Hochschule Kempten      
Fakultät Elektrotechnik      
Elektronik       Fachgebiet Elektronik, Prof. Vollrath      

Elektronik

26 Anwendungen

Prof. Dr. Jörg Vollrath


25 Uebung




Video der 26. Vorlesung Übung 19.1.2021


Länge: 00:00:00
0:0:0 Operationsverstärker Übertragungsfunktion

0:0:45 Ansatz Übertragungsfunktion

0:6:3 Gleichspannungsverstärkung

0:8:53 Eingangswiderstand

0:11:13 Komplexe Übertragungsfunktion

0:12:13 Eckfrequenzen

0:23:14 MOSFET Parameter

0:28:3 Arbeitsbereich für die Messungen

0:36:3 Transistorgleichung Sättigung

0:38:11 Uth

0:39:45 Übertragungsfunktion

0:46:37 Lösung

0:47:15 f3dB

0:49:38 Verifikation mit LTSPICE

0:54:31 Frequenzgang

Einweggleichrichter

  • Spannungsabfall an der Diode
  • Ohne Glättungskondensator eine positive Halbwelle
  • Mit Glättungskondensator
  • Zeitkonstante
    • \( \tau = R_1 \cdot C_1 \)

Graetzschaltung

  • 4 Dioden
  • 2 Diodenspannungen UF Verlust
  • SPICE funktioniert nur mit realen Dioden.
  • SPICE Masseverbindung bei dem Generator.
  • UR und UX bewegen sich in Bezug auf Masse.
  • Bei Netzspannung liegen sehr hohe Spannungen an den Dioden.


Villard Schaltung

  • C1 und D1 verdoppeln die Spannung des Generators (abzüglich der Vorwärtsspannung UF)
  • D2 Trennt den Generator von der Batterie (Entkoppeln)

Quelle: Vollrath

Man zerlegt die Schaltung in 2 Einweggleichrichterschaltungen.
Die Teilschaltung C1, D1:
Die Spannung \( V_{gen1} \) ist die Summe aus Generatorspannung und einer Kondensatorgleichspannung.
\( V_{gen1} = V_{~wechsel} + V_{C} \)
Diese pulsierende Gleichspannung wird in der 2.Stufen durch die Diode und den Kondensator geglättet.

Erste positive Halbwelle: C1 und C2 werden mit D2 in Flussrichtung jeweils auf die halbe Versorgungsspannung geladen (C1=C2).
Negative Halbwelle D1 in Flussrichtung lädt C1 auf.

Freilaufdiode

  • Vermeidung eines Abschaltfunkens oder Zerstörung eines Transistors als Schalter bei induktiver Last.
  • Das Abschalten führt zu einer Induktionsspannung.
  • Energie im Magnetfeld
  • Diode in Durchlassrichtung für die Induktionsspannung.
  • Wie sehen Strom- und Spannungsverlauf aus?
  • SPICE:

Z-Diode: Spannungsbegrenzung

  • Betrieb im Durchbruch
  • Dotierung und Geometrie bestimmen die Durchbruchsspannung
  • Lawinendurchbruch
  • Maximale Verlustleistung darf nicht überschritten werden.
  • Temperaturkoeffizient
  • Positiv
  • Innenwiderstand im Durchbruchbereich
  • Kleinsignalersatzschaltbild
  • LTSPICE


Eine Z-Diode wird als Spannungsquelle und Widerstand modelliert.

Z-Diode: Beispiel

Eine Z-Diode mit \( R_Z = 2.8 \Omega \) und \( U_Z = 5.3 V \) wird zur Spannungsstabilisierung an einer Spannungsquelle mit einem Innenwiderstand von \( 50 \Omega \), die zwischen 6V und 8V schwankt eingesetzt. Ein Lastwiderstand von \( 5k \Omega \) ist verbunden. Berechnen Sie die minimale und maximale Spannung am Lastwiderstand.

Beispiel: Aktiver Bandpass

Berechnen Sie die Übertragungsfunktion, die maximale Verstärkung und die Eckfrequenzen.
\( \frac{\underline{U}_{out}}{\underline{U}_{in}} = - \frac{\frac{1}{j \omega C_{1} + \frac{1}{R_{2}}}} {R_{1} + \frac{1}{j \omega C_{2}}} = - \frac{1}{ \left( j \omega C_{1} + \frac{1}{R_{2}} \right) \left( R_{1} + \frac{1}{j \omega C_{2}} \right) } = - \frac{1}{C_{1} R_{1}} \frac{j \omega } { \left( j \omega + \frac{1}{C_{1} R_{2}} \right) \left( j \omega + \frac{1}{C_{2} R_{1}} \right) } \)
Resonanz
\( \omega C_{1} R_{1} = \frac{1}{\omega C_{2} R_{2}} \)
\( \omega = \frac{1}{\sqrt{ C_{2} R_{2} C_{1} R_{1} }} \)
C2 = 10 C1 und R1 = 10 R2
ω = 6000 s-1
\( 6000 = \frac{1}{ 10 C_{1} R_{2}} \)
\( C_{1} = \frac{1}{ 60000 R_{2}} \)
R2=10kΩ ; C1= 1.5 nF; C2 15 nF; Resonanz
So nicht:
(a+b)(a-b)= a2-b2 = 0, also a = b
\( \frac{\underline{U}_{out}}{\underline{U}_{in}} = - \frac{1}{ \left( j \omega C_{1} + \frac{1}{R_{2}} \right) \left( R_{1} + \frac{1}{j \omega C_{2}} \right) } = - \frac{ \omega ^2 C_{2}}{C_{1}} \frac{1} { \left( \frac{1}{C_{1} R_{2}} + j \omega \right) \left( \omega ^2 C_{2} R_{1} - j \omega \right) } \)
\( \omega^2 C_{2} R_{1} = \frac{1}{C_{1} R_{2}} \)
\( \omega^2 = \frac{1}{C_{2} R_{1} C_{1} R_{2}} \)
und
\( \omega^{2} C_{2} R_{1} = \omega \)
\( \omega = \frac{1}{C_{2} R_{1}} = \frac{1}{C_{1} R_{2}} \)

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