Klippstufe als Experimentalbausatz – Anhang A
A Messungen an der Experimentalklippschaltung
Kapitelinhalt:[ Überspringen ]- Messschaltungen A0–A4 – Speisung symmetrisch
- Messschaltungen A10–A16 – Speisung einseitig
- Auswertung
Nun also die Mess- oder Untersuchungsergebnisse – zunächst für die Messschaltungen mit symmetrischen Betriebsspannungen. Zu jeder untersuchten Schaltungsvariante wird der Schaltplan, eine Liste der gemessenen Spannungen sowie X-Y-Graphen und Oszillogramme für drei verschiedene Eingangsspannungen angegeben. Eine Anmerkung zu den Schaltplänen: Die Klemmen F, G, I, K und L sind keine Außenverbindungen der Schaltung, sondern Messpunkte für die Gleichspannungen, die dann jeweils in der darauffolgenden Tabelle aufgelistet werden.
Messschaltungen – Speisung symmetrisch
Kapitelinhalt:[ Überspringen ]- Messschaltung A0 – Grundschaltung
- Messschaltung A1 – leicht symmetrisch geminderte Vorspannung, Klippingdioden symmetrisch
- Messschaltung A2 – symmetrisch geminderte Vorspannung, Klippingdioden symmetrisch
- Messschaltung A3 – asymmetrisch geminderte Vorspannung, Klippingdioden asymmetrisch
- Messschaltung A4 – beidseitig asymmetrisch geminderte Vorspannung, Klippingdioden asymmetrisch
Messschaltung A0 – Speisung symmetrisch, Grundschaltung
Abb. A0: Schaltplan von Messschaltung A0.
Die beiden Graetzbrücken ohne weitere Beschaltung. In der Tabelle ist zu erkennen, dass sich die Vorspannung gleichmäßig auf alle vier Begrenzerdioden aufteilt und Ein- und Ausgang nur einen minimalen Offset von 2 mV gegenüber Masse haben. Die X-Y-Graphen zeigen, dass die Begrenzung sehr früh einsetzt, bei einer Eingangsspannung kleiner 200 mV. Die Oszillogramme zeigen, dass bei größeren Eingangsspannungen kein Rechteck, sondern ein „Rechteck mit Halbkreis“ entsteht, was einen komprimierten, dunklen, warmen Ton erwarten lässt.
| UF | UG | UA | UI | UK |
|---|---|---|---|---|
| −697 mV | −357 mV | −4 mV | 340 mV | 695 mV |
Tab. A0.2: Signalverläufe und Lissajous-Figuren, aufgezeichnet in Messschaltung A0: (Zum Öffnen klicken)
Messschaltung A0 –
ueing. und uausg.
Messschaltung A0 –
uausg. vs. ueing.
ueing. (grün): 200 mV / Div,uausg. (rot): 200 mV / Div
ueing. (hor.): 200 mV / Div,uausg. (vert.): 100 mV / Div
ueing. (grün): 500 mV / Div,uausg. (rot): 200 mV / Div
ueing. (hor.): 500 mV / Div,uausg. (vert.): 100 mV / Div
ueing. (grün): 500 mV / Div,uausg. (rot): 200 mV / Div
ueing. (hor.): 500 mV / Div,uausg. (vert.): 100 mV / Div
Messschaltung A1 – Speisung symmetrisch, leicht symmetrisch geminderte Vorspannung, Klippingdioden symmetrisch
Die beiden Graetzbrücken mit zwei Widerständen 10 kΩ parallel zu je einer Begrenzerdiode pro Zweig. In der Tabelle ist zu erkennen, dass in jedem Zweig beide Dioden sehr unterschiedlich vorgespannt sind. Der Offset ist weiterhin sehr klein (6 mV). Die X-Y-Graphen zeigen einen späteren Einsatz der Begrenzung, bei einer Eingangsspannung zwischen 300 mV und 400 mV. Die Oszillogramme zeigen eine ähnliche Signalform wie in der vorherigen Schaltung A0.
Abb. A1: Schaltplan von Messschaltung A1.
| UF | UG | UA | UI | UK |
|---|---|---|---|---|
| −696 mV | −258 mV | −7 mV | 240 mV | 695 mV |
Tab. A1.2: Signalverläufe und Lissajous-Figuren, aufgezeichnet in Messschaltung A1: (Zum Öffnen klicken)
Messschaltung A1 –
ueing. und uausg.
