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# System prepended metadata

title: Funktionsbeschreibung Verstärker
tags: [Lernfeld 8]

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###### tags: `Lernfeld 8`
# Funktionsbeschreibung Verstärker

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<span style="color:green">Diese Präsentation wurde Bearbeitet Lionel Bruns und Mika Unruh und Marlon Wagner</span>
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[TOC]

[comment]: # (Zuerst ein paar LaTeX-Makros:)
## Ausgangssituation
<center> <img src="https://i.imgur.com/FJtVAsJ.png" width="700" /></center>

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Verstärkerschaltung mit dem TDA 2030. In der nachfolgenden Funktionsbeschreibung wird der Verstärker in Einzelne Funktionsabschnitte unterteilt, diese werden anschließen erklärt.

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## Spannungsversorgung

<center> <img src="https://i.imgur.com/ZNuTvag.png"
width="400" lenght="600" /></center>






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Der Verstärker kann mit einer DC Spannung von 12-44 volt betrieben werden.
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Der Kondensator C8 ist ein Elko mit 1000 uF dieser dient als Puffer für Leistungsspitzen und er ist für die Glättung der Versorgungsspannung zuständig. Der Kondensator C7 ist ein Folienkondensator mit 220 nF dieser soll Hochfrequente Spannungsspitzen filtern.

## Schutzdioden und Transistoren 

### Schutzdioden
<center> <img src=https://i.imgur.com/dyroBnU.png width="150" height="400"/></center>

Die Dioden D1 und D2 dienen als Schutzdioden, beim Abschalten schützen sie die Transistoren vor Hochfrequenter Rückkopplungsspannung die von den Lautsprechern ausgehen kann und begrenzt diese auf 0,7v.

### Transistoren



![](https://i.imgur.com/WpHblAy.png)![](https://i.imgur.com/P44BFUJ.png)

Es werden einmal ein NPN und ein PNP Transistor verwendet, diese Kombination nennt man auch "Komplementärtransistoren" .Diese werden durchgesteuert wenn der Strombedarf von dem TDA etwa 1 Ampere beträgt:



 - Parallelschaltung (R4,R8)/(R5,R9) $$Rges=\frac{1} {  1,4Ω}+\frac{1} {  1,4Ω}=0,7Ω $$

 - Durchschaltstrom T2,T3 $$I=\frac{0,7volt} {  0,7Ω}=1 A $$


T 2 treibt den Strom bei positiven Halbwellen des Audiosignals  und T3 ist für das treiben des Stroms bei negativen Halbwellen zuständig. 



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Nur bei sehr starker Belastung des Verstärkers werden die Transistoren durchgeschaltet. Diese Belastung sorgt für eine massive Thermische Belastung am TDA, durch das durchschalten der Transistoren kommt es zu einer um Verlagerung der Temperatur hin zu den Transistoren im Gegenzug dazu kühlt sich der TDA ab. (Temperatur Kompensation)
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::: danger
Die Transistoren dürfen niemals gleichzeitig durchgesteuert sein, sonst entsteht ein direkter Kurzschluss von der Spannungsversorgung nach Masse, aus diesem Grund wird in diesem Fall jeweils ein NPN und ein PNP Transistor verwendet.
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## Audiosignal am TDA


<center> <img src="https://i.imgur.com/rmnXMnw.png" width="500" /></center>

### Einkopplung des Audio-Signals und Spannungsteiler

Das Audio-Signal wird über den Kondensator C1 Eingekoppelt und trifft auf den Nichtinvertierenden Eingang vom TDA. Über den Spannungsteiler aus R2 und R1 liegt am Nichtinvertierenden Eingang etwa die halbe Betriebsspannung, somit wird auch das eingekoppelte Audiosignal auf diesen Wert angehoben, und schwingt auf etwa der halben Betriebsspannung.
C2 sorgt für eine Stabilisierung der Spannung am nichtinvertierenden Eingang.

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Der Ausgang vom TDA wird immer auf der halben Betriebsspannung gehalten, weil der Verstärker nur über eine einfache Spannungsversorgung verfügt, dies gibt uns die Möglichkeit positive und negative halbwellen zu verstärken.

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## Funktionsweise TDA
<center> <img src=https://i.imgur.com/ZcDJsnU.pngheight="400"/></center>


:::info


Der TDA 2030 ist ein Audio Hi-FI Verstärker der als nichtinvertierender Verstärker über die Widerstandsverhältnisse R7 und R6 beschaltet ist.
In Reihe zu R6 ist der Kondensator C3 welcher den Verstärkungsfaktor des Operationsverstärkers insbesondere bei niedrigen Frequenzen dämpft.
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#### Verstärkungsfaktor ohne C3
$$Vu=1+\frac{100k}{8,2k}=13,19$$


#### Verstärkungsfaktor mit C3
:::spoiler

$$Vu  1000 Hz=13,19$$

$$Vu 100Hz=13,18$$

$$Vu  10Hz= 12,27$$
$$Vu  5 Hz= 10,40$$
$$Vu  1 Hz= 3,87$$

$$[1000 Hz] Xc=\frac{1}{2* π*1000Hz*4,7uF}=33,86Ω$$
$$[100 Hz] Xc=\frac{1}{2* π*100Hz*4,7uF}=338,62Ω$$
$$[10 Hz]Xc=\frac{1}{2* π*10Hz*4,7uF}=3386,27Ω$$
$$[5 Hz]Xc=\frac{1}{2* π*5Hz*4,7uF}=6772,55Ω$$
$$[1 Hz]Xc=\frac{1}{2* π*1Hz*4,7uF}=33862,75Ω$$
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$$ [1000 Hz]Z=\sqrt{33,86Ω^2+8200Ω^2}=8200,07Ω$$
$$ [100 Hz]Z=\sqrt{338,62Ω^2+8200Ω^2}=8206,68Ω$$
$$[10 Hz] Z=\sqrt{3386,27Ω^2+8200Ω^2}=8871,68Ω$$
$$ [ 5 Hz] Z=\sqrt{6772,55Ω^2+8200Ω^2}=10635,19Ω$$
$$ [ 1 Hz] Z=\sqrt{33862,75^2+8200Ω^2}=34841,44Ω$$


