Darlingtonverstärkerschaltung Dimensionierung und Funktion?

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b4shl0r
Neuling
#1 erstellt: 25. Jul 2008, 21:08
Hallo ich brauche hilfe
ich habe folgende schaltung
http://img145.images...kerdarlingtonaj8.jpg
kann mir wer sagen wie man sowas dimensioniert und welche aufgabe die einzelnen bauteile haben (zb widerstandsverhältnisse die den verstärkungsfaktor festlegen oder was zu aussteuergrenzen)

das einzige was ich bisher rausfinden konnte ist das es sich um eine darlingtonschaltung handelt, die als mikrofonvorverstärker eingesetzt wird
wenn mein begrenztes wissen richtig ist müsste die schaltung invertierend wirken ...aber da lehne ich mich schon recht weit aus dem fenster
Sunny23
Gesperrt
#2 erstellt: 25. Jul 2008, 22:27
Das ist ein Klass A Verstärker mit gemeinsamen Emmiter.Der hat viel zu hohe Verlustleistung.Ich rate es dir nicht es zu bauen.

Emitterschaltung


[Beitrag von Sunny23 am 25. Jul 2008, 22:33 bearbeitet]
krachkiste
Stammgast
#3 erstellt: 25. Jul 2008, 23:54
(der Beitrag ist etwas rekursiv geraten, also erst einmal ganz durchlesen, vielleicht stehts hinten genauer wenn was unklar sein sollte )

Invertierend ist schonmal richtig. Den klassischen Darlington sehe ich jetzt nicht (vielleicht kann man das hier auch so nennen, wär mir aber neu).

Vielmehr sorgt die Stufe um V1 für eine Spannungsverstärkung. Das spannungsverstärkte Signal wird dann durch die Stufe um V2 gepuffert, das heißt man kann an den Ausgang belasten (durch niedriege Impedanz und hohe Leitungskapazität) ohne Einbußen in der Spannungsverstärkung und der oberen Grenzfrequenz durch Kabelkapazitäten hinnehmen zu müssen.

Wenn man vom Standard ausgeht den ich kenne (weiß leider nicht wie er heißt), dürfte man eine Betriebsspannung von 48V ansetzen. Dann wäre R1 durch den Standard zu 6.8k definiert.

R2 und R4 sollten relativ hochohmig gewählt werden, da es sich bei dem mikro wohl um ein Kondensator-Mikrofon handeln dürfte.

R2 und R4 bilden einen Spannungsteiler (siehe internet), der die Betriebsspannung (48V) herunterteilt und so eine Bias Spannung erzeugt, die am eingang von V1 anligen muss, damit V1 vernünftig arbeiten kann. Auf diese Biasspannung wird über C1 das DC-bereinigte Signal vom Mic draufaddiert.
Diese Biasspannung muss mindestens 0.7 betragen, aber eher mehr.

Denn am Emiter (besser, über dem Emiterwiderstand R5) von V1 liegt die Spannung an der Basis minus 0.7V an. Die Spannung über R5 bestimmt den Ruhestrom durch V1 über Iq=U5/R5, der in der Gegend von 1mA liegen sollte. Dieser Strom fließt auch durch R3 und erzeugt an ihm einen Spannungsabfall von R3*Iq, sodass am Ausgang der V1-Stufe 48V-R3*Iq anliegen.

Das sollte so ungefähr die hälfte von 48V also 24V sein plus noch n bisl was, wenns ganz symmetrisch werden soll.

Bei V2 gilt ebenfalls, dass am Emiter 0.7V weniger anliegen als an seiner Basis, also ungefähr 24V. Die liegen natürlich auch über R6 an, der den Ruhestrom durch V2 bestimmt. Auch dieser sollte in der Gegend von 1mA liegen.

Damit folgt schonmal, dass R6=24V/1mA = 24kOhm also ca. zu 22kOhm zu dimensionieren ist (wenn man von 48V betriebsspannung ausgeht!).