Messschaltung A1 –
uausg. vs. ueing.
ueing. (grün): 200 mV / Div,uausg. (rot): 100 mV / Div
ueing. (hor.): 200 mV / Div,uausg. (vert.): 50 mV / Div
ueing. (grün): 250 mV / Div,uausg. (rot): 100 mV / Div
ueing. (hor.): 250 mV / Div,uausg. (vert.): 50 mV / Div
ueing. (grün): 500 mV / Div,uausg. (rot): 200 mV / Div
ueing. (hor.): 500 mV / Div,uausg. (vert.): 100 mV / Div
Messschaltung A2 – Speisung symmetrisch, symmetrisch geminderte Vorspannung, Klippingdioden symmetrisch
Abb. A2: Schaltplan von Messschaltung A2.
Jetzt wurde je einer Begrenzerdiode pro Zweig ein Widerstand von 3,3 kΩ parallelgeschaltet – mit recht deutlichen Auswirkungen. Die unterschiedlichen Vorspannungen der Begrenzerdioden sind noch deutlicher ausgeprägt, der Offset ist auch hier sehr klein (2 mV). Die Begrenzung setzt hier erst bei Eingangsspannungen über 500 mV ein, Die Oszillogramme zeigen eine symmetrische, aber wesentlich geringere Verzerrung im Vergleich zu den in der vorherigen Schaltungen Schaltung A0 und Schaltung A1.
| UF | UG | UA | UI | UK |
|---|---|---|---|---|
| −696 mV | −220 mV | 0 mV | 203 mV | 694 mV |
Tab. A2.2: Signalverläufe und Lissajous-Figuren, aufgezeichnet in Messschaltung A2: (Zum Öffnen klicken)
Messschaltung A2 –
ueing. und uausg.
Messschaltung A2 –
uausg. vs. ueing.
ueing. (grün): 250 mV / Div,uausg. (rot): 100 mV / Div
ueing. (hor.): 250 mV / Div,uausg. (vert.): 50 mV / Div
ueing. (grün): 500 mV / Div,uausg. (rot): 200 mV / Div
ueing. (hor.): 500 mV / Div,uausg. (vert.): 100 mV / Div
ueing. (grün): 500 mV / Div,uausg. (rot): 200 mV / Div
ueing. (hor.): 500 mV / Div,uausg. (vert.): 100 mV / Div
Messschaltung A3 – Speisung symmetrisch, asymmetrisch geminderte Vorspannung, Klippingdioden asymmetrisch
Abb. A3: Schaltplan von Messschaltung A3. Diode D3 ist eine Schottky-Diode.
Hier wird im oberen Zweig einer der vorgespannten Begrenzerdioden ein Widerstand 3,3 kΩ und der oberen nicht vorgespannten Diode D2a eine Schottky-Diode parallelgeschaltet. Der Widerstand sorgt zuerst für eine deutliche Verschiebung des Arbeitspunktes (149 mV). Zum anderen schließt der Widerstand die Diode D2c quasi kurz und sorgt dafür, dass die anderen drei vorgespannten Dioden D1c, D1d und D2c mit jeweils mehr als 400 mV mit einem differentiellen Widerstand etwas größer 1 kΩ an der Signalformung teilnehmen.
Die Schottky-Diode wiederum sorgt für ein „härteres“ Klippen der unteren Halbwelle, wobei der hohe positive Offset der Ruhespannung dazu führt, dass der Begrenzereinsatz der Schottky-Diode um diesen Offset auf etwa 400 mV nach oben verschoben wird.
Auf den X-Y-Graphen ist zu sehen, dass es keinen geraden Kennlinienabschnitt gibt, und dass die Begrenzung beider Halbwellen zwar bei ähnlich großen Eingangspannungen, aber ansonsten stark asymmetrisch erfolgt.
Die Oszillogramme zeigen ein unterschiedlich begrenztes Signal, allerdings mit geradem Tastverhältnis – die Nulldurchgänge von Eingangs- und Ausgangssignal liegen übereinander.
| UF | UG | UA | UI | UK |
|---|---|---|---|---|
| −696 mV | −281 mV | 147 mV | 236 mV | 694 mV |
Tab. A3.2: Signalverläufe und Lissajous-Figuren, aufgezeichnet in Messschaltung A3: (Zum Öffnen klicken)
Messschaltung A3 –
ueing. und uausg.
