Für Verstärkerschaltungen nimmt man im NF-Bereich häufig die Emitterschaltung. Zum NF-Bereich (Niederfrequenz-Bereich) gehören die hörbaren Signale, also beispielsweise Sprachsignale.

Eine Anwendung der Emitterschaltung wäre daher zum Beispiel die Verstärkung eines Mikrophonsignals, um es auf einem Lautsprecher ausgeben zu können.

Die Emitterschaltung heißt so, weil Eingangssignal und Ausgangssignal als gemeinsamen Bezugspunkt den Emitteranschluss des Transistors haben.

Denkt man sich die Koppelkondensatoren weg, kann man das sehr leicht am Schaltbild erkennen. Das Eingangssignal liegt dann zwischen Basis und Emitter, währende das Ausgangssignal zwischen Kollektor und Emitter abgegriffen wird.

Bei dieser einfachen Schaltung ist dieser Zusammenhang noch sehr schön zu erkennen.

Bei Schaltungen, die wir in Zukunft analysieren, ist das leider nicht mehr ganz so einfach.

Der Aufbau der Emitterschaltung

Im Video wird zunächst einmal der Aufbau einer Emitterschaltung erläutert.

Der gewünschte Arbeitspunkt wird über die Widerstände eingestellt. Über Kondensatoren werden die Eingangsignale und Ausgangssignale an die Schaltung angekoppelt, bzw. die Arbeitspunkteinstellung abgekoppelt..

Zunächst wird gezeigt, wie man die Widerstände dimensioniert, um den gewünschten Arbeitspunkt einzustellen.

Der Basisvorwiderstand begrenzt hierzu den Basistrom. Man sucht sich also den gewünschten Basisstrom und kann damit dann die Größe des Basisvorwiderstandes berechnen.

Über den Kollektorwiderstand kann man den gewünschten Arbeitspunkt im Ausgangskennlinienfeld festlegen. Die Spannung U_CE wir häufig auf die Hälfte der Betriebsspannung eingestellt. Der Transistor arbeitet dann im sogenannten A-Betrieb.

Nach der Berechnung der Widerstandswerte zur Einstellung des Arbeitspunktes wird die Schaltung im Video mit Hilfe von LTSpice simuliert.

Die Einstellung des Arbeitspunktes wird zunächst überprüft. Nach zusätzlichem Anlegen des Eingangssignal erkennt man im Video die Verstärkung des Signals. Sehr schön erkennt man auch die Phasenverschiebung um 180° des Ausgangssignals im Vergleich zum sinus-förmigen Eingangssignals.

Am Ende des Videos werden noch die Eingangs- und Ausgangsimpedanzen und die Gesamtverstärkung der Emitterschaltung berechnet.

Das Video

In den nächsten Videos wird es vor allem um die Verwendung des Transistors als Verstärker gehen.

Zunächst einmal wird im heutigen Gastvideo die Funktionsweise von Bipolartransistoren und die typischen Kennlinienfelder erläutert.

Zu Beginn des Videos wird gezeigt, wie Transistoren aus unterschiedlichem Halbleitermaterial aufgebaut sind.

Dotierte Halbleiter als Grundmaterial für Transistoren

Bei den meisten Transistoren wird als Halbleitergrundmaterial Silizium verwendet.

Das 4-wertige Silizium wird auf zwei unterschiedliche Arten dotiert.

Hierzu nimmt man entweder 3-wertiges Material und erhält dann sogenannten  p-dotiertes Halbleitermaterial, in dem die Löcher überwiegen.

Die zweite Möglichkeit der Dotierung ist die Verwendung von 5-wertigem Material, zur Erzeugung von sogenanntem n-dotierten Halbleitermaterial, in dem die Elektronen überwiegen.

Der Aufbau von Bipolartransistoren

Das unterschiedlich dotierte Material kann man nun auf zwei Arten zusammenbringen und erhält so entweder einen npn oder einen pnp Transitor mit den Anschlüssen Basis, Kollektor und Emitter.

Zwischen Basis und Kollektor bzw. Basis und Emitter erhält man jeweils einen pn-Übergang.

Leitungsvorgang am Beispiel des npn Transistors

Im heutigen Video wird die Funkionsweise am Beispiel eines npn-Transistors erklärt.