Nachdem auch über R3 24V abfallen sollen und der Ruhestrom von V1 bei ca 1mA liegen soll folgt R3 = R6 = 22kOhm (selbe Rechnung)

Es ist sinnvoll die Spannung die über R5 abfällt nicht zu groß zu wählen um nicht zu viel an Spannungshub am Ausgang der V1-Stufe zu vergeuden. 1V währen normalerweise angemessen. Hier ist es aber nötig, sie etwas höher zu wählen, um den Eingangswiderstand der Schaltung höher wählen zu können. Nehmen wir mal 3V.
Dann müsste R5 ungefähr 3V/1mA (diesen Ruhestrom 1mA wollen wir ja haben) => 3kOhm = R5. (also ungefähr 3.3k)

Wenn wir von 3V über R5 ausgehen, müssen an der Basis von V1 3.7V anliegen. Der Ausgangswiderstand des Mikros dürfte wegen R1 bei 6.8kOhm liegen. Um eine vernünftige Signalausbeute zu bekommen sollte der Eingangswiderstand des Verstärkers ungefähr 10 mal größer sein. (eigentlich ja unendlich, aber wenn wir ihn in dieser konstellation größer machen gibts Probleme...) Also ca 68kOhm.

Durch das stark asymetrische Teilungsverhältnis, das der Spannungsteiler haben muss, um aus 48V 3.7V "zu machen" wird der Eingangwiderstand von R4 dominiert. Wir wählen also R4 zu 68kOhm und stellen über R2 das Teilungsverhältnis ein. R2 muss grob 48/3.7 mal so groß sein wie R4, also grob 68kOhm*18=ca. 900kOhm.

Ich würde für R2 auf jedenfall ein trimpoti mit 1MOhm einbauen (900kOhm sind ca. 1MOhm) - bzw. vielleicht eher einein 330k Widerstand in Reihe mit einem 680k trimmpoti - um den Ruhestrom durch V1 und damit den Spannungsabfall über R3 also die Symmetrie des Verstärkers einstellen zu können.

C1 berechnet sich über den Eingangswiderstand und die gewünschte untere Grenzfrequenz f_u. Wählen wir f_u = 2.5Hz.

Dann berechnet sich C1= 1/(2*Pi*R*f_u) = 1/(2*Pi*68k*2.5) = 936nF also ca. 1µF=C1.

Bei C3 das gleiche Spiel nur eben mit der zu erwartenden Last als R, also eingangsimpedanz des nachvolgenden verstärkers. Ich würde mal Minimum 10µ schätzen. 47µ währen aber auf Nummer sicher. Eigentlich würde ich auch nach C3 nochmal einen R8 von ca 22k gegen Masse schalten, um Plopps beim einstöpseln des Folgegerätes durch aufladen von C3 zu vermeiden.

C2 ist ein bischen das sorgenkind in der Schaltung. Er soll eigentlich dafür sorgen, die Spannungsverstärkung für Tonfrequenzen (also alles was nicht DC ist) zu maximieren. Allerdings kann man dann die genaue verstärkung nicht mehr so einfach vorhersagen. würde man ihn weglassen wäre die Spannungsverstärkung der V1-Stufe R3/R5, also 22/3.3 = 6.7

Noch dazu wird V1 mit vorhandenem C2 nicht mehr gegengekoppelt, was die Verzerrungen erhöht.
Ich würde noch einen 100 Ohm Widerstand, den ich R7 nennen möchte, in reihe zu C2 schalten. Dann würde sich bei genügend großem C2 eine Wechselspannungsverstärkung von R3/R7 zu 22k/100=22*10 = 220 ergeben was schon recht ordentlich ist. Man könnte R7 auch als Poti mit 1k vorsehen um die Verstärkung einstellbar zu machen.

C6 müsste dann für eine f_u von wieder 2.5Hz zu 1/(2*Pi*100*2.5)=636µ
also ca. 680µF gewählt werden (mit sehr geringer Spannungsfestigkeit von 6V oder lieber 10V geht das schon, obwohls zugegebenermaßen etwas irrsinnig erscheint)

Mehr ist aus dieser etwas rustikal anmutenden Schaltung nicht wirklich rauszuhohlen (meiner ansicht nach).
Wenn man R5 noch größer wählt, sodass man die Spannung an der Basis von V1 noch weiter erhöhen kann, kann man den Eingangswiderstand noch etwas hochtreiben. Das geht dann aber auf Kosten des maximalen Spannungshubes.

