<- elektrische Funktionsweise am Röhrenverstärker

<- Strom/Spannung/Widerstand - Lowlevel Wassermodell

ErstesKapitel

Elektrische Kondensatoren

...irritieren zunächst namentlich, da sie nicht und nichts kondensieren. Kondensatoren speichern elektrische Ladungen -ähnlich einem flinken Akku. 


Kondensatoren sind kaum mehr als zwei eigenständige, in das Bauteil geführte elektrische Anschlüsse, die sich dort als sogenannte "Kondensatorplatten" mit angemessen großer Oberfläche möglichst nahe gegenüber stehen,

ohne dabei leitend miteinander in Kontakt zu kommen!

 

 Funktionsweise:

1:  Ist eine elektrische Gleich-Spannung an die beiden Kondensatorplatten angeschlossen, strömen zunächst die Elektronen zum Ladungsausgleich in die erste Kondensatorplatte und verharren am Spalt zur zweiten Platte, da es hierüber keine leitende Verbindung gibt.

Der gegenüberliegenden, zweiten Platte wird durch die angeschlossene Spannungsquelle weitere Ladung entzogen, was zugleich Platz für nachtrömende Ladungen in Platte 1 bedeutet.

Letztlich gelangen nur noch vereinzelt Ladungsträger in den Kondensator. Es fließt ein abnehmender Rest-Ladestrom bis das "elektrische Gleichgewicht" mit der Spannungsquelle hergestellt ist.

***

2:  Die nun wirkungslose Spannungsquelle wird entfernt.

Die drängelvolle Ladung innerhalb Platte 1 zieht es nachhaltig zur nahen, spürbar elektronenleeren, und doch unerreichbaren, Platte 2. Da ein Sprung dorthin, zb. als Funkenschlag, nicht möglich sein soll, verbleibt dieser Ladungsunterschied dauerhaft über den trennenden Spalt verklammert. Der Kondensator ist geladen.

***

3:  Schlußendlich findet die beschriebene Ladungsverschiebung im Kondensator, hier durch Brücken seiner Anschlußdrähte einen schlagartigen Ausgleich. Die Elektronen nehmen nun diesen Weg zur anderen Platte und strömen mit abnehmender Intensität bis beide Platten gleiche Ladung enthalten. Der Kondensator wird dabei entladen.


Welche Menge an Ladungs-Energie ein Kondensator enthält ist bestimmt aus:

1. wieviel Oberfläche der beiden Kondensatorplatten steht sich deckungsgleich gegenüber?

2. wie weit oder gering ist der Abstand zwischen diesen Platten?

***

3. Wie hoch ist die am Kondensator angelegte Ladespannung?


4. wie lange; bei welcher Stromstärke wurde der Kondensator aufgeladen?




Abhänig von der Fertigungstechnik sind Kondensatoren nach Typen gegliedert. Ein großes Feld belegen dabei die sogenannten

Elektrolytkondensatoren

 

Sie erreichen eine hohe Ladefähigkeit durch trickreich geringe Platten-Abstände: Dafür besteht eine Kondensatorplatte aus elektrisch leitender Flüssigkeit, dem Elektrolyt. Die zweite Platte schwimmt darin, aufgerollt wie Klopapier, als dünne Alufolie. Der trennende Spalt, das Dielektrikum, ist hier kein luftgefüllter Hohlraum, oder ein Keramikplättchen sondern das nichtleitende Oxyd auf der Aluminium-Folien-Oberfläche.

 

 Elektrolytkondensatoren werden vorwiegend als Puffer- bzw. Ladekondensator verwendet:



Ein großer See ruht auf hohem Berg. Der Bergsee sei nun Minuspol, und Pluspol ist das Tal.

Je höher der Berg(See) über dem Tal gelegen, desto größer ist auch die angenommene elektrische Spannung im Modell.

... soweit noch unklar?

Einführung in das hier verwendete Wassermodell

( interner Link )

***

Ein Rohr, verlegt vom Bergsee hinab in's Tal, stellt dort nun Wasser zur Verfügung.

Im zusätzlich angebrachten Steigrohr steht dabei die Wassersäule berghoch, weil...

...Flüssigkeiten in oben offenen und miteinander verbundenen Gefäßen gleichen Füllstand anstreben.

Bei freiem Zustrom vom Bergsee drückt die Spritzdüse hier einen weiten Wasserstrahl über das Tal. Die Wassersäule im zusätzlichen Steigrohr steht dabei weiter nahe Bergsee-Maximum.