Wenn der pn-Übergang der Basis-Emitter-Strecke durch das Anlegen einer Spannung abgebaut ist, wird die Kollektor-Emitter-Strecke leitend. Anschließend können Elektronen vom Emitter zum Kollektor fließen.

Nach der grundsätzlichen Funktionsweise wird die Schaltung in LTSpice nachgebaut und erläutert.

Im Video werden die wichtigen Kennlinien Einganskennlinie, Stromsteuerkennlinie und das Ausgangskennlinienfeld mit den charakterisierenden h-Parametern aufgenommen.

Bei der Abhängigkeit des Kollektorstroms vom Basisstrom sieht man die annähernd lineare Abhängigkeit.

Die Stromsteuerkennlinie, die die Abhängigkeit des Kollektorsstroms vom Basisstroms beschriebt ist also eine Gerade.

Man sieht hier sehr schön, dass der Transistor ein Stromverstärker ist.

Verstärkungsfaktoren liegen bei Kleinsignaltransistoren bei ca. 200 –300.

Wie geht’s weiter

Wie am Ende des Videos gezeigt wird, können geeignete Arbeitspunkte mit Hilfe von Widerständen eingestellt werden.

In den nächsten Folgen wird anhand der Transistor-Grundschaltungen gezeigt, wie das genau funktioniert.

Der Vorteil von Transistoren als Schalter gegenüber Relais besteht darin, dass elektrische Signale ohne mechanische Bewegungen geschaltet werden können.

Somit sind Transistoren praktisch verschleissfrei.

Eingesetzt werden Transistoren als Bestandteil elektronischer Schaltungen in der Nachrichtentechnik, der Leistungselektronik und in Computersystemen.

Immer häufiger werden Transistoren in integrierten Schaltkreisen verwendet, was die derzeit weit verbreitete Mikroelektronik ermöglicht.

In dieser Reihe zum Thema Transistoren werden ich zunächst einige Gastvideos vorstellen.

Heute geht es um eine kleine Einführung des mittlerweile wichtigsten Bauteils in der Elektronik. Das Video wurde von Sudenten des Studienganges Technikjournalismus der FH-BRS gedreht.

Laborversuche mit dem Transistor

Im heutigen Video unternimmt ein Student namens Tobias einen Laborversuch.

Bevor es mit der praktischen Umsetzung einer Verstärkerschaltung los geht, lernt Tobias, was ein Transistor ist, wie er funktioniert und was man damit machen kann.

Der Dozent, Dr. Ohm, erklärt zunächst den Aufbau und die Funktionsweise eines sogenannten npn-Transistors  mit den Anschlüssen Basis, Kollektor und Emitter.

Anschließend geht es aber sofort zur Sache.

Die erste Transistorschaltung wird aufgebaut.

Tobias erhält die Aufgabe eine einfache Transistor-Verstärkerschaltung aufzubauen.

Hierzu benötigt er lediglich einen Transistor, Widerstände zum Einstellen des Arbeitspunktes und Kondensatoren zum An- und Auskoppeln der Wechselsignale.

Das Einganssignal soll um das 100-fache verstärkt werden, damit es stark genug ist, um über einen Lautsprecher ausgegeben werden zu können.

Zwar hat Tobias beim Aufbau des Verstärkers noch einige Probleme (Ähnlichkeiten mit real existierenden Studenten sind zwar nicht beabsichtigt, können aber auch nicht ausgeschlossen werden), mit Dr. Ohms Hilfe funktioniert der Verstärker zu guter Letzt aber ausgezeichnet.

Der Transistor als Schalter

Neben der Verwendung als Verstärker werden Transistoren auch als Schalter eingesetzt. In einer Integrierten Schaltung (Chip) befinden sich beispielsweise mehrere Millarden Transitoren, die als winzige elektronische Schalter das Schalten elektrischer Signale mehrere Milliarden mal pro Sekunde ermöglichen.

Dieser Artikel ist als nicht ganz ernst gemeinte Einführung in das Thema Transistoren gedacht. In den nächsten Artikeln wird es dann aber ernsthafter – versprochen

Das Video

Die Symbole von Gattern (AND, OR, NAND, NOR, …) haben wir ja schon in den bisherigen Artikeln zum Thema Digitaltechnik kennengelernt.

