Hilfe bei Impedanzwandler

[Martin67]

Und damit, ich Dir zeige, dass ich Dich eigentlich nicht verfolge, hatte ich ursprünglich auch das hier durchgehen lassen:

So jetzt zu den großen Kondensatoren:
Diese sind weder am Eingang noch am Ausgang ersetzbar, denn der niederfrequente Anteil muss geglättet werden. (Brummspannung, Lastwechsel...). Jedoch haben Kondensatoren eine unerwünscht Eigenschaft. Sie besitzen Serieninduktivitäten (ESL) und parallele Verlustwiderstände (ESR) Beide wirken sich mit steigender Frequenz negativ aus. Vor allem bei Elkos sind diese Nebeneffekte sehr stark vertreten, so dass sie Ihre glättende Wirkung für Hochfrequenzen fast gänzlich verlieren und zudem sich noch erwärmen. Jetzt kommt aber der kleine Kondensator ins Spiel. Dieser parallel zum Elko, entfaltet seine Eigenschaften genau im höherfrequenten Bereich. Er hat bessere ESL und ESR Werte und entlastet den Elko von den hochfrequenten Signalanteilen.
Sind die Anforderungen einer Schaltung und die Gefahr von hochfrequenter Einstreuung noch höher, werden weitere Maßnahmen unternommen. Z.B.: LC Siebketten im Spannungszweig.

Fazit: Nur ESR wirkt sich mit steigender Frequenz aus!

Hallo,

ich verstehe nicht, was Du hier nicht durchlassen willst, meine Aussage zu diesem Thema ist doch nicht falsch! Sicher wirkt sich bei höheren Frequenzen der ESR bei Elkos stärker aus als dessen Serieninduktivitäten, jedoch sind die Serieninduktivitäten nicht vernachlässigbar. Kleinere Kapazitäten haben auch bessere ESL-Werte als Elkos, dies ist schon allein durch die Bauform bedingt.

Jetzt noch zum Impedanzwandler:
Die Problemstellung dieses Threads ist, dass ein Motor mit Solarzellen betrieben werden soll, dessen Innenwiderstand zu groß für den Motor ist. Das heißt im Betrieb ist die Verlustleistung am Ri der Spannungsversorgung so groß, dass der Motor nicht anläuft. Jetzt hat einer die Idee "Impedanzwandler". So und den bauen wir jetzt mal auf. Du hast ja wunderbare Berechnungen gezeigt, denen ich nur zustimmen kann. Du hast auch genannt, dass der Transistor im aktiven Betrieb sich befinden muss, auch da stimme ich Dir zu.

Wir haben einen idealen Transistor (npn), Stromverstärkung unendlich, linear über den ganzen Bereich von ICE bis hin zu 0,2V UCE.
Jetzt stabilisieren wir die Basisvorspannung mit z.B. 5,6V und klemmen den Motor direkt zwischen Emitter und Masse (klassische Spannungstabilisierung), der Kollektor liegt am Pluspol der Solarzelle, diese beinhaltet Ri (der ja zu groß ist). Was passiert, Die Belastung durch den Motor steigt wieder so hoch, bis der Transistor maximal durchschaltet (UCE 0,2V) Der maximale Strom fließt, wie oben ohne Impedanzwandler. Die Verlustleistung an Ri erreicht ähnliche Werte wie vorher und es wird kein Motor anlaufen.

Wenn wir die Stromaufnahme des Motors im Gedanken mal etwas zeitlich dehnen, durchlaufen wir durchaus einen Bereich, wo der Transistor die Ausgangsspannung stabilisiert und dU/dI 0 wird. Das geht aber wie Du selbst gesagt hast nur im aktiven Bereich. Jedoch kannst Du dich nicht in diesem Bereich halten wenn Dir vorher die Spannungsversorgung wegkippt und damit T vollständig durchschaltet. In diesem Moment gibt es keinen Impedanzwandler mehr, der Transistor ist dann nur noch ein weiteres Verlustglied in der Kette!

Gruß

Martin

[Stromus]

Hallo Martin,

das verstehe ich nicht ganz. Vielleicht hilft ein Bild weiter?