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## Audio Ausgang 
Am Ausgang vom TDA liegt nun das Verstärkte Audiosignal an (AC), allerdings auch immer die die Hälfte der Betriebsspannung (DC). Damit der DC Anteil nicht an den Lautsprecher gelangt wird dieser durch C6 geblockt (unendlich großer Widerstand). Zusätzlich dient C6 als Puffer für Leistungsspitzen.

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Wenn der Kondensator C6 nicht vorhanden wäre, würde der Lautsprecher kaputt gehen da dieser nur mit einer Wechselspannung betrieben werden darf.
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<center> <img src="https://i.imgur.com/d6ARAkt.jpg" width="500" /></center>

## Snubber
###
<center> <img src="https://i.imgur.com/rKMd60y.png" width="200" /></center>

Der Wiederstand R 10 und der Kondensator C 5 sind in Reihe geschaltet und liegen parallel zu C6 und dem Lautsprecher, diese Kombination nennt man Snubber. Ein Snubber soll Hochfrequente Spannungsspitzen dämpfen die z.b. beim Ausschalten von Induktiven Bauteilen auftreten. 

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## Funktionsweise Laderegler 
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Für den Laderegler verwenden wir eine Platine mit einem TP 4056 IC, sowie einem integriertem Tiefenentladeschutz und einer automatischen Abschaltung.
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### Betriebsaufbau
<center> <img src="https://i.imgur.com/Nwocs9y.jpg" width="600" /></center>



#### Schaltbild


<center> <img src="https://i.imgur.com/c9DNZfg.png" width="600" /></center>


#### Funktionsbeschreibung

Das hier gezeigte TP4056-Modul ist eine kleine Platine mit Mikro-USB-Eingang (5V) zum Laden von Lithium-Polymer-Akkus mit Schutzfunktion vor Tiefentladung und Überladung/Kurzschluss. Mit diesem Modul können nur einzelne Li-ion Akkus geladen werden. Die beiden LED´s R1(Rot) und R2(Blau) zeigen den Status des Ladezustandes der Batterie. 

<style type="text/css">
	table.tableizer-table {
		font-size: 12px;
		border: 1px solid #CCC; 
		font-family: Arial, Helvetica, sans-serif;
	} 
	.tableizer-table td {
		padding: 4px;
		margin: 3px;
		border: 1px solid #CCC;
	}
	.tableizer-table th {
		background-color: #104E8B; 
		color: #FFF;
		font-weight: bold;
	}
</style>
<table class="tableizer-table">
<thead><tr class="tableizer-firstrow"><th>Ladezustände</th><th>LED (Rot)</th><th>LED(Blau)</th></tr></thead><tbody>
 <tr><td>Wird geladen</td><td>Leuchtet</td><td>Aus</td></tr>
 <tr><td>Voll geladen</td><td>Aus</td><td>Leuchtet</td></tr>
</tbody></table>



#### TP4056
<center> <img
src="https://i.imgur.com/eMSexkP.png" width="90" /></center>

Dient als eigentlicher Laderegler für einen Lithium-Akku.

#### DW01A

<center> <img
src="https://i.imgur.com/mMSCuvK.png" width="150" /></center>

Dieser IC dient als Überladungsschutz, Kurzschlussschutz und als Entladungsschutz.

#### Mosfet FS8205A

<center> <img
src="https://i.imgur.com/9RG5tKC.png" width="150" /></center>

Schaltet Minus bei Tiefenentladung oder Kurzschluss weg.


#### Ladekurve 

<center> <img
src="https://i.imgur.com/DcmcahZ.png" width="400" /></center>






## Funktionsweise Step-Up
:::info
Der Step up Wandler oder auch "Aufwärtswandler", sorgt dafür das unsere Eingangsspannung vom Akku von 3,7V auf 12V angehoben wird.
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### Schaltzustände


#### Geschlossen
<center> <img src="https://i.imgur.com/QXcESXR.png" width="800" /></center>

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#### Offen
<center> <img src="https://i.imgur.com/vsg7eTv.png" width="800" /></center>
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### Zeitverläufe und Schaltzustände der Schaltung

 <img src="https://i.imgur.com/rXMwcOK.png" width="800" /></center>

Im oberen Bild zusehen ist der Verlauf der Verschiedenen Werte: (Ua, UL, il 
und iD) bei einem geschlossenen und geöffneten Schalter.
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## Passivmembran

### Funktionsweise
Eine passive Membran sorgt bei einer bestimmten Resonanzfrequenz dafür, dass die Membranplatte mitschwingt wodurch nochmal extra Leistung abgegeben wird, in der Theorie sind das bis zu 6 db.
Durch das Gewicht der Membranplatte kann die Resonanzfrequenz der Passivmembran eingestellt werden.


### Vorteile & Nachteile gegenüber eines Bassreflexrohres

#### Vorteile:

- Keine Strömgeräusche
- Platzsparend

#### Nachteile:

- Muss in Härte und Trägheit fein abgestimmt werden.
- Verzögerung aufgrund der Trägheit der Membranplatte.
- Die Material Kosten sind oft höher als bei einem Bassreflexsystem