Heute soll es um weitere Beschreibungsmöglichkeiten gehen, mit deren Hilfe wir in den nächsten Folgen auch kompliziertere Schaltungen der Steuerungstechnik analysieren und entwerfen werden.

Wesentliche Beschreibungsmöglichkeiten, die in der Praxis verwendet werden, sind die sogenannten Wahrheitstabellen und die Funktionsgleichungen.

Diese beiden Darstellungsmöglichkeiten möchte ich heute vorstellen:

Wahrheitstabelle

In einer Wahrheitstabelle listet man einfach alle möglichen Eingangskombinationen auf und gibt dann für jede Einganskombination den Wert der Ausgangsvariablen an.

Rechts siehst Du eine Wahrheitstabelle eines AND-Gatters mit zwei Eingängen.

Eine Wahrheitstabelle enthält bei n Eingangsvariablen 2 hoch n Eingangskombinationen und damit auch 2 hoch n Zeilen.

Was bei zwei Eingangsvariablen also noch recht übersichtlich aussieht, kann bei 5 oder 6 Eingangsvariablen sehr groß werden.

Funktionsgleichung

Eine zweite Möglichkeit die Verknüpfung von Eingangsvariablen darzustellen ist die sogenannte Funktionsgleichung.

Bei der Funktionsgleichung handelt es sich um eine Rechenvorschrift um mit Hilfe von Grundfunktionen AND, OR und NOT die jeweilige Ausgangsvariable zu berechnen.

Die Schreibweise für die Grundfunktionen lauten für

AND

ᐱ oder   •

Beispiel: AᐱB bzw. A•B bedeuten A AND B

OR

V oder +

Beispiel: AᐯB bzw. A+B bedeuten A OR B

NOT

Um ein NOT darzustellen wird die Variable einfach mit einem Überstrich versehen.

Im Video zeige an den Beispielen AND, OR und NAND die Darstellung dieser Verknüpfungen mit Hilfe der Wahrheitstabelle und der Funktionsgleichung.

[Dieser Artikel ist Teil der Artikelserie zum Thema Digitaltechnik. Unter folgendem Link erhältst Du einen Überblick über die bereits erschienen Artikel zum Thema Digitaltechnik]

Hierbei soll es vor allem darum gehen, dass Du die Bedienung von Logiflash noch ein bißchen übst, bevor später die etwas komplizierten Schaltungen kommen.

In der letzten Folge habe ich ja schon die Funktion eines XOR-Gatters vorgestellt.

Bei einer XOR-Funktion ist ja dann gerade eine 1 am Ausganeg wenn genau ein Eingang = 1 ist.

Also im Gegensatz zu einem OR-Gatter wird eine 0 ausgegeben, wenn am Eingang beide gleich 1 sind.

Am Ausgang eines XOR-Gatters liegt also dann eine 1 an wenn
(A gleich 1) ist UND (B-NICHT gleich 1) ist
ODER
(A-NICHT gleich 1) ist UND (B gleich 1) ist

Im Video zeige ich, wie eine entsprechende Schaltung aufgabeut werden kann.

So geht’s weiter

In der nächsten Folge wird es dann darum gehen, wie man die Funktionen der Gatter darstellen kann. Es geht dann um die Themen Wahrheitstabelle und Funktionsgleichung.

[Dieser Artikel ist Teil der Artikelserie zum Thema Digitaltechnik. Unter folgendem Link erhältst Du einen Überblick über die bereits erschienen Artikel zum Thema Digitaltechnik]

Dies möchte ich in dieser Folge nun nachholen.

In der Funktion Eingabe() steht uns lediglich die Schachtnummer, in der eine Münze eingeworfen wurde, zu Verfügung. Mit Hilfe dieser Schachtnummer muss nun das entsprechende Portbit – und zwar nur dieses Portbit ! – zurückgesetzt werden.

Bitweises Löschen des Portbits

In der Folge über die Bitweise Manipulation also das Bitweise Setzen und Löschen des Ports habe ich ja bereits den Mechanismus vorgestellt, wie man mit dem Operator & einzelne Bits zurücksetzen kann.