Wäre der Zustrom ab See nun plötzlich versperrt, liefert das Steigrohr ab dem Wasser ins Tal.

Gibt es dann später wieder frisches Bergwasser, bevor alles Steigrohrwasser abgelaufen ist, wird kaum jemand im Tal bemerken wann der Bergsee-Zustrom unterbrochen war.

Der elektrische Kondensator arbeitet hier vergleichbar:

Die angeschlossene Spannungsquelle läßt einen Strom über den Widerstand (R) fließen und läd zudem Kondensator(C) weitgehend auf.

Ist die Spannungsquelle plötzlich abgetrennt, baut Kondensator(C) über Widerstand(R) die aufgestaute Ladung ab.

Kommt die Spannungsquelle einer vollständigen Entladung zuvor, wird (C) wieder aufgeladen und die Spannungsquelle liefert Strom über (R) usw. usf...

So wird der Gleichstrom durch den Widerstand (R) , wie auch der konstante Spritzdüsen-Wasserstrahl, dank Kondensator oder Steigrohr, unterbrechungsfrei durch die auszupuffernde Versorgungs Lücke geschleppt.

ob nun das Steigrohr-Kondensator-Speichervermögen allen Versorgungslücken bei einem vorliegenden Spritzdüsen-Strom gerecht werden kann, also welche Ladungsmenge hineinpasst,

und wieviel Wasserdruck, ergo elektrische Spannung dabei höchstens zulässig ist,

sind die beiden wesentlichen Eigenschaften jedes Kondensator.

Diese Eigenschaften sind, (bisweilen verwirrend) im Klartext auf das Bauteil: Kondensator gedruckt. Der gezeigte Elektrolytkondensator speichert Ladung mit einer Kapazität von 2200µF (MikroFarad), und er kann 16V (Volt) Gleichspannung aushalten. Wäre diese Spannung überschritten, sinkt die Lebensdauer durch Leckströme und einhergehender schädlicher Erwärmung. Deutliche Überspannung führt dagegen zum schnellen Abgang; meist mit Knall und Gestank. Alle Elektrolytkondensatoren besitzen bauartbedingt die Besonderheit einer festgelegten Polarität. Daher ist ein Kontakt gekennzeichnet. Zb. mit "+++" oder, wie oben mit "- - - -". für Minus. Eine Verpolung wirkt wie Überspannung.

 

Die heutige "Kondensator-Artenvielfalt" ist durch Zweck-Optimierung beeindruckend breit. Der beschriebene Elektrolytkondensator mit anhänglich hohem Speichervermögen in (dabei nur) eine Laderichtung (folgt aus "festgelegter Polarität"), als ein Puffer- bzw. Ladekondensator ist nur erstes Fall-Beispiel.

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ZweitesKapitel

Koppelkondensatoren

Die Verwendung von Kondensatoren als Koppelelement:

Betriebs-(Gleich)-Spannungen innerhalb einer Verstärkerstufe zu belassen und dennoch Signal-(Wechsel)-Spannung von Stufe zu Stufe zu leiten, ist Aufgabe der Koppelkondensatoren.

Sie sind anders optimiert als die leistungs-orientierten Elektrolytkondensatoren mit ihren geschuldeten Nachteilen, wobei diese im Prinzip aber auch funktionieren würden.

 

Signalspannung

Die angestoßene Stimmgabel schwingt hier beispielgebend im "berühmten Kammerton-A", also mit 440 Hertz.

440 Hertz anhören

Trifft der Ton über die Luft dabei auf eine bewegliche Oberfläche (wie eine Mikrofon-Membran) wird diese hieraus in Zwangs-Schwingung versetzt. Einem Fahrraddynamo ähnlich generiert eine solche dynamische Mikrofon-Kapsel der Schwingungs-Bewegung angemessene elektrische Spannungen. Jeder 180° Richtungswechsel der Membranschwingung bewirkt dabei eine Umkehr der elektrischen Polarität.

Die Größen aller so erzeugten Spannungsänderungen zeigen nacheinander, als Abfolge betrachtet, einen 440 Hertz flinken Wechselspannungs-Verlauf der gleichmäßig um seinen elektrischen Nullpunkt pendelt. Dieses "elektrische Pendant" zur akustischen Kammerton-A -Luftschwingung, ist die Signalspannung. Für eine kraftvolle Lautsprecher-Wiedergabe soll sie nun verstärkt werden:

 

"Aktive Bauelemente", das sind Transistoren...