Messschaltung A3 –
uausg. vs. ueing.
ueing. (grün): 200 mV / Div,uausg. (rot): 100 mV / Div
ueing. (hor.): 200 mV / Div,uausg. (vert.): 50 mV / Div
ueing. (grün): 250 mV / Div,uausg. (rot): 100 mV / Div
ueing. (hor.): 250 mV / Div,uausg. (vert.): 50 mV / Div
ueing. (grün): 500 mV / Div,uausg. (rot): 100 mV / Div
ueing. (hor.): 500 mV / Div,uausg. (vert.): 50 mV / Div
Messschaltung A4 – Speisung symmetrisch, beidseitig asymmetrisch geminderte Vorspannung, Klippingdioden asymmetrisch
Abb. A4: Schaltplan von Messschaltung A4. Diode D3 ist eine Schottky-Diode.
Im Unterschied zur vorherigen Messschaltung A3 wurde hier auch einer Diode im unteren Zweig, der Diode D1c ein Widerstand 10 kΩ parallelgeschaltet, weil ja vorgesehen war, dass in der zu realisierenden Experimentierschaltung den beiden inneren vorgespannten Dioden immer mindestens ein Widerstand 10 kΩ parallelgeschaltet werden soll. Dieser Widerstand führt aber allem Anschein nach zu keinen grundsätzlichen Änderungen im Verhalten der Klippstufe, lediglich der Offset der Ruhespannung bzw. des Arbeitspunktes verringert sich um etwa 60 mV, was bedeutet, dass sich der Arbeitspunkt etwas in die Richtung des „harten“ Klippen durch die Schottky-Diode bewegt.
Weiterhin zeigt sich, im Unterschied zu Messschaltung A3, in den X-Y-Graphen dann doch ein kleiner fast linearer Bereich um den Arbeitspunkt herum.
| UF | UG | UA | UI | UK |
|---|---|---|---|---|
| −696 mV | −247 mV | 83 mV | 220 mV | 694 mV |
Tab. A4.2: Signalverläufe und Lissajous-Figuren, aufgezeichnet in Messschaltung A4: (Zum Öffnen klicken)
Messschaltung A4 –
ueing. und uausg.
Messschaltung A4 –
uausg. vs. ueing.
ueing. (grün): 200 mV / Div,uausg. (rot): 100 mV / Div
ueing. (hor.): 200 mV / Div,uausg. (vert.): 50 mV / Div
ueing. (grün): 250 mV / Div,uausg. (rot): 100 mV / Div
ueing. (hor.): 250 mV / Div,uausg. (vert.): 50 mV / Div
ueing. (grün): 500 mV / Div,uausg. (rot): 100 mV / Div
ueing. (hor.): 500 mV / Div,uausg. (vert.): 50 mV / Div
Messschaltungen – Speisung einseitig
Kapitelinhalt:[ Überspringen ]- Messschaltung A10 – Grundschaltung
- Messschaltung A11 – Leicht symmetrisch geminderte Vorspannung, Klippingdioden symmetrisch
- Messschaltung A12 – Symmetrisch geminderte Vorspannung, Klippingdioden symmetrisch
- Messschaltung A13 – Beidseitig asymmetrisch geminderte Vorspannung, Klippingdioden asymmetrisch
- Messschaltung A14 – Invers zu vorheriger Schaltung A13
- Messschaltung A15 – Wie Schaltung A13, dritte Klippingdiode gegenpolig
- Messschaltung A16 – Invers zu vorheriger Schaltung A15
Nun zu den Schaltungen mit einseitiger Betriebsspannung – hier wurden umfangreichere Versuche betrieben. Es wurde untersucht, wie sich zwei den inneren vorgespannten Dioden pro forma parallelgeschaltete Widerstände auswirken (z. B. Messschaltung A13), es wurde probiert, ob komplementäre Begrenzereinstellungen möglich sind (Messschaltung A14 ff.) und es wurde die zugeschaltete Schottky-Diode gedreht (Messschaltung A15 ff.).