Jetzt stabilisieren wir die Basisvorspannung mit z.B. 5,6V und klemmen den Motor direkt zwischen Emitter und Masse (klassische Spannungstabilisierung), der Kollektor liegt am Pluspol der Solarzelle, diese beinhaltet Ri (der ja zu groß ist). Was passiert, Die Belastung durch den Motor steigt wieder so hoch, bis der Transistor maximal durchschaltet (UCE 0,2V) Der maximale Strom fließt, wie oben ohne Impedanzwandler. Die Verlustleistung an Ri erreicht ähnliche Werte wie vorher und es wird kein Motor anlaufen.

Ich habe nie behauptet, dass ein Impedanzwandler die Lösung darstellet. Mein Veto bezieht sich auf die Aussage, dass dessen Ausgangswiderstand vom Ri der Versorgung abhängt. Das ist alles und stimmt nicht oder?! Ansonsten, wie Du mir bereits Recht gibst, ist es kein Impedanzwandler mehr!

Was die Kondensatoren angeht hatte ich ein Problem mit diesem Satz:

....und parallele Verlustwiderstände (ESR) Beide wirken sich mit steigender Frequenz negativ aus

Beide nicht! Der parallele Widerstand (Verschmutzung) wirkt sich bei steigender Frequenz nicht mehr aus. Eher bei niedrigen Frequenzen!!!!

[Martin67]

Hallo Stromus,

ein Bild im Anhang!

Mein Veto bezieht sich auf die Aussage, dass dessen Ausgangswiderstand vom Ri der Versorgung abhängt. Das ist alles und stimmt nicht oder?!

Ja, vielleicht habe ich mich etwas ungewählt ausgedrückt "genau genommen addieren sie sich". Das trifft natürlich erst zu, wenn der Impedanzwandler seinen Arbeitsbereich verlässt. Dann bleibt Ri und der Durchgangswiderstand von T übrig. Den Arbeitsbereich muss er ja verlassen, wenn die Stromversorgung auf Grund vom zu großen Ri in die Knie geht. Während dem stabilen Arbeitsbereich trifft das nicht zu und Ra des Impedanzwandlers (in unserem Fall Kollektorschaltung) ist hauptsächlich abhängig von (Rbe + Re) und der Stromverstärkung des Transistors. "Wobei Re im Beispiel mit der Zenerdiode bereits sehr klein ist".Ich denke wir haben beide mit unterschiedlichen Ausgangbedingungen den Impedanzwandler betrachtet. Du im Arbeitsbereich und ich außerhalb diesem, mit einer tiefsitzenden Spannungsversorgung.

Aus meiner Sicht ist unsere Diskussion geklärt, wie siehst Du das?

Gruß

Martin

[Stromus]

Von mir aus können wir einen Schluss ziehen mit folgenden statements:

wenn der Impedanzwandler seinen Arbeitsbereich verlässt

dann ist er kein Impedanzwandler mehr, kann also nicht als solches bezeichnet werden!

Den Arbeitsbereich muss er ja verlassen, wenn die Stromversorgung auf Grund vom zu großen Ri in die Knie geht

zu großer Ri führt zum "in die Knie gehen" von der Stromquelle des Transistors (nicht der Stromversorgung)

Wobei Re im Beispiel mit der Zenerdiode bereits sehr klein ist

wenn Du unter Re den Einganswiderstand der Schaltung verstehst, dann ist der klein nicht wegen der Z-Diode sondern wegen der Spannungsgegenkopplung (hier bei Ri gegeben)

Wenn Du unter Re den Emitterwiderstand meinst, dann ist er auch nicht von der Z-Diode abhängig sondern vom Kollektorstrom im Arbeitspunkt.


Wenn Du dazu nickst vertiefen wir die Problematik nicht weiter. Und nein ich bin nicht kleinlich. Ich will es nur richtig formuliert und gestellt haben! Das ist alles.

[Martin67]

@Stromus, ich gehe mit allen den kleinlich formulierten Sätzen mit!
Nur Re ist sehrwohl von der Z-Diode abhängig, ich meine damit den dynamischen Eingangswiderstand der Schaltung.