...oder deren technische Vorläufer: die Elektronen-Verstärkerröhren...

...sind einzig mit einem Steuer-Eingang ausgestattet und darüber befähigt: eine größere Spannung und/oder einen stärkeren Strom aus einer zT. weit geringeren Spannung oder Strom, stufenlos und flink zu ändern. -also zu verstärken.

In weiterer Verschaltung mit zumeißt "Passiven Bauelementen", dazu zählt der ganze große Rest, Kondensatoren, Spulen, Widerstände... lassen sich damit arbeitsfähige Baugruppen verschiedenster Funktion zusammenstellen. Eine Möglichkeit ist obige Verstärkerstufe. Dabei wäre am Eingang die schwache Stimmgabel-Mikrofon-Signalspannung anzuschließen. Am Ausgang kann dann die verstärkte Signalspannung entnommen werden. Damit die Signalspannung am Eingang eine größere Spannung lenken kann, muß diese "größere Spannung" als Betriebsspannung über hier Widerstand, Röhre und Widerstand angeschlossen zur Verfügung stehen. Die Höhe einer verwendeten Betriebsspannung ist vom Anwendungsfall, den Vorgaben an Ein- und Ausgang, und daraus abgeleitet: der Bauteilwahl bestimmt. Theoretisch wäre jede Spannung möglich. Grundsätzlich ist sie so gewählt, daß dabei ein vorgesehener mittlerer Strom über die Schaltung, aus hier Widerstand, Röhre und Widerstand besteht.

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<- Funktionsweise am Beispiel Röhrenverstärker

In Verstärkerschaltungen durchläuft die Signalspannung idR. mehrere Verstärkerstufen nacheinander um step by step, immer weiter verstärkt, letztlich einen Lautsprecher kraftvoll ansteuern zu können. Damit das Signal diesen Weg findet muß der Ausgang der Vorstufe mit dem Eingang der Folgestufe verbunden sein. Eine direkte Verbindung über ein Stück Draht ist meißt nicht möglich, da hierüber die Betriebsgleichspannung der vorliegenden Stufe verboten auf die Folgestufe trifft. Es muß also ein Weg bestehen, welcher ausschließlich nur die Signalspannung von Stufe zu Stufe weiter leitet:

LetztesKapitel

Je höher der Versorgungs-See gelegen, desto größer die elektrische Spannung im Modell.

<-_Strom/Spannung - ein Wassermodell

1.)

2.)

3.)

1.) Zwei eigenständige Versorgungs-Seen sollen hier im Tal über ein Rohr, miteinander verbunden sein. Liegen beide Bergsee-Wasserspiegel, oder angenommene Gleichspannungen in exakt gleicher Höhe vor, gibt es kein Problem.

2.) besteht diese Verbindung jedoch bei unterschiedlicher Höhe der Wasserspiegel, bzw. der elektr. Spannungen kommt es zum ungewollten Ausgleich.

3.) Wäre statt der direkten Rohrverbindung nun eine angemessen umfangreiche Gummimembran als Trennlage gespannt, welche der unterschiedlichen Wasserlast etwas durchgebogen standhält, ist ein Ausgleich-Desaster nach Bild 2.) ausgeschlossen. Diese trennende Membran ähnelt der Funktion: "Spalt", bzw. Dielektrikum und beschreibt einen Koppelkondensator. -Ein Gleichstrom kommt hier nicht durch.

Koppel-C

Zu verstärkende Signalspannung ist Wechselspannung. Wie ein Bleigewicht an seltsamer Kurbelscheibe plumst sie hier in den ersten Versorgungssee. Dabei wird Wasser verdrängt was den Wasserspiegel etwas ansteigen läßt. Diese Mehrlast wird die Gummimembran weiter zur anderen Seite drücken. Der "Einplumps-Impuls" wird hindurchgereicht. Die Wechselbewegung läßt beide Wasserspiegel jetzt um ihre Höhe schwanken, ohne das ein See den anderen befüllt. Mit einem Schwimmer auf der Oberfläche des zweiten See wäre die schwankende Wasserlast zu sehen.

So läßt sich über Koppelkondensatoren eine Signalspannung durch verschiedene Verstärker-Stufen führen, ohne dabei deren Betriebs-Gleichspannungen mit abzuleiten.

Funktionsweise am Beispiel Röhrenverstärker

RaikWagner@gmx.de

dezemBär 2011

(2010)