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WWU – Institut für Technik und ihre Didaktik TEAM 2006 - Hein Einführung in die Elektronik Schaltungsentwicklung 1 3. Schaltungsentwicklung - Beispiel.

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Präsentation zum Thema: "WWU – Institut für Technik und ihre Didaktik TEAM 2006 - Hein Einführung in die Elektronik Schaltungsentwicklung 1 3. Schaltungsentwicklung - Beispiel."—  Präsentation transkript:

1 WWU – Institut für Technik und ihre Didaktik TEAM Hein Einführung in die Elektronik Schaltungsentwicklung 1 3. Schaltungsentwicklung - Beispiel Taschenlichtorgel Anforderungen: Drei farbige LEDs, Mikrofoneingang, Empfindlichkeitseinstellung, kleines Format, geringe Betriebsspannung und Leistung, geringster Material- und Arbeitsaufwand.

2 WWU – Institut für Technik und ihre Didaktik TEAM Hein Einführung in die Elektronik Schaltungsentwicklung 2 Verstärker zur Ansteuerung der LEDs Filter zur Trennung der Signale nach ihrer Frequenz Potentiometer zur Einstellung der Empfindlichkeit Verstärker zur Anhebung des Eingangssignals Mikrofon zur Signalwandlung Technische Umsetzung Verstärker zur Ansteuerung der Filter

3 WWU – Institut für Technik und ihre Didaktik TEAM Hein Einführung in die Elektronik Schaltungsentwicklung 3 22k 3k BC ,5 V LED: U F = 2V I F =20mA Arbeitswiderstand kann entfallen, weil die LED nur mit Halbwellen angesteuert wird U CE /V I B / A IC/mA ,2 0,4 0,6 0,8 U BE /V Signal am Verstärker -eingang Kollektorstrom 20 mA ist die zulässige Dauerstrom- stärke der Diode. Bei Impulsbetrieb kann die Stromstärke wegen der Pausen wesentlich größer sein. U BE wird auf 0,6V eingestellt. Die Ansteuerung des Transistors erfordert damit eine kleinere Amplitude. Auslegung des Basisspannungsteilers R 1,R 2 : R1R1 R2R2 Der Test der Schaltung zeigte, dass eine Korrektur von R 2 auf 22 k erforderlich war.

4 WWU – Institut für Technik und ihre Didaktik TEAM Hein Einführung in die Elektronik Schaltungsentwicklung 4 1 F 5,6nF 6,2k 10k 8,1k 68nF 100nF 470nF + 4,5 V 0 V 22k 3k BC337 2k 1,2k Zum Schema Elektrolytkondensatoren mit der Kapazität 1 F sind Koppelkondensatoren zur Abblockung des Basisstromes. Die Widerstände mit den Werten 2 k und 1,2 k sind zur Widerstandsanpassung der drei Frequenzfilter notwendig.

5 WWU – Institut für Technik und ihre Didaktik TEAM Hein Einführung in die Elektronik Schaltungsentwicklung 5 Klänge setzen sich aus einem Gemisch akustischer Schwingungen des Hörbereichs zusammen. Zur Ansteuerung der drei Verstärker müssen die in der elektronischen Schaltung erzeugten elektromagnetischen Schwingungen in drei Bereiche getrennt werden. Bass Diskant Mitte Elektromagnetische Schwingungen werden mit RC- Gliedern gefiltert. Tiefpass UeUe UaUa UaUa UeUe Hochpass f in Hz U a /U e 0,7 U e ca. 50 Hz ca. 3 kHz UaUa UeUe Bandpass Berechnung der Filter Grenzfrequenz: U a = 0,707 U e bei R = X C

6 WWU – Institut für Technik und ihre Didaktik TEAM Hein Einführung in die Elektronik Schaltungsentwicklung 6 Tiefpass UeUe UaUa UaUa UeUe Hochpass UaUa UeUe Bandpass Im Test ergaben sich 470 nF Gewählt: f g = 50 Hz R = 8,1 k Gewählt: f G = 3kHz R = 3k (Basisspannungsteiler) Im Test ergaben sich 5,6 nF RC-Glieder sind immer in Schaltungen integriert. Die Widerstände und Kapazitäten der Schaltungen und die RC-Glieder beeinflussen gegenseitig. Deshalb können nur grobe Näherungen berechnet werden. Für den Bandpass ergibt die Berechnung für den Hochpassteil: R 1 = 10 k ; C 1 =318 nF und für den Tiefpassteil: R 2 = 6,2 k ; C 2 =8,5 nF Die Schaltung funktioniert mit den Werten C 1 = 100nF; C 2 = 68 nF R= 8,1 k C= 470 nF R = 3 k C= 5,6 nF R 1 = 10 k C 1 = 100nF R 2 = 6,2 k C 2 = 68nF Zur Schaltung

7 WWU – Institut für Technik und ihre Didaktik TEAM Hein Einführung in die Elektronik Schaltungsentwicklung 7 Zum Schema 100k 1 F 5M 11k 1 F 13k 15k 5 k 1 F 1k

8 WWU – Institut für Technik und ihre Didaktik TEAM Hein Einführung in die Elektronik Schaltungsentwicklung 8 BC ,5 V R1R1 R2R2 RARA R A = 1k läßt einen maximalen Kollektorstrom von I C = 4,5 mA zu. Damit wird eine Leistung erreicht, die eine Ansteuerung der folgenden RC-Glieder ermöglicht U CE /V I B / A IC/mA ,2 0,4 0,6 0,8 U BE /V =1 k AP: U CE = 2,25V I C = 2,25 mA I B = 0,01 mA U BE = 0,7 V Der Querstrom I q wird wegen einer hohen Stabilität der Schaltung groß gewählt, Iq=25I B. 2,7k R 1 Gewählt 2,7k ! 15k Die Bedingung U CE =0,5UB wurde mit R 2 =15 k erreicht. Zum Schaltplan

9 WWU – Institut für Technik und ihre Didaktik TEAM Hein Einführung in die Elektronik Schaltungsentwicklung 9 Für das Mikrofon existieren keine Daten. Die Anschlussbedingungen mussten experimentell ermittelt werden. Beim Test lieferte das Mikrofon mit einem Arbeitswiderstand von 13 k bei der Betriebsspannung von 4,5 V die höchste Signalspannung. Der Basiswiderstand mit 5 M versorgt den Transistor mit dem notwendigen Basisstrom. Der Arbeitspunkt liegt für die Kollektor-Emitterspannung bei etwa der halben Betriebsspannung. Mit 11 k wurde ein ausreichend großer Arbeitswiderstand. Dieser Widerstand muss groß sein, weil es in der 1. Verstärkerstufe darauf ankommt, eine hohe Spannungsverstärkung zu erzeugen. Der Elektrolytkondensator überbrückt den Basiswiderstand für Wechselstrom. Er sichert, das das vom Mikrofon erzeugt Signal mit seiner noch sehr kleiner Spannung möglichst verlustarm zur 1. Verstärkerstufe übertragen wird. Zum Schaltplan 5 M 11k 1 F 13k


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