Dass diese Einstellungen nur für die Anwendung in einseitiger Betriebsspannung untersucht worden sind, heißt jedoch nicht, dass sie nicht auch bei symmetrischen Betriebsspannungen funktionieren können.
In den Tabellen der gemessenen Spannungen ist ein Wert Offset UA hinzugekommen, er ermittelt sich als Differenz zwischen der Spannung am Eingang der Begrenzerschaltung und der am Punkt L und beschreibt, inwieweit die Dioden zwischen beiden Punkten (D1b und D2b sowie eventuell auch eine Schottky-Diode) ebenfalls positiv oder negativ vorgespannt sind.
Messschaltung A10 – Speisung einseitig, Grundschaltung
Abb. A10: Schaltplan von Messschaltung A10.
Diese Schaltung ist das Pendant zu Messschaltung A0, allerdings mit einseitiger Speisung. Im Gegensatz zu jener Schaltung ist hier und in den folgenden Messschaltungen die Verbindung der beiden Graetzbrücken, über die der Strom zu Erzeugung der Vorspannung fließt (im Schaltplan Punkt L) nicht geerdet, was den relativ großen Offset der Ruhespannung erklärt. Grund sind unterschiedliche Spannungen über den Vorspannungsdioden D1a und D2a infolge von Parameterstreuungen. Ansonsten sind die Ergebnisse der Messung ähnlich.
| UF | UG | UA | UI | UL | Offset UA |
|---|---|---|---|---|---|
| −1390 mV | −1037 mV | −667 mV | −339 mV | −694 mV | 28 mV |
Tab. A10.2: Signalverläufe und Lissajous-Figuren, aufgezeichnet in Messschaltung A10: (Zum Öffnen klicken)
Messschaltung A10 –
ueing. und uausg.
Messschaltung A10 –
uausg. vs. ueing.
ueing. (grün): 200 mV / Div,uausg. (rot): 200 mV / Div
ueing. (hor.): 200 mV / Div,uausg. (vert.): 100 mV / Div
ueing. (grün): 500 mV / Div,uausg. (rot): 200 mV / Div
ueing. (hor.): 500 mV / Div,uausg. (vert.): 100 mV / Div
ueing. (grün): 500 mV / Div,uausg. (rot): 200 mV / Div
ueing. (hor.): 500 mV / Div,uausg. (vert.): 100 mV / Div
Messschaltung A11 – Speisung einseitig, leicht symmetrisch geminderte Vorspannung, Klippingdioden symmetrisch
Abb. A11: Schaltplan von Messschaltung A11.
Auch diese Schaltung ist ein Pendant, hier zu Messschaltung A1. Die Ergebnisse sind auch hier ähnlich. Dazu lassen die sehr ähnlichen Signalformen in den Oszillogramme ähnliche X-Y-Graphen vermuten.
| UF | UG | UA | UI | UL | Offset UA |
|---|---|---|---|---|---|
| −1392 mV | −946 mV | −697 mV | −460 mV | −694 mV | −1 mV |
Tab. A11.2: Signalverläufe und Lissajous-Figuren, aufgezeichnet in Messschaltung A11: (Zum Öffnen klicken)
Messschaltung A11 –
ueing. und uausg.
Messschaltung A11 –
uausg. vs. ueing.
ueing. (grün): 200 mV / Div,uausg. (rot): 100 mV / Div
ueing. (hor.): 250 mV / Div,uausg. (vert.): 50 mV / Div
ueing. (grün): 250 mV / Div,uausg. (rot): 100 mV / Div
ueing. (hor.): 250 mV / Div,uausg. (vert.): 50 mV / Div
ueing. (grün): 500 mV / Div,uausg. (rot): 200 mV / Div
ueing. (hor.): 500 mV / Div,uausg. (vert.): 100 mV / Div
Messschaltung A12 – Speisung einseitig, symmetrisch geminderte Vorspannung, Klippingdioden symmetrisch
Abb. A12: Schaltplan von Messschaltung A12.
Auch hier sind die Ergebnisse ähnlich dem Pendant mit symmetrischen Betriebsspannungen in Messschaltung A2 – die Begrenzung setzt auch hier erst mit einer recht hohen Spannung ein und verläuft eher weich, zumal auch hier keine harte Grenze erkennbar ist.
| UF | UG | UA | UI | UL | Offset UA |
|---|---|---|---|---|---|
| −1392 mV | −899 mV | −702 mV | −509 mV | −694 mV | −6 mV |
Tab. A12.2: Signalverläufe und Lissajous-Figuren, aufgezeichnet in Messschaltung A12: (Zum Öffnen klicken)
Messschaltung A12 –
ueing. und uausg.