Die Maske hierfür müssen wir uns mit der Information über die Schachtnummer nun selbst zusammenbauen.

Der SHIFT-Operator

Wie bereits in der letzten Folge vorbereitet, kann man dies mit dem SHIFT-Operator << prima machen. In dem heutigen Video zeige ich, wie man das gewünschte Bitmuster zusammenstellen kann.

Hierzu kann man einfach eine 1 (binär gedacht als 00000001) soweit wie gewünscht nach links schieben. Man erhält 1 Byte mit 0, bei dem nur an der gewünschten Stelle eine 1 steht. Zieht man diesen Wert anschließend von einer 0xFF (binär gedacht 11111111) ab, erhält man die gewünschte Maske, z.B. 11111101.

Mit Hilfe dieser Maske kann man dann, wie in der Folge zur Bitweise Manipulation,  also das Bitweise Setzen und Löschen des Ports, gezeigt, das gewünschte Portbit zurückzusetzen. Alle anderen Portbits werden nicht verändert.

Noch einfacher durch das Bitweise Invertieren

Am Ende des Videos zeige ich noch, wie man die Maske noch eleganter zusammenstellen kann. Durch das Bitweise Invertieren der „geschifteten 1“ lässt sich die Maske sehr einfach erstellen.

Die Details im folgenden Video:

Dieser Artikel ist Teil des Mikrocontroller-Kurses auf ET-Tutorials.de.
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Sommerpause

Mit diesem Artikel möchte ich eine Sommerpause beim Mikrocontroller-Kurs einlegen.

Wenn Du bis zu dieser Folge dem Kurs aufmerksam gefolgt bist und die Übungen gelöst hast, dann hast Du Dir auch eine Pause, vor allem bei diesem Wetter , mehr als verdient.

Sollte es Dir aber zu langweilig werden, empfehle ich die Programmierung des Kaffeeautomaten noch einmal von Anfang an selbständig zu programmieren.

Programmieren lernt man durch Programmieren. Sehr wichtig ist also das eigenständige Programmiren.

Sicher fallen Dir an der einen oder anderen Stelle auch noch Verbesserungsmöglichkeiten ein, die Du evtl. schon selbst umsetzen kannst, oder die wir nach den Sommerferien gemeinsam umsetzen können.

Bis dahin wünsche ich Dir auch einen schönen, sonnigen Sommer!

Wenn Du Dich bereits auf den Email-Verteil gesetzt hast, erhälst Du automatische eine Email, wenn es wieder los geht.

Falls nicht, trage, wenn Du möchtest, Deine Email Adresse in das folgende Feld ein.

Anschließend erhältst Du dann automatisch eine Email, wenn es wieder losgeht. In jeder Email befindet sich ein Link, mit dem Du Dich auch einfach wieder abmelden kannst.

Die Teilnehmerzahl beträgt zur Zeit:

Wichtig:

Deine EMail-Adresse behandle ich natürlich vertraulich und gebe diese an niemanden weiter. Zudem kannst Du Dich jederzeit durch einen Klick auf den Abmeldelink in einer der Emails einfach wieder abmelden.

Im heutigen Gastartikel stellt Dipl.-Ing Hans-Peter Huster vom Labor für Softwaretechnik der FH Gelsenkirchen, Abteilung Bocholt die diesjährige Campuswoche an der FH Bocholt vor.

Vom 18. bis 23. Juli 2010 veranstaltet die Fachschaft Elektrotechnik der Fachhochschule in Bocholt die diesjährige C@mpuswoche.

Schüler und Studenten treffen sich zum siebten Mal in der Räumen der Hochschule und tüfteln an ihren Ideen.

Projekte wie Mikrocontroller, Embedded Linux, 3D-Spieleprogrammierung, Geocaching, LED-Tower oder Webseiten “backen” mit CMS-Systemen sind am Start.

Anreise

Die Anreise findet am Sonntag, den 18.Juli ab 16.00 Uhr statt. Bis Freitag schlägt man dann sein Quartier in den Seminarräumen auf.

Für das leibliche Wohl während dieser Zeit ist -angefangen beim Frühstücksbuffet, bis hin zum Schwenkgrill – bestens gesorgt.

