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Oberwellen durch Nichtlinearitäten

Diskutiere Oberwellen durch Nichtlinearitäten im Elektronik allgemein Forum im Bereich WEITERE ELEKTROTECHNISCHE BEREICHE; Hallo alle zusammen, ich bin neu hier im Forum und schreibe gerade meinen ersten Beitrag. Ich beschäftige mich im Moment mit Verzerrungen von...

  1. #1 racount, 15.02.2011
    racount

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    Hallo alle zusammen, ich bin neu hier im Forum und schreibe gerade meinen ersten Beitrag.
    Ich beschäftige mich im Moment mit Verzerrungen von Audiosignalen im Rahmen einer Facharbeit (Physik-LK, 12).
    Ich habe gelesen, ass durch Übersteuern z.B. eines Transistors auf grund von Nichtlinearitäten in seiner Kennlinie aus einem Sinussignal ein Rechteck wird, da die Spietzen des Eingangssignals gekappt werden. Im Ausgangssignal sind dann neue Frequenzen, die Oberwellen, die im Eingangsigal noch nicht da waren, vorhanden.

    Meine Frage ist jetzt: wie entstehen die Oberwellen??
    Ich weiß, DASS sie entstehen müssen, weil durch Addition dieser Wellen das Rechtecksignal entsteht. Aber ich verstehe nicht ganz, warum auf einmal durch Übersteuern ganz neue Frequenzanteile entstehen sollten, denn ein Transistor ist doch keine Frequenzgenerator!
    also wie kann ich mir die Entstehung der Oberwellen erklären??

    würde mich über ein paar Antworten tierisch freuen;)
     
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  3. #2 Drehstromer, 16.02.2011
    Zuletzt bearbeitet: 16.02.2011
    Drehstromer

    Drehstromer Hülsenpresser

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    AW: Oberwellen durch Nichtlinearitäten

    Hallo,

    also versuche es dir mal im Unkerschluss zu erklären.

    Wenn du mit der Fourieranalyse eine Rechteckspannung erzeugen willst, dann vermsicht du, einfach ausgedrückt, sehr viele Sinuswechselspannungen verschiedener Frequenz und Amplitude zusammen. Diese Addieren sich zu einer "Rechteckähnlichen" Spannung.

    Desto mehr Oberwellen du hast, desto besser ist somit die Rechtecknachbildung.

    Beim Verzerren, also dem wie du schon sagtest bewussten Übersteuern des Transistors, wird aus der Sinusähnlichen Spannung der Gitarre eine eher Rechteckähnliche Spannung.

    Und wie wir oben schon festgestellt haben hat eine Rechteckspannung viele Oberwellen wenn sie gut nachgebildet ist.

    Oder anders erklärt:

    Zunächst wird dem Eingangstrom der von den Tonabnehmern zum Transistor kommt ein nicht-sinusförmiger Strom beim Übersteuern entnommen . Der Sinus der GItarre besteht auch aus vielen Harmonsichen vielfachen seiner Grundschwingung. Wird nun ein nicht Sinusförmiger Strom entnommen, dann passiert folgendes.

    Der "Gitarrensinus", der ja verstärkt werden soll, wird an einer Stelle "geköpft" da nur ein gewisser Teil entnommen wird und der "geköpfte Teil" ist nicht mehr am Transistor vorhanden, allerdings die Oberschwingungen des "Gitarrensinus".

    Bei der Verstärkung, bei der ein Gleichstrom mit der "Gitarrenspannung" angesteuert wird wirken sich diese übrigen Oberschwingungen des "geköpften Gitarrensinus" stark aus und übertragen sich auch auf die gestereuerte Gleichspannung des Ausgansstroms die dann auch zum Lautsprecher fließt.

    Hoffe das Hilft dir ... habe momentan auch einen LK in Physik in der 12 ;)

    Weiss nicht ob alles 100% Richtig formuleirt ist bzw. stimmt, am besten fragst du zusätlich nochmal dein Lehrer. Viel Glück noch :)

    MfG
    Drehstromer
     
  4. bigdie

    bigdie Freiluftschalter

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    AW: Oberwellen durch Nichtlinearitäten

    In der Regel liegt die Übersteuerung und damit das Abschneiden der Spitzen nicht an der Kennlinie des Transisrors, sondern ganz einfach daran, das das Ausgangssignel in der Amplitude größer als die Betriebsspannung sein will und das geht natürlich nicht. Die Oberwellen entstehen in der Regel bei hohen Stromanstiegsgeschwindigkeiten (frag mich nicht warum). Rechtecksignale haben solche hohen Stromanstiegsgeschwindigkeiten und auch die Rechteckähnlichen Signale eines übersteuerten Verstärkers.