Messschaltung A12 –
uausg. vs. ueing.
ueing. (grün): 250 mV / Div,uausg. (rot): 100 mV / Div
ueing. (hor.): 250 mV / Div,uausg. (vert.): 50 mV / Div
ueing. (grün): 250 mV / Div,uausg. (rot): 100 mV / Div
ueing. (hor.): 250 mV / Div,uausg. (vert.): 50 mV / Div
ueing. (grün): 500 mV / Div,uausg. (rot): 200 mV / Div
ueing. (hor.): 500 mV / Div,uausg. (vert.): 100 mV / Div
Messschaltung A13 – Speisung einseitig, beidseitig asymmetrisch geminderte Vorspannung, Klippingdioden asymmetrisch
Abb. A13: Schaltplan von Messschaltung A13. Diode D3 ist eine Schottky-Diode.
Diese Schaltung ist nicht mehr hundertprozentig vergleichbar mit beispielsweise Messschaltung A4. In der Schaltung hier wurden beiden inneren vorgespannten Dioden Widerstände parallelgeschaltet – 10 kΩ (R4) zu D1c und 2,5 kΩ (R6 parallel R7) zu D2c. Dadurch haben die beiden äußeren vorgespannten Dioden D1c und D2c eine noch größere Vorspannung (460 mV und 480 mV) währende beide inneren vorgespannten Dioden mehr oder weniger durch den parallelgeschalteten Widerstand ersetzt werden.
Das Tastverhältnis des asymmetrisch begrenzten Signals ist immer noch unverändert, die Nulldurchgänge von Ein- und Ausgangssignal liegen übereinander.
| UF | UG | UA | UI | UL | Offset UA |
|---|---|---|---|---|---|
| −1394 mV | −931 mV | −570 mV | −479 mV | −695 mV | 127 mV |
Tab. A13.2: Signalverläufe und Lissajous-Figuren, aufgezeichnet in Messschaltung A13: (Zum Öffnen klicken)
Messschaltung A13 –
ueing. und uausg.
Messschaltung A13 –
uausg. vs. ueing.
ueing. (grün): 250 mV / Div,uausg. (rot): 100 mV / Div
ueing. (hor.): 250 mV / Div,uausg. (vert.): 50 mV / Div
ueing. (grün): 500 mV / Div,uausg. (rot): 100 mV / Div
ueing. (hor.): 500 mV / Div,uausg. (vert.): 50 mV / Div
ueing. (grün): 500 mV / Div,uausg. (rot): 100 mV / Div
ueing. (hor.): 500 mV / Div,uausg. (vert.): 50 mV / Div
Messschaltung A14 – Speisung einseitig, komplementär zu vorheriger Schaltung A13
Abb. A14: Schaltplan von Messschaltung A14. Diode D4 ist eine Schottky-Diode.
Messschaltung A14 stellt das komplementäre Pendant zur vorherig beschriebenen Messschaltung A13 dar – in der Schaltung wurden Schottky-Diode und Widerstände der entsprechenden Diode im jeweils anderen Zweig parallelgeschaltet und in den X-Y-Graphen wie auch in den Oszillogrammen sind obere und untere Halbwelle vertauscht. Die Ergebnisse sind im Wesentlichen (komplementär) gleich.
Nun stellt sich natürlich die Frage, welchen Sinn solche komplementären Einstellungen haben. Allein auf diese eine Begrenzerstufe bezogen ist der Sinn vielleicht fragwürdig, im Zusammenhang mit vor oder hinter dieser Stufe liegenden Treiberstufen oder anderen Klippstufen mit asymmetrischer Begrenzung kann es allerdings sinnvoll sein, bei dieser Stufe die Polarität der Begrenzung umzudrehen.
| UF | UG | UA | UI | UL | Offset UA |
|---|---|---|---|---|---|
| −1391 mV | −929 mV | −832 mV | −478 mV | −694 mV | −137 mV |
Tab. A14.2: Signalverläufe und Lissajous-Figuren, aufgezeichnet in Messschaltung A14: (Zum Öffnen klicken)
Messschaltung A14 –
ueing. und uausg.