Dank der vielen Sponsoren beträgt die Teilnahmegebühr auch in diesem Jahr nur 40 Euro.
Interessierte Schüler (Mindestalter 16) sind hiermit aufgerufen mitzumachen. Anmelden kann man sich bis auf der Homepage “campuswoche.de”. Hier findet man auch das Programm und alle weiteren Informationen.

Rahmenprogramm

Zum Rahmenprogramm gehören auch zwei öffentliche Vortragsabende, zu denen wir

Selbst-Bau Segway

alle interessierten Zuhörer einladen.

Am Montag, den 19. Juli werden Firmen aus der Region über aktuelle Themen vortragen.

Die Titel der Vorträge erfahren wir in den nächsten Tagen. Bitte beachten Sie unsere Ankündigung auf der Webseite.

Am Mittwoch, den 21. Juli gibt es einen Live Hacking Auftritt der Firma Syss GmbH (Ein von Sebastian Schreiber gegründetes Unternehmen aus Tübingen, das sich auf Sicherheitstest spezialisiert hat.).

Jedermann ist aufgerufen, sich für die IT-Security zu sensibilisieren und sich die diversen Hackermethoden live demonstrieren zu lassen.
Die Teilnahme an den beiden Abendveranstaltungen ist kostenlos.

Aus organisatorischen Gründen bitten wir um eine vorherige Anmeldung per Mail (info@campuswoche.de).

Zwei Videos von der C@mpuswoche 2008

Microcontroller Einstieg in die Welt der Mikrocontroller

Embedded Linux Mikrocontroller für Fortgeschrittene

Es gibt zwar noch weitere Gatter. Diese lassen sich aber aus den vorgestellten Gattern erstellen, oder unterscheiden sich nur von den behandelten Gattern, dass der eine oder andere Eingang invertiert ist.

Bei den heute vorgestellten Gattern handelt es sich um Gatter für die Äquivalenz und der Antivalenz.

Wie die Namen schon vermuten lassen, geht es bei der Äquivalenz und der Antivalenz darum, ob die Eingänge am jeweiligen Gatter gleich oder eben ungleich sind.

Äquivalenz

Eine Äuqivalenz liegt vor, wenn beide Eingänge gleich 0 sind ODER beide Eingänge gleich 1 sind.

Im Video zeige ich, wie man die Funktion der Äquivalenz mit den schon bekannten Gattern UND und ODER ( bzw. AND und OR) aufbauen kann.

Eine 1 soll nämlich dann am Ausgang der Äquivalenz anliegen, wenn für die Eingänge A und B gilt.
Am Ausgang liegt dann eine 1 an (die Aussage ist wahr), wenn

(A gleich 1) ist UND (B gleich 1) ist
ODER
(A gleich 0) ist UND (B gleich 0) ist.

Also wenn

(A gleich 1) ist UND (B gleich 1) ist
ODER
(A -NICHT gleich 1) ist UND (B-NICHT gleich 1) ist.

Wie man eine Äquivalenz also mit den Grundgattern aufbauen kann zeige ich wieder anhand von Logiflash. Einen Baustein für die Äqzuvalentz gibt es natürlich auch als integrierten Baustein. Ein solchen Baustein findet man auch in Logiflah.

Antivalenz, XOR

Die Funktion der Antivalenz, auch bekannt als XOR, funktioniert analog.

Bei einem XOR-Gatter wird eine 1 ausgegeben, wenn die Eingänge unterschiedlich sind, wenn also eine 1 und eine 0 an den Eingängen anliegt.

Am Ausgang eines XOR-Gatters liegt also dann eine 1 an wenn

(A gleich 1) ist UND (B-NICHT gleich 1) ist
ODER
(A-NICHT gleich 1) ist UND (B gleich 1) ist.

Nun aber zum Video

[Dieser Artikel ist Teil der Artikelserie zum Thema Digitaltechnik. Unter folgendem Link erhältst Du einen Überblick über die bereits erschienen Artikel zum Thema Digitaltechnik]

Mit einem Array kann man eine Struktur von Daten gleichen Typs sehr geschickt speichern.

Auf die einzelnen Feld des Arrays kann dann sehr elegant über den geeigneten Index zugegriffen werden.