    Die Frage ist auch ziemlich speziell für dieses Forum. Ich glaube im ELKO Forum findest du da mehr Experten.
     
  5. #4 racount, 21.02.2011
    racount

    racount Neues Mitglied

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    AW: Oberwellen durch Nichtlinearitäten

    ok, erst mal großen Dank für eure Antworten;)
    ich hab lange drüber nachgedacht...ich denke in meiner Arbeit werde ich doch den mathematischen Weg heranziehen, da ich glaube er ist am klarsten und ich verrenne mich so nicht in evtl. dann von mir schwammig formulierten Antworten;)
    danke an euch, ihr habt mir echt geholfen
    Lg
     
  6. #5 alterlich, 21.02.2011
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    AW: Oberwellen durch Nichtlinearitäten

    hi,

    der mathematische und der physikalische ansatz sind sich gr nicht so verschieden.
    schlag mit dem hammer auf einen festkörper. was passiert. du hast am eingang eine art mathematische singularität - den schlag. wie reagiert das system - die festkörperatome setzten sich in bewegng, werden aber durch elastische (atomare) Kräfte nach einer auslenkung zurückgehalten und zurückgerissen. dabei überschwingen sie natürlich ihre "nulllage" und es kommt zu gedampften schwingungen mit den (viellllllleeeen) im nichtidealen festkörper existierenden eigenschwingungen (phononen).
    der physiker löst die bewegungsgleichungen mathematisch indem er die sprungantwort durch unendlich viele harmonische funktionen ersetzt (fourrieranalyse).
    sobald du also eine nichtlineare komponente im system hast, bekommst du oberwellen. mathematisch und auch physikalisch

    Gruss
     
  7. #6 alterlich, 21.02.2011
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    alterlich Lüsterklemmer

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    AW: Oberwellen durch Nichtlinearitäten

    @drehstromer: gute erklärung...aber hoffentlich spielt er keinen röhren amp:D:D:D:D
     
  8. #7 Drehstromer, 22.02.2011
    Drehstromer

    Drehstromer Hülsenpresser

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    AW: Oberwellen durch Nichtlinearitäten

    Hallo,

    @ alterlich: Danke!

    Habe selbst erstmal ca. 2 stunden recherchiert um die Frage beantworten zu können:D

    Ich wusste zwar im Endeffekt schon wie die Sache entsteht aber ich wollte nochmal auf nummer sicher gehn und hab nochmal einiges dazu gelesen, damit es auch ja stimmt ;)

    Außerdem ist das ja auch ein sehr interessantes Thema!

    MfG
    Drehstromer
     
  9. #8 NachtHacker, 23.02.2011
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    AW: Oberwellen durch Nichtlinearitäten

    ja, ein interessantes Thema! Interessant ist auch die Tatsache, dass Transistoren anders verzerren als Röhren. Bei Transistoren setzt die Verzerrung bzw. Signalklipping hart ein und es entstehen eine Menge un- und gradzahlige Harmonische gleichzeitig die einen etwas rauhen und unangenehmen Klang haben. Bei Röhren setzt das clipping weich ein und es entstehen überwiegend gradzahlige Harmonische, dadurch klingt eine verzerrte Gitarre mit Röhre wesentlich angenehmer. Obwohl die Röhrentechnik schon uralt ist wird sie aufgrund dieser Eigenschaften, vor allem von Musiker, eingesetzt. Hierzu ein interessanter Artikel: Gitarrenverstärker
     
  10. #9 alterlich, 23.02.2011
    alterlich

    alterlich Lüsterklemmer

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    AW: Oberwellen durch Nichtlinearitäten

    genau. verzerrte gitarre über transistor clipping klingt richtig übel. ist dehalb übrigens noch einen riesen markt in der ehem. udssr. die meisten röhrenamps werden heute mit svetlana & co befeuert, da diese röhren sonst entweder sauteuer oder garnicht mehr produziert werden. die frage ist nur wie lange noch...selbst russland soll ja gerüchten nach neuerdings schrittweise auf transistoren in weltraum- und kraftwerkstechnologie umstellen.....:D:D:D:D

    gruss
     
  11. bigdie

    bigdie Freiluftschalter

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    AW: Oberwellen durch Nichtlinearitäten

    Das haben die Amis schon vor 30 Jahren gemacht, deshalb kommen ja die Shuttels nicht mehr hoch.
     
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