Physik Transistor in Dreipunktschaltung. Was macht er da?
Hallo,
Ich habe von meinem Lehrer ein Bild bekommen, in dem ich erklären soll, was der Transistor macht und wie.
An sich eine Dreipunktschaltung, aber was macht der Transistor dort?
Ich habe so gut wie alles verstanden und denke, dass der Transistor bei gedrücktem schalter einfach dafür zuständig ist, dass die Schwingung nicht kleiner wird, sicher bin ich mir nicht.
Kann mir wer helfen
2 Antworten
Das ist ganz eindeutig ein etwas unglücklich gezeichneter Hartley-Oszillator, auch Dreipunkt-Oszillator genannt.
https://de.wikipedia.org/wiki/Hartley-Schaltung
Hier halt mit einem NPN Transistor statt FET, aber das ist egal:
Die umgezeichnete Schaltung: Ich habe diese unter LTSpice simuliert.
Das Prinzip in kurzen Worten:
Die beiden Spulen sind magnetisch über einen Eisenkern gekoppelt und bilden zusammen einen sogenannten Spar-Trafo. Wenn dieser symmetrisch aufgebaut ist haben wir daher U1=U2
Weiters bilden die beiden in Serie geschalteten Spulen zusammen mit dem Kondensator einen Parallelschwingkreis. Im Prinzip will dieser frei schwingen ist aber natürlich gedämpft.
Um überhaupt eine Schwingung anzufachen und dann die Dämpfung zu verhindern, wird die Spannung U2 an die Basis des Transistor mitgekoppelt. Es schaukelt sich eine Schwingung auf - wie kommt dies zustande?
Schauen wir uns im Detail an was da passiert:
Man sieht hier (gelb)die Spannung am Kollektor gegen Masse. Wird diese größer (U1), so wird die Spannung an der Basis gegen Masse (blau) kleiner, da U2 größer wird. U1 und U2 sind ja wegen des Trafos 1:1 gekoppelt.
Eine kleinere Spannung an der Basis hat aber einen kleineren Basisstrom zur Folge, wodurch der Transistor hochohmiger wird und die Spannung am Kollektor noch mehr steigt.
Umgekehrt führt eine Abnahme der Kollektorspannung zu einer Zunahme des Basisstroms, was zu einer weiteren Abnahme der Kollektorspannung führt, da der Transistor besser leitet.
Immer dort wo die Kollektorspannung ein Maximum hat, hat die Spannung an der Basis ein Minimum und umgekehrt. Ich habe das rot hervorgehoben.
Dadurch schaukelt sich eine in etwa sinusförmige Schwingung auf, die sich dann schließlich bei einer konstanten Amplitude einpendelt:
Die Frequenz bei der das System schwingt wird durch die Resonanzfrequenz des Schwingkreieses vorgegeben. Die Rückkopplung des Signals erfolgt über den Transistor. Für die Rückkopplung ist immer ein aktives Bauelement erforderlich, das als Verstärker arbeitet. Früher machte man das mit Elektronenröhren: erkennst du es wieder?
Das ist übrigens nur eine von vielen Möglichkeiten, Schwingungen zu erzeugen. Die wohl bekannteste Variante ist die Meissner-Schaltung, die statt eines Spar-Trafos einen echten Zweiwickler Trafo zur Rückkopplung verwendet.
Sehr schön den Plan "reingezeichnet"!
Gleich schon viel besser :).
Diesen "Schaltplan" zu entziffern ist eine echte Herausforderung...
Es ist mir leider nicht gelungen, diesen kreativen Mix aus naturgetreu gezeichneten Physikaufbauten und normgerechten Schaltzeichen vollständig zu entziffern :(.
Ich weiß z.B. nicht, was 726 50 für ein Bauteil sein soll, da diese Gehäuseform von vielen Halbleitern verwendet wird... erscheint mir überflüssig. Oder ist da noch ne Darlingtonschaltung im Spiel (ein Transistor realistisch gezeichnet, der andere als Schaltzeichen?1)?