Deine Aufgabe aus der letzten Woche war es, ein Array zu nutzen, um nur einen Parameter an die Funktion Eingabe zu übergeben.

In dem Array

int Schacht[8]

sind die 8 möglichen Zahlenwerte einer europäischen Münze gespeichert. Da sich diese Information nicht ändert, muss sie nicht bei jedem Funktionsaufruf übergeben zu werden.

Das heutige Video ist in 2 Teile unterteilt.

Im ersten Teil zeige ich eine mögliche Lösung für das Auslesen des Münzwertes aus dem Array.

Im zweiten Teil des Videos geht es dann um das zurücksetzen des Portbits. Anhand der Information, in welchem Schacht eine Münze erkannt worden ist, kann ein Bitmuster errechnet werden, mit dessen Hilfe das entsprechende Portbit zurückgesetzt werden kann.

Die Lösung der Aufgabe

Im heutigen Video geht es also zunächst um eine mögliche Lösung der Aufgabe von letzter Woche.

Aus der Information, an welcher Stelle eine Münze erkannt worden ist, wird der Münzwert aus dem Array gelesen und dann zum aktuellen Betrag addiert. Damit es nicht ganz so einfach ist, habe ich alles in einer Zeile programmiert.

Der SHIFT-Operator

Nach der Addition des Münzwertes zum Gesamtbetrag muss noch das jeweilige Port-Bit zurückgesetzt werden. Wie im Video gezeigt, kann mit dem SHIFT-Operator ein Bit nach links oder rechts verschoben werden.

Deine Aufgabe für die nächste Woche ist es, den SHIFT Operator zu nutzen, um das korrekte Bit wieder auf 0 zu setzen. Wenn Du Dich nicht mehr so genau daran erinnerst, wie man einzelne Bits löscht, kann Dir der Artikel über das Setzen und Löschen von Bits innerhalb eines Bytes sicher helfen.

Dieser Artikel ist Teil des Mikrocontroller-Kurses auf ET-Tutorials.de.
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Zu den Grundgattern gehören die Gatter AND, OR und NOT.

Es gibt jedoch noch weitere Gatter, die in der Digitaltechnik eine große Bedeutung haben.

Man könnte zwar jede Schaltung mit den genannten drei Grundgattern realisieren, trotzdem kommen andere Gatter sehr häufig vor.

Im Video zeige ich die Funktion des NAND und des NOR Gatters.

Zum einen lassen sich manche Schaltungen mit anderen Gattern effektiver realisieren. Ein zweites Argument ist jedoch häufig auch sehr wichtig.

Um beispielsweise ein AND-Gatter zu realisieren, muss der Chip-Designer, also derjenige, der letztendlich die Funktion in einer Halbleitertechnologie realisieren möchte, nämlich häufig schaltungstechnische Klimmzüge machen.

Die Realisierung eines NAND-Gatters, das die logische Funktion eines AND-Gatters mit nachgeschaltetem NOT hat, ist schaltungstechnisch, also auf der Ebene der Mikroelektronik, in der die Gatter letztendlich realisiert werden müssen, erheblich einfacher zu realisieren.

Ein einfaches Beispiel

Gatter werden häufig durch eine Schalterfunktion von Transistoren realisiert.

Die Schalterfunktion ist in dem Schaltbild durch einfache Schalter dargestellt. Zwei Schalter sind also in Reihe zu einem Widerstand an eine Spannungsquelle angeschlossen.

Der Ausgang wird oberhalb der Schalter abgegriffen. Bei A=1 ist der obere Schalter geschlossen, bei B=1 der untere.
Nur wenn beide Schalter geschlossen sind, ist der Ausgang X = 0. Also ein NAND-Gatter.
Um an ein AND-Gatter zu gelangen, müsste man das Signal noch einmal invertieren.

Wie man an diesem zugegeben sehr einfachen Beispiel sehen kann, ist hier die Realisierung eines NAND-Gatters einfacher als die eines AND-Gatters.

Bei OR-Gattern sieht es je nach Technologie, also wie die Gatter letztendlich realisiert werden, entsprechend aus. NOR-Gater snd häufiger einfacher zu realsieren als OR-Gatter.

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