Wenn Du unter Re den Emitterwiderstand meinst

Achja, das heisst Rbe oder Widerstand der Basisemitterstrecke, oder Basis-Emitter-Widerstand. Der Ermitterwiderstand ist nähmlich der Motorinnenwiderstand (Will aber nicht kleinlich sein!)

Fazit: Ein Impedanzwandler für das Ursprungsproblem ist nicht praktikabel und funktioniert nicht "WEILS JA KEINER MEHR IST!!", mehr wollte ich nicht sagen.

Diskussion beendet!

Gruß

Martin

[Stromus]

Martin Du kannst es nicht lassen. Das ganze hat mit kleinlich nicht zu tun, sofern wir hier nicht um irgendwelche Kommas diskutieren, aber hier bringst Du kräftig die Grundschaltungen durcheinander. Geredet hatten wir über Impedanzwandler, Deine Schaltung stellt aber einen Längsregler dar, was wiederum einer Abwandlung einer Basisschaltung entspricht. Warum das eine Verbesserung sein sollte, wäre auch mir schleierhaft. Aus der Sicht des Motors findet eine Spannungsreduktion statt => um die selbe Wirkleistung zu erzielen wird noch mehr Strom benötigt.
Übrigens, wenn die Kombination Motor-Transistor die Zener-Regelung belastet, dann bleibt die Z-Diode stromlos nur dann, wenn der Innenwiderstand der Versorgung den Transistor zur Sättigung zwingt. Ansonsten würde der arme Transistor versuchen, Strom bis zum Erbrechen zu liefern und er würde kochend sterben, bevor die Z-Diode wirklich die Z-Spannung unterschreitet.
Wie ich schon sagte ist das keine Kollektorschaltung sondern eine Basisschaltung. Die Unterschiede würden in dem Ausgangswiderstand liegen.

Zum Regler:

Wir haben hier zwar keine Wechselspannungsverhältnisse, aber nehmen wir doch an wir hätten eine Wechselspannung im Kollektor. Wir können in diesem Fall behaupten der Eingang ist im Kollektor und die Topologie stellt eine Variante der Basisschaltung dar.
r_Eingang = R + (r_Zener) || [(rE + R_Motor) x Beta] || (rCE + R_Motor)

Deutlich zu sehen, dass der bestimmende Faktor in der Parallelschaltung r_Zener ist. Da dieser sehr klein ist gegenüber R => der bestimmende Einganswiderstand ist R. Das gilt aber nur gegenüber einer potentiellen Wechselspannung im Kollektor.
In dem obigen konkreten Fall existiert ein statischer Widerstand abhängig von der Spannung Kollektor-Masse im Verhältnis zum tatsächlich fließendem Strom.

Stromus hat Folgendes geschrieben:

Wenn Du unter Re den Emitterwiderstand meinst

Achja, das heisst Rbe oder Widerstand der Basisemitterstrecke, oder Basis-Emitter-Widerstand

Das ist eine Interessante Erklärung, denn weiter oben war Re alles andere als mit Rbe oder R_Motor identisch:

Ra des Impedanzwandlers (in unserem Fall Kollektorschaltung) ist hauptsächlich abhängig von (Rbe + Re) und der Stromverstärkung des Transistors. "Wobei Re im Beispiel mit der Zenerdiode bereits sehr klein ist

Will aber nicht kleinlich sein!

Das ist Ironie und eigentlich unberechtigt.
Der Emitterwiderstand als Transistorparameter (das was ich eigentlich als Fragezeichen meinte) ist definiert als:

rE = hre/hoe und stellt den dynamischen Widerstand des pn-Überganges Basis-Emitter. Dieser Widerstand ist das, was der Emitterstrom „sieht“ bis zu der Grenze Emitter-Last.

Du kannst sicherlich beweisen, warum ausgehend von der Shockley’schen Formel dieser Widerstand als

rE = ca. 25mV/IE gilt (Temperaturspannung geteilt durch Emitterstrom im Arbeitspunkt)