Messschaltung A14 –
uausg. vs. ueing.
ueing. (grün): 250 mV / Div,uausg. (rot): 100 mV / Div
ueing. (hor.): 250 mV / Div,uausg. (vert.): 50 mV / Div
ueing. (grün): 500 mV / Div,uausg. (rot): 100 mV / Div
ueing. (hor.): 500 mV / Div,uausg. (vert.): 50 mV / Div
ueing. (grün): 500 mV / Div,uausg. (rot): 100 mV / Div
ueing. (hor.): 500 mV / Div,uausg. (vert.): 50 mV / Div
Messschaltung A15 – Speisung einseitig, wie Schaltung A13, dritte Klippingdiode gegenpolig
Abb. A15: Schaltplan von Messschaltung A15. Diode D4 ist eine Schottky-Diode.
Auch in dieser Schaltung wurden den Dioden der Graetzbrücke Widerstände und Dioden parallelgeschaltet, allerdings, im Unterschied beispielsweise zu Messschaltung A13 in verschiedenen Zweigen. Die Widerstände R6 und R7 werden der vorgespannten Diode D2c im oberen Zweig parallelgeschaltet und sorgen für einen positiven Offset der Ruhespannung und für eine Arbeitspunktverschiebung etwa 90 mV nach oben (R4 parallel zu D1c ändert daran auch nicht mehr viel), die Schottky-Diode D4 wird aber D1b im unteren Zweig gleichsinnig parallelgeschaltet und begrenzt die obere Halbwelle. Das bedeutet, dass sich der Arbeitspunkt in Richtung der „härteren“ Begrenzung durch die Schottky-Diode bewegt.
Im Ergebnis sieht man in den X-Y-Graphen eine stark asymmetrische Kennlinie der Begrenzerstufe, der Arbeitspunkt befindet sich am Rand eines mehr oder weniger linearen Bereiches und am Rand einer eher harten Begrenzung der oberen Halbwelle durch die Schottky-Diode, während die untere Halbwelle erst sehr viel später und weicher begrenzt wird – eine Kennlinie einer ähnlich einer sehr „asymmetrisch gebiasten“ Triode. In den Oszillogrammen zeigt sich ein asymmetrisch begrenztes oder besser verformtes Signal mit einem leicht veränderten Tastverhältnis.
| UF | UG | UA | UI | UL | Offset UA |
|---|---|---|---|---|---|
| −1389 mV | −934 mV | −606 mV | −487 mV | −692 mV | 89 mV |
Tab. A15.2: Signalverläufe und Lissajous-Figuren, aufgezeichnet in Messschaltung A15: (Zum Öffnen klicken)
Messschaltung A15 –
ueing. und uausg.
Messschaltung A15 –
uausg. vs. ueing.
ueing. (grün): 250 mV / Div,uausg. (rot): 100 mV / Div
ueing. (hor.): 250 mV / Div,uausg. (vert.): 50 mV / Div
ueing. (grün): 500 mV / Div,uausg. (rot): 100 mV / Div
ueing. (hor.): 500 mV / Div,uausg. (vert.): 50 mV / Div
ueing. (grün): 500 mV / Div,uausg. (rot): 100 mV / Div
ueing. (hor.): 500 mV / Div,uausg. (vert.): 50 mV / Div
Messschaltung A16 – Speisung einseitig, komplementär zu vorheriger Schaltung A15
Abb. A16: Schaltplan von Messschaltung A16. Diode D3 ist eine Schottky-Diode.
Diese Messschaltung A16 ist wieder das komplementäre Pendant zur vorherigen Messschaltung A15.
| UF | UG | UA | UI | UL | Offset UA |
|---|---|---|---|---|---|
| −1389 mV | −915 mV | −786 mV | −471 mV | −692 mV | −92 mV |
Tab. A16.2: Signalverläufe und Lissajous-Figuren, aufgezeichnet in Messschaltung A16: (Zum Öffnen klicken)
Messschaltung A16 –
ueing. und uausg.
