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Kondensatoren in elektronischen Schaltkreisen. Teil 2. Interstage-Kommunikation, Filter, Generatoren

 

Beginn des Artikels: Kondensatoren in elektronischen Schaltkreisen. Teil 1

Die häufigste Verwendung von Kondensatoren ist die Verbindung zwischen einzelnen Transistorstufen, wie in Abbildung 1 dargestellt. In diesem Fall werden die Kondensatoren als transient bezeichnet.

Transientenkondensatoren leiten das verstärkte Signal weiter und verhindern den Durchgang von Gleichstrom. Beim Einschalten wird der Kondensator C2 auf die Spannung am Kollektor des Transistors VT1 aufgeladen, wonach der Durchgang von Gleichstrom unmöglich wird. Der Wechselstrom (verstärktes Signal) bewirkt jedoch, dass der Kondensator geladen und entladen wird, d.h. geht durch den Kondensator zur nächsten Kaskade.

Oft in TransistorschaltungenZumindest im Schallbereich werden Elektrolytkondensatoren als Transienten eingesetzt. Die Nennwerte der Kondensatoren werden so gewählt, dass das verstärkte Signal ohne große Dämpfung durchläuft.

Kondensatoren in elektronischen Schaltkreisen

Abbildung 1


Tiefpass- und Hochpassfilter

Manchmal ist es notwendig, einige Frequenzen zu überspringen und den Durchgang anderer zu schwächen. Solche Aufgaben werden mit Filtern ausgeführt, die auf der Basis von RC-Schaltungen erstellt werden.

Es gibt recht komplexe Multi-Link-Filter, die sogar ihre eigenen Namen haben: Chebyshev, Bessel, Butterworth und andere. Sie haben alle ihre eigenen Besonderheiten, Merkmale und in der Regel mehrere Links. Um Verluste auszugleichen, wird in solche Filter ein aktives Element eingeführt - eine Transistorstufe oder ein Operationsverstärker. Solche Filter werden als aktiv bezeichnet.

Die einfachsten passiven Filter können aus nur zwei Teilen erstellt werden - Widerstand und Kondensator. Abbildung 2 zeigt ein Diagramm eines einfachen Tiefpassfilters (Tiefpassfilter). Ein solches Filter lässt niedrige Frequenzen frei durch und dämpft ab der Grenzfrequenz das Ausgangssignal geringfügig.

Tiefpassfilterschaltung

Abbildung 2. Tiefpassfilterschaltung (LPF)

Das einfachste Tiefpassfilter besteht nur aus zwei Teilen - einem Widerstand und einem in Reihe geschalteten Kondensator. Das Eingangssignal vom Generator wird der seriellen RC-Schaltung zugeführt, und der Ausgang wird vom Kondensator C entfernt. Bei niedrigen Frequenzen ist die Kapazität des Kondensators größer als der Widerstand des Widerstands Xc = 1/2 * π * f * C, so dass ein großer Spannungsabfall an ihm auftritt.

Mit zunehmender Frequenz nimmt die Kapazität des Kondensators ab, so dass der Spannungsabfall oder nur die Spannung darauf geringer wird. Es wird angenommen, dass der Generator auf mehr als eine Frequenz abgestimmt ist, seine Frequenz variiert. Solche Generatoren werden oszillierende Frequenzgeneratoren oder Wobbelgeneratoren genannt. Der Frequenzgang des einfachsten Tiefpassfilters ist in Abbildung 3 dargestellt.

Frequenzgang eines einfachen Tiefpassfilters

Abbildung 3. Frequenzgang des Tiefpassfilters

Wenn Sie in Abbildung 2 den Kondensator und den Widerstand austauschen, erhalten Sie ein Hochpassfilter (HPF). Die Schaltung ist in Abbildung 4 dargestellt. Die Hauptaufgabe des Hochpassfilters besteht darin, die Frequenzen unterhalb der Grenzfrequenz zu schwächen und die Frequenzen oberhalb zu überspringen.

Hochpassfilter (HPF) -Schaltung

Abbildung 4. Hochpassfilterschaltung (HPF)

In diesem Fall wird das Eingangssignal dem Kondensator zugeführt und der Ausgang vom Widerstand entfernt. Bei niedrigen Frequenzen ist die Kapazität groß, so dass der Spannungsabfall über dem Widerstand gering ist.

Zur Klarheit und zur Erleichterung der Wahrnehmung (im Vergleich ist alles bekannt) können Sie den Kondensator mental durch einen Widerstand ersetzen: Anstelle eines Kondensators seien es 100K und der Ausgangswiderstand 10K. Es stellt sich nur ein Spannungsteiler heraus. Nur bei einem Kondensator erweist sich dieser Teiler als frequenzabhängig. Der Frequenzgang eines solchen einfachen HPF ist in Abbildung 5 dargestellt.

 

Der Frequenzgang eines so einfachen HPF

Abbildung 5. Frequenzgang des HPF

Bei hohen Frequenzen verringert sich der Kondensatorwiderstand bzw. der Spannungsabfall über dem Widerstand, und es erhöht sich auch die Ausgangsspannung des HPF.