Fazit: ich kann mich Sunny23 in der hinsicht anschließen, dass diese schaltung nicht wirklich lohnende qualität liefert, und demnach auch nicht wirklich lohnt gebaut zu werden. Das mit der verlustleistung finde ich jetzt nicht so tragisch, es sei denn es ginge um batteriebetrieb...

Ich hoffe, keine Unwahrheiten oder gar groben Unfug verbreitet zu haben.
Ultraschall
Inventar
#4 erstellt: 26. Jul 2008, 09:41
Es ist eine typische einfache Mikrofonvorverstärkerschaltung und wie Vorverstärker immer sind - in Class A Betrieb. Damit ist das Problem der Verlustleitung schon mal fast nicht interessant, man muss eben nur durch die zweite Stufe nicht soviel Strom fließen lassen, alles eine Dimensionierungsfrage, was man eben wählt.
Sicher keine Superqualität, aber ausreichend und zum Lernen gut geeignet.
Ansonsten hat Krachkiste ja alles schön erklärt.

Grüsse
Sunny23
Gesperrt
#5 erstellt: 26. Jul 2008, 12:15
Hier gibt's bessere.
richi44
Hat sich gelöscht
#6 erstellt: 28. Jul 2008, 10:28
@ Krachkiste:
Da ist Dir so einiges durcheinander geraten.
Du gehst mal von einer Phantomspeisung aus (die 48V), hast dabei aber vergessen, dass diese Speisung symmetrisch ist, also auf Pin 2 und 3 des XLR jeweils die 48V über je 6,8k anliegen. Und gleichzeitig ist auf beiden Pin die verstärkte NF zu finden, sodass die 6,8k niemals R1 bilden können. Ausserdem würde man nicht R1 nur 6,8k wählen, denn wenn es eine echte Kondensatorkapsel ist, dürfen R1, R2 und R4 total (parallel) nicht unter 500M sein. Daher verwendet man ja auch einen J-FET bei Kondensatormikrofonen und keinen BC550.

Ich gehe folglich beim Mik von einer Elektret-Kapsel aus, die bereits ihren FET eingebaut hat. Die Betriebsspannung an der Kapsel sollte mindestens 1,5V betragen, sollte aber nicht höher als etwa 6V sein. Wie gross also R1 wird, hängt vom Kapselstrom ab (siehe Datenblatt der Kapsel) und von der Speisung der ganzen Schaltung. Hier wäre vermutlich 9V (Blockbatterie) angesagt.

Wenn man mit den üblichen 0,5mA Kapselstrom rechnet, dürfte R1 10k sein. Das ergibt eine Kapselspannung von 4V, also ein vernünftiger Wert.

Der Kollektorstrom von V1 sollte 0,1mA sein, um eine vernünftige Rauscharmut hin zu bekommen. Und Uce sollte bei etwa 4V liegen. Somit wäre R3 47k.

R5 würde ich mit 4,7k ansetzen, macht rund 0,47V am Emiter. Und dies hat eine Basisspannung von 1V zur Folge. Folglich wählen wir für R4 100k und für R2 etwa 780k (zwei mal 390k in Serie). Damit ist auch der Spannungsabfall durch den Basisstrom berücksichtigt.

Jetzt haben wir (inkl. Basisstrom von V2) an R3 einen Spannungsabfall von 5,1V und folglich an der Basis von V2 eine Spannung von 3,9V. R6 wird demnach bei einem Kollektorstrom von 1mA 3,3k.

Damit wäre die Betriebsspannung klar und die Widerstände wären auch berechnet. Jetzt fehlen noch die Kondensatoren und die Verstärkungsberechnung.

Die Verstärkung hängt im Normalfall von einer Gegenkopplung ab. Wenn wir aber davon ausgehen, dass C2 alle Tonspannungen am Emitter gegen Masse führen, gibt es keine Wechselspannungs-Gegenkopplung. Somit wird das Berechnen der Verstärkung ein Unding.
Man kann bei einem Transistor in dieser Schaltung davon ausgehen, dass sein Ri sehr hoch ist und sich somit die Verstärkung aus S * Ra ergibt. S ist die Steilheit, mit der sich bei einer Basisspannungsänderung der Kollektorstrom ändert. Dummerweise ist dies bei einem Transistor nicht konstant, sondern die Ic/Ube-Kennlinie ist exponential. Aber ich habe mal gelernt, dass S = 39 mal Ic sei. Das ist eine unbestätigte Faustformel. Aber wenn wir diese hier anwenden, kommen wir auf 39 * 0,1 * 47 = 183,3

