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3. Schaltungsentwicklung - Beispiel Taschenlichtorgel

3. Schaltungsentwicklung - Beispiel Taschenlichtorgel. Anforderungen: Drei farbige LEDs, Mikrofoneingang, Empfindlichkeitseinstellung, kleines Format, geringe Betriebsspannung und Leistung, geringster Material- und Arbeitsaufwand.

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3. Schaltungsentwicklung - Beispiel Taschenlichtorgel

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Presentation Transcript

  1. 3. Schaltungsentwicklung - Beispiel Taschenlichtorgel Anforderungen: Drei farbige LEDs, Mikrofoneingang, Empfindlichkeitseinstellung, kleines Format, geringe Betriebsspannung und Leistung, geringster Material- und Arbeitsaufwand.

  2. Potentiometer zur Einstellung der Empfindlichkeit Verstärker zur Ansteuerung der Filter Verstärker zur Anhebung des Eingangssignals Mikrofon zur Signalwandlung Verstärker zur Ansteuerung der LEDs Filter zur Trennung der Signale nach ihrer Frequenz Technische Umsetzung

  3. + 4,5 V IC/mA 25 20 15 10 5 R2 22k BC337 R1 3k IB/A 120 100 80 60 40 20 2 4 6 8 10 UCE/V 0,2 0,4 0,6 0,8 UBE/V Signal am Verstärker-eingang Kollektorstrom LED: UF= 2V IF=20mA Arbeitswiderstand kann entfallen, weil die LED nur mit Halbwellen angesteuert wird. UBE wird auf 0,6V eingestellt. Die Ansteuerung des Transistors erfordert damit eine kleinere Amplitude. 20 mA ist die zulässige Dauerstrom-stärke der Diode. Bei Impulsbetrieb kann die Stromstärke wegen der Pausen wesentlich größer sein. Auslegung des Basisspannungsteilers R1,R2: Der Test der Schaltung zeigte, dass eine Korrektur von R2 auf 22 k erforderlich war.

  4. 2k 22k 5,6nF BC337 3k 22k 100nF 6,2k BC337 3k 10k 68nF 1,2k 22k 8,1k BC337 470nF 3k 1F 1F + 4,5 V 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. 0 V Zum Schema

  5. Ua/Ue 0,7 Ue Diskant Mitte Bass f in Hz ca. 3 kHz ca. 50 Hz Bandpass Tiefpass Hochpass Ua Ue Ue Ue Ua Ua Berechnung der Filter 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. Elektromagnetische Schwingungen werden mit RC- Gliedern gefiltert. Grenzfrequenz: Ua = 0,707 Ue bei R = XC

  6. 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. R= 8,1 k C1 = 100nF R2 = 6,2 k C= 5,6 nF R = 3 k C= 470 nF C2 = 68nF R1 = 10 k Bandpass Tiefpass Hochpass Ua Ue Ue Ue Ua Ua Gewählt: fG = 3kHz R = 3k (Basisspannungsteiler) Gewählt: fg = 50 Hz R = 8,1 k Im Test ergaben sich 470 nF Im Test ergaben sich 5,6 nF Für den Bandpass ergibt die Berechnung für den Hochpassteil: R1 = 10 k; C1=318 nF und für den Tiefpassteil: R2 = 6,2 k; C2=8,5 nF Die Schaltung funktioniert mit den Werten C1= 100nF; C2= 68 nF Zur Schaltung

  7. + 4,5 V 22k 5,6nF 2k BC337 3k 22k 1F 100nF 15k 6,2k 1,2k 1F BC337 100k 1k 1F 13k 11k 3k 68nF 10k 1F 5 k 5M 22k 1F 8,1k BC337 470nF 3k 0 V Zum Schema

  8. IC/mA 25 20 15 10 5 + 4,5 V R2 RA 15k BC337 R1 2,7k R1 Gewählt 2,7k! Die Bedingung UCE=0,5UB wurde mit R2=15 k erreicht. =1 k IB/A 120 100 80 60 40 20 2 4 6 8 10 UCE/V 0,2 0,4 0,6 0,8 UBE/V RA= 1k läßt einen maximalen Kollektorstrom von IC= 4,5 mA zu. Damit wird eine Leistung erreicht, die eine Ansteuerung der folgenden RC-Glieder ermöglicht. AP: UCE= 2,25V IC= 2,25 mA IB= 0,01 mA UBE= 0,7 V Der Querstrom Iq wird wegen einer hohen Stabilität der Schaltung groß gewählt, Iq=25IB. Zum Schaltplan

  9. 13k 1F 11k 5 M 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

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