Nichtlineare Verstärkung
Elektronik-Labor Mikrocontroller PicoBasic TestLab
Bei Versuchen mit meiner gern verwendeten modifizierten Stromquelle (wie in der Blinkschaltung)
bin ich auf einen besonderen Effekt gestoßen. Ich hatte die Schaltung
als Verstärker verwendet und konnte feststellen, dass die Verstärkung
stark vom Betriebsstrom abhängt. Also habe ich den Kollektorwiderstand
des ersten Transistors verkleinert, aber den Basiswiderstand
unverändert gelassen. Am Ausgang stieg der Strom dabei überproportional
an. Ist ja auch klar, da steigt nicht nur der Kollektorstrom, sondern
auch der Basisstrom und damit der Spannungsabfall am Basiswiderstand.
Damit steigt die Basisspannung des Ausgangstransistors stärker als in
einem normalen Stromspiegel. Steigt er vielleicht sogar quadratisch?
Das wollte ich genauer untersuchen.
Also zuerst die normale Stromspiegelschaltung. Eingangsstrom über
100 k, Ausgangsstrom über 10 k. Der Spannungsabfall sollte ca. 10%
betragen, genauer 5 V / 4,5 V / 10, wenn man die Basisspannung mit 0,5
V annimmt. Das wären dann 9%. An A0 wird 233 gemessen, also 22
AD-Schritte von oben, also 8,6 % von 255. Das passt gut.
Jetzt kommt die Modifizierung mit dem Basiswiderstand von 100 k.
Die Basisspannung des zweiten Transistors wird dadurch um den
Spannungsabfall des linken Basiswiderstands größer. Gemessen wird 215,
also 40 von oben. Der Ausgangsstrom wird ungefähr verdoppelt. Als
nächstes schalte ich noch einmal 100 k parallel zum linken
Kollektorwiderstand. Der Eingangsstrom des Stromspiegels wird damit
verdoppelt. Ich messe dann 126, und damit einen Spannungsabfall von
129. Also nicht ganz quadriert, denn dann müsste der Spannungsabfall
160 betragen. Wenn auch noch der dritte Widerstand mit 100 k dazu
geschaltet wird, ist der Eingangsstrom verdreifacht. Die
Kollektorspannung geht runter auf 8, also ca, 150 mV, der Ausgangsstrom
ist damit bereits in der Sättigung.
Nun soll der Eingangsstrom kontinuierlich verändert werden. Die
Schaltung bekommt mit PWM1 eine geglättete, veränderbare
Eingangsspannung. Für den ersten Versuch wird die Spannung im TestLab
per Hand verändert.
Man sieht, dass die Stufen am Ausgang mit steigendem Strom immer größer
werden. Für eine kontinuierliche Änderung wurde der DDS-Generator mit
einer Dreiecksfunktion verwendet.
Und dann mit einer Sinusfunktion ...
Zum besseren Vergleich invertiere ich jetzt das Ausgangssignal
REM DDS1 invertiert
0x0401 D = 1
L1:
0x3A00 A = [B+]
0x4300 PWM1 = A
0x3900 A = D
0x2A00 A = A + B
0x3400 B = A
0x3C00 A = AD0
0x3300 A = Not A
0x4200 Print A
0x3D00 A = AD1
0x4200 Print A
0x1914 Delay ms = 20
0x2001 Goto L 1:
Und jetzt mit Sinus:
Sollte das etwa die ideale Nachbildung der typischen Röhrenverzerrungen
sein? Sogar das weiche Clippen bei Übersteuerung sieht schon brauchbar
aus.
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