Jetzt müssen wir aber noch etwas berücksichtigen: Wenn wir eine Kollektorspannung von 3,9V an V1 haben und eine Emitterspannung von 0,47V, so ist die Uce rund 3,4V. Und wir sollten eine minimale Uce von etwa 1,5V beachten. Folglich darf sich die Kollektorspannung nur um +/- 1,9V verändern, was einer Effektivspannung von 1,3V entspricht.
Andererseits können wir an der Mikrofonkapsel bei Nahbesprechung rund 20mV Tonsignal erreichen. Wollen wir, dass sowohl die Kapsel als auch der Verstärker gleichzeitig zu klirren beginnen, bezw. bei etwas leiserer Ansprache beide NICHT klirren, dürfen wir eine maximale Verstärkung von 65 zulassen. Also werden wir mit dieser Schaltung ohne Gegenkopplung nicht glücklich.

Wir müssen also die Verstärkung durch eine Gegenkopplung reduzieren und dies geht am einfachsten, wenn wir C2 nicht an Masse legen.
Lassen wir C2 einfach mal weg, so könnte das Ding 10 fach verstärken, weil sich eine Verstärkung entsprechend dem Widerstandsverhältnis R3 : R5 ergibt.
Nun können wir aber weder R3 noch R5 verändern, um eine stabile Funktion zu garantieren. Folglich legen wir in Serie zu C2 einen Widerstand. Und weil zu diesem Widerstand auch immer R5 mitwirkt, müssen wir ihn etwas grösser wählen.
Richtig gerechnet wäre ja dieser Widerstand R3 : 65 = 723 Ohm. Es muss aber die Parallelschaltung aus diesem Widerstand und R5 die 723 Ohm ergeben. Wenn wir also in Serie zu C2 820 Ohm einsetzen, kommen wir der gewünschten Verstärkung schon sehr nahe.

Also, jetzt müssen wir noch die drei Kondensatoren berechnen.
C1 wird aus einer Grenzfrequenz und der Parallelschaltung von R2 und R4 berechnet. Mit 680nF liegen wir da sehr komfortabel.
C2 ist ein Elko. Und Elkos sollte in solchen Anwendungen eigentlich 10 mal grösser gewählt werden, als sie rechnerisch nötig sind. Die Rechnung ergäbe somit 380 Mikrofarad, sodass man 220 Mikrofarad oder 470 Mikrofarad wählen kann. Dies mit einer Spannungsfestigkeit von 10V oder höher.
Bleibt noch der Auskoppel-Kondensator. Wenn wir C3 3,3 Mikrofarad wählen, haben wir über die ganze Schaltung eine Grenzfrequenz von 10Hz erreicht, was unter der Grenze der Kapsel liegt.
krachkiste
Stammgast
#7 erstellt: 28. Jul 2008, 11:59
Es war eigentlich nicht so gemeint, dass ich die 48V von einer 6k8 Ohmigen Phantomspeisung nehmen wollte, sondern ganz normal 48V. ich hätt auch 49V nehmen können. Nichtsdestotrotz ists ja dann mit der Versorgung der Kapsel so oder so nicht so korrekt. Hab das Problem in Gedanken ausgelagert und mich mehr auf eine Dimensionierung konzentriert.

So, genug herausgeredet.

Wenn ich nach dem Faux-Pas mit den 48V aber doch noch ein bischen schlaumeiern darf.

Ich zitiere unsere Bauelemente Vorlesung mit:

Steilheit: g_m= |I_c|/U_T

wobei U_T die Temperaturspannung: U_T = k*T/e mit
k: Boltzmann Konstante
T: Temperatur
e: Elementarladung

Bei 300k - also grob Zimmertemperatur - ergibt sich
U_T = 26mV bzw.
1/U_T = 38.46 1/V

Kommt also gut hin mit den 39 1/V.