Messschaltung A16 –
uausg. vs. ueing.
ueing. (grün): 250 mV / Div,uausg. (rot): 100 mV / Div
ueing. (hor.): 250 mV / Div,uausg. (vert.): 50 mV / Div
ueing. (grün): 500 mV / Div,uausg. (rot): 100 mV / Div
ueing. (hor.): 500 mV / Div,uausg. (vert.): 50 mV / Div
ueing. (grün): 500 mV / Div,uausg. (rot): 100 mV / Div
ueing. (hor.): 500 mV / Div,uausg. (vert.): 50 mV / Div
Auswertung
Kapitelinhalt:[ Überspringen ]Das Ziel, eine Begrenzerschaltung zu finden, die in der Form der Begrenzung (Symmetrie und Härte) über das Verändern von Widerständen und über das Zuschalten von weiteren Dioden verändert werden kann und die auch der Symmetrie der Speisung flexibel ist, wurden grundsätzlich erreicht.
Symmetrische Begrenzungen
Zum einen ist es möglich, das Signal mit unterschiedlicher Kompression symmetrisch zu begrenzen – die beidseitig zu jeweils einer Begrenzerdiode parallelgeschalteten Widerstände „weiten“ die Begrenzerkennlinie kontinuierlich mit kleiner werdenden Widerstandswerten.
Die Oszillogramme in folgender Tabelle A20 zeigen das recht anschaulich:
Tab. A20: Signalverläufe und Lissajous-Figuren, aufgezeichnet in den Messschaltungen A0, A1, A2 und A12
symmetrische Begrenzung –
ueing. und uausg.
symmetrische Begrenzung –
uausg. vs. ueing.
keine Parallelwiderstände
Eingangssignalspannung: ueing.,eff ≈ 1,6 V
ueing. (grün): 500 mV / Div,uausg. (rot): 200 mV / Div
ueing. (hor.): 500 mV / Div,uausg. (vert.): 100 mV / Div
Parallelwiderstände 2 × 10 kΩ
Eingangssignalspannung: ueing.,eff ≈ 1,6 V
ueing. (grün): 500 mV / Div,uausg. (rot): 200 mV / Div
ueing. (hor.): 500 mV / Div,uausg. (vert.): 100 mV / Div
Parallelwiderstände 2 × 3,3 kΩ
Eingangssignalspannung: ueing.,eff ≈ 1,6 V
ueing. (grün): 500 mV / Div,uausg. (rot): 200 mV / Div
ueing. (hor.): 500 mV / Div,uausg. (vert.): 100 mV / Div
Parallelwiderstände 2 × 2,5 kΩ
Eingangssignalspannung: ueing.,eff ≈ 1,6 V
ueing. (grün): 500 mV / Div,uausg. (rot): 200 mV / Div
ueing. (hor.): 500 mV / Div,uausg. (vert.): 100 mV / Div
In der konkreten Schaltung reduzieren sich diese Möglichkeiten allerdings auf drei Einstellungen, die über die Minischalter realisiert werden können – zum einen kann den „inneren“ beiden Begrenzerdioden jeweils zusätzlich zum vorhandenen Widerstand 10 kΩ noch ein Widerstand 3,3 kΩ parallel zugeschaltet werden. Diese beiden Optionen finden sich in obiger Tabelle in der zweiten und vierten Tabellenzeile.
Abgesehen davon gibt es noch eine dritte (hier nicht untersuchte ) Möglichkeit, beide Schottkydioden zuzuschalten – dabei ist mit einer stärkeren Begrenzung ⁄ Verzerrung und geringerem Ausgangspegel zu rechnen – das Ergebnis geht dann wohl in Richtung (!) Germanium-clipper. Allerdings würde so der gesamte Rest der Begrenzerschaltung gegenstandslos werden.
Asymmetrische Begrenzungen
Nun zu den asymmetrischen Begrenzungen: Hier konnten in der untersuchten Testschaltung jeweils zwei „Features“ über die Minischalter ausgewählt werden:
-
eine asymmetrische Verzerrung, bestehend aus der eher weichen Begrenzung einer Halbwelle (über zwei vorgespannte Siliziumdioden; in der Schaltung die jeweils die linken beiden Dioden „c“ und „d“) und der eher harte Begrenzung der anderen Halbwelle (an der Schottkydiode)
-
und dazu zwei verschiedene Arbeitspunkte – einmal etwa mittig im eher linearen Bereich zwischen den Begrenzungen und einmal in der Nähe der harten Begrenzung.