Wenn ich diese Konstruktion richtig deute, handelt es sich um ein rudimentäres Schaltnetzteil.
Das funktioniert so:
- 1,5V Gleichspannung kommen rein
- Der Transistor "zerhackt" (mit Hilfe der Spulen) die Spannung zu einer (primitiv rechteckigen) Wechselspannung <--- Dies ist wohl die Antwort auf deine Frage :)
- Diese wird mit dem Trafo transformiert (vermutlich rauf, weil was will man bei 1,5V noch groß herunter transformieren?)
- Der Kondensator dahinter dient als Tiefpass, so dass es zumindest etwas mehr einem Sinus ähnelt.
- Messgerät am Ende zur Feststellung, dass diese Wandlung gelungen ist.
Ohne den Transistor würde Schritt 2 funktionieren, so dass eine Transformation nicht möglich wäre, da man DC nicht transformieren kann.
Und wo genau siehst du da einen Trafo?
Der dicke fette Klotz mit den beiden Wicklungen in "Physikraum-Design" ist ja nun wirklich nicht zu übersehen ;).
Aber wie "zerhackt" der Transistor die Spannung zu einer Wechselspannung.
Rechts sind ja die beiden als Schaltzeichen gezeichneten Induktivitäten, die eigentlich eine Induktivität mit Mittelanzapfung ist. Dies ist eigentlich auch schon ein kleiner Trafo.
Das funktioniert so:
Basisstrom fließt -> Transistor leitet -> Kollektorstrom fließt durch die obere Induktivität
Dadurch baut sich in der oberen Induktivität ein Magnetfeld auf, das wiederrum in der unteren eine Spannung induziert (magnetfeldänderung, funktioniert während des Aufbaus auch mit Gleichspannung).
Diese ist entgegengesetzt zur Versorgungsspannung und sorgt somit für eine Verringerung des Basisstroms -> Transistor sperrt -> Kollektorstrom fließt nicht mehr
Magnetfeld baut sich ab
Basisstrom fließt wieder und das ganze von vorne.
Das ganze passiert allerdings auf einer hohen Frequenz.
Somit hast du eine Wechselspannung, die bei geschickter Abstimmung auch ohne Trafo bereits höher ist.
Der Kollege unter mir hat den verkorksten Plan besser entziffern können und hat ihn neu und verständlich aufgezeichnet. Das dort beschriebene ist korrekt.
Meinen Beitrag bitte nicht mehr beachten, da ich den Plan völlig falsch verstanden habe. Habe mich halt von eingezeichneten Bauteilen fehlleiten lassen, die entweder gar keine sind oder nicht angeschlossen sind. :/ :P
So ganz verkehrt war es nicht. Wenn man die Rückkopplung durch kleineren Basiswiderstand erhöht, wird die Schwingung rechteckförmig. Und dann hat man sowas ähnliches wie einen Sperrwandler.
Ich hab jedenfalls fast eine Stunde gebraucht, hier die Hartley Schaltung zu erkennen...
...rechteckförmig: allerdings hängt die Frequenz der Schwingung dann total vom Basiswiderstand ab. Wenn man diesen aber groß macht, hat man eine sinusförmige Schwingung, deren Frequenz immer gleich der Resonanzfrequenz des Schwingkreises ist, egal wie groß man Rb macht.
Okay, wenigstens etwas besser verstanden. Aber wie "zerhackt" der Transistor die Spannung zu einer Wechselspannung.
Und achso, das ganze soll ein Schwingkreis sein, heißt im Prinzip wird dort ja schon aus Gleichspannung Schwingungen gemacht.
Wenn man den Schalter drückt werden auf dem Voltmeter auch diese Schwingungen angezeigt. Eine gedämpfte Schwingung, wenn man den Schalter bzw Taster loslässt.
Und wo genau siehst du da einen Trafo? Also soetwas ähnliches mit dem Trafo entsteht ja auch beider Meißner Rückkopplungsschaltung.
Danke erstmal :)