Andere Frage noch: 500MOhm? Dann müsst man sie ja eigentlich fast weglassen um das hinzubekommen? (Ich weiß mit nem BJT im Anhang geht das eh nicht. aber sonst..?)
Kann man solche Widerstände überhaupt kontrolliert herstellen?
richi44
Hat sich gelöscht
#8 erstellt: 28. Jul 2008, 12:07
In Kondensatormikrofonen von Neumann, AKG oder ähnlichen sind Widerstände von 1 bis 10G verbaut. Sowas gibt es zwar nicht bei Conrad (Irrtum vorbehalten), aber sicher bei jenen Firmen, welche diese Hersteller beliefern.
Und im schlimmsten Fall (habe ich mal mit einem 100M gemacht), kann man in der Schaltung eine einstellbare Rückkopplung (nicht in dieser natürlich) realisieren, um den Wert zu vervielfachen.
Hausmeister123
Ist häufiger hier
#9 erstellt: 03. Apr 2011, 22:40
Hallo,


liebe Techniker,


ich habe vor einiger Zeit mir eine Endstufe gekauft.
Ein Eigenbau, ich habe nur sehr wenig Papiere dazu bekommen. Folgendes weis ich:

Der Bauplan stammt aus der Zeitschrift: ELO Heft 12 1978
Endverstärker
-Endstufe mit Begrenzter Schutzschaltung Darlington

-100Watt Ausgangsleistung

-4Ohm

-NF

Ich scanne 3 Seiten ein, das sind alles technische Daten, die mir als Laie, überhaupt nix sagen.
Kann vielleicht jemand ein Auge oder auch 2 mal drauf werfen, damit ich überhaupt weiß was ich eigentlich besitze.

Und kann vielleicht mir etwas über das Gerät sagen.

Ich wäre sehr dankbar.


Euer
Hausel
Plan von E Scholz und H Wollner  ELO Ausgabe 1978 Heft12
LastScan2
Plan von E Scholz und H Wollner  ELO Ausgabe 1978 Heft12


[Beitrag von detegg am 04. Apr 2011, 08:56 bearbeitet]
pelowski
Hat sich gelöscht
#10 erstellt: 04. Apr 2011, 10:31

Hausmeister123 schrieb:
...Kann vielleicht jemand ein Auge oder auch 2 mal drauf werfen, damit ich überhaupt weiß was ich eigentlich besitze...
:hail
Hallo,

darf ich mich - ohne dass du das als Unfreundlichkeit auffasst - darüber wundern, dass sich jemand etwas kauft, von dem er eigentlich garnicht weiß, was es eigentlich darstellt?

Falls das Teil noch funktioniert, kannst du ein Poti davorschalten und daran als Quelle beispielsweise einen CD-Spieler.

Ansonsten ist zu sagen, dass das Konzept ziemlich angestaubt ist und man heute mit weniger Aufwand (z.B. mit ICs wie den TDA7293) bessere technische Daten erreicht.

Grüße - Manfred
Hausmeister123
Ist häufiger hier
#11 erstellt: 04. Apr 2011, 14:09
Hallo Pelowski,


danke für die Antwort.
Ich muss zu geben das das was ich da geschrieben habe, sich ziemlich, wenn nich sogar, total irre, anhört.
Eine kleine Geschichte zum Beitrag:
Bis vor 3 Jahren war Sony, Onkyo, Technics, usw., für mich das höchste was es gab. Meine Meinung war immer, ein z.B. Verstärker kann doch nur verstärken, ein Plattenspieler dreht sich genau so wie ein anderer.Ein Freund habe ich fast als verrückt erklärt als er mir was von Chinchkabeln erzählte, die nicht rot/weiß sein sollten.
Aber es musste doch was dran sein, warum sollten sonst manche Geräte, Kabel oder sonstiges so teuer sein.
Ich wurde neugierig, ersteigerte mir einen Thorens, da ich sehr viel Vinyl höre, so kam eins zum anderen, ich "erhörte" quasi den Unterschied, so mauserte ich im lauf der Zeit mich zum etwas besseren Geräten.
Eines Tages sah ich diese Endstufe bei der Bucht, der Verkäufer hatte 0 Bewertungen, das Gerät hatte ein sehr ansprechende Optik und eine sehr schwere Ausführung. Das Teil wiegt so um die 18-20 kg, ich ersteigerte es.
Was dann geschah als das Gerät kam war der Anfang in den Einstieg "richtig" Musik zu hören, zu hören wie sich der Klang verändert wenn man die eine oder andere Komponente hinzufügte.
Es lies mich nicht mehr los, was da aus den Teil raus kommt mit der jetzigen Vorstufe Denon PRA1600, den Thorens mit guten System, Grado MF1, mit Quarzsand befüllten Lautsprecherkabeln, Viva Blue Chinch Verbindungen usw...
Ich weiß nun in etwa was was bewirkt, habe aber leider überhaupt kein Technisches Verständnis. Ich kann gerade noch die Batterien in Geräten richtig einlegen, mal etwas überzogen gesagt.
Bei umräumen hatte ich dann den Schaltplan in den Händen, ich hatte total vergessen das ich den überhaupt hatte, nun bin ich aber so neugierig inzwischen geworden um wissen zu wollen was ich da "eigentlich" habe.
Ich hoffe ich konnte veranschaulich erklären wie die Jungfrau zum Kind kommt.