Bei letzterer Einstellung (asymmetrischer Arbeitspunkt und asymmetrische Begrenzung) fiel auf, dass das das begrenzte Signal bei kleineren Pegeln ein stärker ungerades Tastverhältnis hatte.
Unabhängig von der Art der Begrenzung und deren Asymmetrie kann die Schaltung bei positiver, negativer und symmetrischer Betriebsspannung eingesetzt werden. Weiterhin kann auch die Polarität der Begrenzungen (obere Halbwelle hart und untere Halbwelle weich oder gegen untere Halbwelle hart und obere Halbwelle weich begrenzt) getauscht werden.
Die Oszillogramme in folgender Tabelle A21 zeigen das noch einmal zusammengefasst:
Tab. A21: Signalverläufe und Lissajous-Figuren, aufgezeichnet in den Messschaltungen A13, Messschaltungen A14 und Messschaltungen A15
unsymmetrische Begrenzung –
ueing. und uausg.
unsymmetrische Begrenzung –
uausg. vs. ueing.
Arbeitspunktverschiebung und Schottkydiode gleichseitig
Hardclipp untere Halbwelle
Eingangssignalspannung: ueing.,eff ≈ 1,6 V
ueing. (grün): 500 mV / Div,uausg. (rot): 100 mV / Div
ueing. (hor.): 500 mV / Div,uausg. (vert.): 50 mV / Div
Arbeitspunktverschiebung und Schottkydiode gleichseitig
Hardclipp obere Halbwelle
Eingangssignalspannung: ueing.,eff ≈ 1,6 V
ueing. (grün): 500 mV / Div,uausg. (rot): 100 mV / Div
ueing. (hor.): 500 mV / Div,uausg. (vert.): 50 mV / Div
Arbeitspunktverschiebung und Schottkydiode gegenpolig
Hardclipp obere Halbwelle
Eingangssignalspannung: ueing.,eff ≈ 810 mV
ueing. (grün): 500 mV / Div,uausg. (rot): 100 mV / Div
ueing. (hor.): 500 mV / Div,uausg. (vert.): 50 mV / Div
ueing. (grün): 500 mV / Div,uausg. (rot): 100 mV / Div
ueing. (hor.): 500 mV / Div,uausg. (vert.): 50 mV / Div
Nachbemerkungen
Zu den Problemen ⁄ offenen Fragen: Nicht flexibel ist die Schaltung in ihrer Bestückung durch verschiedene Dioden und auch in der Größe des Begrenzervorwiderstandes – lediglich eine Anpassung an die vorhandene Betriebsspannung ist möglich, indem der Widerstand, über den die Dioden vorgespannt werden, so geändert wird, dass durch die Vorspanndioden der gleiche Strom fließt. Allerdings steckt auch hier eine Beschränkung im Detail – der Vorspannstrom muss bei jeder Aussteuerung relevant größer sein als der maximal mögliche Strom durch den Begrenzervorwiderstand (weil ansonsten die Vorspannung und damit die Begrenzung des Signals wegbricht). In der gegebenen Dimensionierung erzwingen ein Vorspannstrom von etwa 8 mA und ein Begrenzervorwiderstand von 2,2 kΩ die Beschränkung es Eingangssignal auf etwa ±15 V.
Was die Veränderung anderer Parameter (die Wahl der Dioden, des Begrenzervorwiderstands und der Parallelwiderstände betrifft) – hier muss noch einiges durchdacht und ausprobiert werden.
Ein notwendiger Nachtrag zu den Untersuchungen: Während der Untersuchungen der Schaltungen mit einseitiger, asymmetrischer Betriebsspannung sind zwei Fehler passiert; zum einen wurden die Messungen mit einer Schaltung mit negativer statt positiver Betriebsspannung erstellt (positive statt negative Masse) – Anwender, die die Schaltung in einem „normalen“ Gerät mit positiver Betriebsspannung einsetzen wollen, müssen die Ergebnisse in Bezug auf positive und negative Halbwelle umkehren.
Zweitens sind für die Messschaltung A11 keine X-Y-Graphen aufgezeichnet worden, allerdings ähneln die Oszillogramme auch dieser Schaltung stark dem Pendant mit symmetrischer Betriebsspannung Messschaltung A1.