Wenn Sie die Abbildungen 3 und 5 vergleichen, ist leicht zu erkennen, dass die Steilheit des Leistungsabfalls nicht sehr steil ist. Und was kann man von solch einfachsten Schemata erwarten? Aber sie haben das Recht auf Leben und werden häufig in elektronischen Schaltkreisen eingesetzt.


So verschieben Sie die Phase

Sie können alles aus verschiedenen Blickwinkeln betrachten und in einem völlig anderen Licht sehen. Die soeben untersuchten RC-Schaltungen können also nicht als Frequenzfilter, sondern als phasenverschiebende Elemente eingesetzt werden. Was passiert, wenn an die in Abbildung 6 gezeigte Schaltung ein Wechselstrom angelegt wird?

Abbildung 6

Und genau das passiert. Die Eingangsspannung wird dem Kondensator zugeführt, der Ausgang wird vom Widerstand entfernt. Der Eingangsstrom durch den Kondensator liegt vor der Eingangsspannung. Daher liegt der Spannungsabfall über dem Widerstand und im Allgemeinen am Ausgang der Phasenverschiebungsschaltung vor dem Eingang.

Wenn der Widerstand und der Kondensator vertauscht werden, wie in Abbildung 7 gezeigt, erhalten wir eine Schaltung, deren Ausgangsspannung hinter dem Eingang zurückbleibt. Nun, genau das Gegenteil, wie im vorherigen Schema.

Abbildung 7

Solche Phasenverschiebungsketten ermöglichen eine kleine Verschiebung zwischen den Eingangs- und Ausgangssignalen, üblicherweise nicht mehr als 60 Grad. In Fällen, in denen die Verschiebung in großem Maßstab erforderlich ist, wird der sequentielle Einschluss mehrerer Ketten verwendet.

Phasenverschiebungsketten

Abbildung 8. Phasenverschiebungsketten

Ein solcher Einschluss so vieler passiver Elemente auf einmal führt zu einer signifikanten Dämpfung des Eingangssignals. Um den Anfangspegel wiederherzustellen, müssen Verstärkungskaskaden verwendet werden.

In der Amateurfunkpraxis treten häufig Situationen auf, in denen plötzlich und plötzlich ein Sinusgenerator benötigt wird, der nicht einmal abstimmbar ist, sondern nur auf einer Frequenz. Dann wird ein Lötkolben, ein paar Schrottteile aufgenommen, und bald klingt eine Sinuskurve melodisch im Raum. Wer hört, weiß, worum es geht.


Sinusgenerator

Sie können alles auf sammeln einzelner Transistor. Tatsächlich ist der Generator ein Verstärker auf einem einzelnen Transistor, der durch positive Rückkopplung unter Verwendung von Phasenverschiebungsketten abgedeckt wird. Und jedes positive Feedback führt zum Auftreten einer Generation. Und dieser Fall ist keine Ausnahme.

Ein sinusförmiges Signal wird vom Kollektor des Transistors entfernt, vorzugsweise durch einen Isolationskondensator. Es ist wirklich gut, einen anderen Transistor nicht zu bereuen und das Ausgangssignal durch einen Emitterfolger zu schießen.


Multisim-Einzeltransistorgenerator

Ein schematisches Diagramm eines virtuellen Generators ist in Abbildung 9 dargestellt.

Kondensatoren in elektronischen Schaltkreisen

Abbildung 9. Diagramm eines Einzeltransistorgenerators im Multisim-Programm

Hier ist alles klar und einfach: der Generator selbst mit der Batterie und Oszilloskop. Obwohl Sie diesem einfachen Schema einen Kommentar hinzufügen können, wer wird sich plötzlich verpflichten, ihn zu wiederholen?

Beim Einschalten startet der Stromkreis nicht sofort. Zuerst finden mehrere leere Durchläufe am Oszilloskop statt, dann beginnt eine Niederspannungs-Sinuswelle aufzutreten, die allmählich auf mehrere Volt ansteigt. Die Ergebnisse der Studie sind in Abbildung 10 dargestellt.

Abbildung 10

Eine virtuelle Verbindung ist natürlich gut. Aber wenn sich jemand entscheidet, diese Schaltung in Metall zu montieren, dann zumindest weiter lötfreies SteckbrettDer Schwerpunkt sollte auf der Abstimmung liegen. Tatsächlich besteht der gesamte Aufbau darin, den Widerstand des Widerstands R2, der den Arbeitspunkt des Transistors einstellt, genau auszuwählen.

Um den Abstimmungsprozess zu beschleunigen, können Sie stattdessen vorübergehend einen Abstimmwiderstand von 100 ... 200 Kilogramm anschließen. Vergessen Sie gleichzeitig nicht, den Begrenzungswiderstand von ca. 10 ... 20 KΩ in Reihe zu schalten.

Als Transistor ist ein inländischer KT315 oder ähnliches durchaus geeignet. Kondensatoren sind jede kleine Keramik. Der Betrieb des Generators kann mit einem Oszilloskop oder einem Audioverstärker gesteuert werden.

Boris Aladyshkin

Siehe auch auf i.electricianexp.com:

  • Rückkopplungs-Operationsverstärkerschaltungen
  • Timer 555. Spannungswandler
  • Logikchips. Teil 6
  • Kondensatoren in elektronischen Schaltkreisen
  • 555 Integrierte Timer-Designs

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