Mich interessiert was da für Technik da hinter steckt, wo das Gerät in etwa ein zu ordnen ist. Was es an Materialwert hat, wer auch immer es gebaut hat, hat sehr puristisch aber auch völlig klare Linie geschaffen.
Selbst ein Name, den der Erschaffer, sich gewählt hatte, Piano ONE, wurde eingraviert in die dunkle, ich denke, Glasfront?, oder ähnlichen.
Da mir diese Fragen niemand, außer ihr hier, vielleicht beantworten könnt, in einer nicht Techniker Sprache, habe ich es einfach mal hier versucht.

Daher also die Frage,:Was habe ich da eigentlich.


Gruß

Hausel
On
Hat sich gelöscht
#12 erstellt: 04. Apr 2011, 14:37
Hallo,

das ist eine völlig veraltete technisch überholte Schaltung, betreffend der Ausgangsstufe, der Zwischenstufe und der Strombegrenzung. Lediglich die Eingangsstufe kann Sinn machen, weil sie einfach ist, auch wenn sie inzwischen sehr ungebräuchlich ist. Außerdem dürften veraltete lahme Transistoren verbaut sein.

Durch die schlechte Tonübertragung kommt es vermutlich zu vermehrten Obertönen, insbesondere bei höherer Lautstärke. Das kann durchaus ein überragendes Klangerlebnis sein.

Fazit: Wenn das Gerät ansonsten technisch ordentlich konstruiert wurde und es sich zudem um eine handwerkliche Meisterleistung handelt, dann freu Dich. Als Referenzmonitor für klassische Werke würde ich aber einen anderen Verstärker benutzen.

Grüße
On
Hausmeister123
Ist häufiger hier
#13 erstellt: 08. Apr 2011, 19:04
Hallo,


vielen Dank für die Antwort, zu mal was ich nun was ich in etwa habe, das was du da schreibst trifft ziemlich genau zu.
Bei den höhen verschluckt er sich, und die Bässe überschlagen sich, das mit den Bässen ist aber der Punkt der mich nervt.
Ich dachte das liegt an den Lautsprechern, aber das war es nicht, nun weiß ich wenigstens woran es liegt.
Bei meiner Musik, hauptsächlich Trasch und Speedmetal ist das leider echt lästig da die Musik doch sehr auf Bass ausgelegt ist.
Ich danke für die Info.

M.f.G

Hausel
Hmeck
Inventar
#14 erstellt: 08. Apr 2011, 20:01

Hausmeister123 schrieb:
... mit Quarzsand befüllten Lautsprecherkabeln ...


Noch nie gehört - eine echte Anregung für Woodoo-isten. Oder meintest Du sandbefüllte doppelwandige LS-Gehäuse? (Gute Standfestigkeit, und man kann zumindest den Gedanken nachvollziehen - auch wenn er nicht stimmt. (es gibt viel leichtere und wirkamere Sandwich-Materialien)

Grüße, Hmeck
Kay*
Inventar
#15 erstellt: 08. Apr 2011, 21:36
Hausel

mal abgesehen davon, dass 0,5% Intermodulation heute nicht mehr akzeptabel sind - die Hörgrenze liegt angeblich bei 0,01% -
das Gerät ist sehr alt und bräuchte sicherlich eine Überholung
(wenigstens die Relais-Kontakte prüfen/reinigen)
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