisse so sind, dass der Transistor im Linearbetrieb ist, liegt der (differenzielle) Ausgangswiderstand der Stufe in der Größenordnung Re/h_fe, ist also ziemlich niedrig (i.d.R. einige Dutzend Ohm oder weniger). Wenn der Transistor aber verhungert, weil kein Kollektorstrom mehr fließt, springt der Ausgangswiderstand fast schlagartig auf R_e.
GEKU schrieb: > Mark S. schrieb: >> Solange Dein Generator nur 10Vpp einspeist > > Wenn ich mich nicht täusche speist der Generator nicht 10Vpp sondern > 20Vpp ein. Das kann bei 15V Spannungsversorgung nicht gut gehen! > > Die Spannungsverstärkung des Emitterfolgers ist kleiner 1. stimmt ja, die Amplitude beträgt 10V. So kann man sich irren!
Der Eingangswiderstand des Emitterfolgers sollte sehr groß sein. Größer als der durch den Spannungsteiler R5/R2 gebildete Widerstand an der Basis. Ist der Quellwiderstand inkl. Koppelkondensator C1 sehr klein gegenüber R5 // R2, dann pendelt die Eingangsspannung mit +/- 10V um die durch den Spannungsteiler R5 / R2 geteilte Versorgungspannung von 8,2V. Übersteuerung durch die positive Halbwelle der Eingangsspannung : 8,2V + 10V ist größer als die Versorgungspannung von 15V. Übersteuerung durch die negative Halbwelle der Eingangspannung : 8,2v - 10V liegt unter der "negativen Versorgungsspannung" von 0V Bei den Überlegungen wurde die BE-Spannung von 0,7V vernachlässigt. Eine höherer Innenwiderstand der Eingangspannungsquelle reduziert die Gefahr der Übersteuerung.
Egon D. schrieb: > Naja, der erste und grundlegende Fehler ist, dass Du > eine Analogschaltung ständig mit dem Begriff "schalten" > beschreiben und verstehen willst. Ja, ich habe bis jetzt nur Vorlesungen über Digitaltechnik gehabt, das schlägt hier wohl durch :) Ich muss mich noch in die analoge Denkweise einfinden. Egon D. schrieb: > Viertens muss eine Emitterstufe nicht nur Strom liefern , > sondern auch welchen aufnehmen können: Der > Koppelkondensator muss nämlich nicht nur aufgeladen, > sondern auch entladen werden. Deshalb gilt in vielen > Fällen die Faustregel, dass der Emitterwiderstand nicht > größer sein sollte als der Lastwiderstand. Alles klar, das ergibt Sinn! Egon D. schrieb: > Sehr gut. Alles korrekt. Ich denke, dann habe ich es jetzt verstanden. Ich danke herzlich allen Foristen, die hier ihre Zeit geopfert und mir weitergeholfen haben! Ich wünsche noch einen schönen Tag :)
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