Verständnistiefe

Dieses Thema im Forum "Lötkunst" wurde erstellt von Flub, 13. Mai 2010.

  1. Flub

    Flub Tach

    Hallo,
    Da ich nun schon seit ca einem Jahr versuche die Elektronik (erstmal von Oszillatoren und Filtern) physikalisch so nachzuvollziehen, dass mir meine Vorhaben so logisch von der Hand gehen wie wenn man zum Beispiel eine mechanische Kettenreaktion aufbaut, aber es einfach nicht zu dem Punkt kommt an dem ich sage, mir ist plausibel wie die Elektronen sich bewegen, wie sich der Elektronendruck durchs System bewegt/schwingt, dachte ich, dass ich mal hier nachfrage:

    Was ist denn eine Möglichkeit für mich die Materie von einfacheren Synthesizern so zu verstehen, dass ich mich vor ein blatt Papier setzen kann und den Schaltplan entwerfen?

    Bei der bisherigen Recherche bin ich entweder auf Leute gestoßen, die eigentlich keine Ahnung von der Physik dahinter gehabt haben, sondern stupide die Regeln der Elektrotechnik angewandt haben, oder welche die so tief in der Materie schienen, dass es mir unmöglich meine Verständnisprobleme auf den Punkt zu bringen. Ich habe keine Lust irgendwelche gegebenen Schaltpläne zu löten, ich will einfach erstmal ein klares Verständnis von der Funktionsweise eines Oszillators und eines Filters.

    Jetzt bin ich mal gespannt ob sich hier im Forum für mich ein Ort bietet, aus der großen Verwirrung rauszukommen.

    Viele Grüße,
    Flo
     
  2. Moogulator

    Moogulator Admin

    Ich glaub, du könntest ein Fall für das Bonner Treffen sein, dort wird es dann so Bastelkurse geben. Schau mal unter Termine. Vielleicht wäre das was für dich. IdR ist das Problem lange Erklärungen oder so. Da sind manche zu faul. Deshalb wird das oft eher auf Meetings oder bei pers. Treffen gemacht, man tauscht sich direkt aus. Das ist nicht immer in 2 Minuten per Forum zu vermitteln.

    Aber vielleicht könnte man ein Projekt machen wo mehrere dran arbeiten und sich das gegenseitig klar machen oder sowas. Nur so eine Idee. Bin nur Admin hier, also immer davon ausgehen ich=doof, nur Hausmeister. Es wurden auch Kolben auf dem Modularmeeting gesichtet. Jedesmal.
     
  3. Flub

    Flub Tach

    Danke für deine Antwort !
    Das ist eine gute Idee, man bräuchte einen Bereich in dem man zusammen anfängt Module zu entwickeln, also ganz simpel angefangen z.B. mit einem astabilen Multivibrator und dann weiter. Vielleicht gibt es ja noch mehr die daran interessiert sind sich das gemeinsam anzueignen.
     
  4. Moogulator

    Moogulator Admin

    Da lässt sich prima nen Thread festtackern oder wenn sich das wirklich ergibt bin ich auch offen für ein Subforum dazu. Wir hatten ja mal den Simplesizer als Massenbauprojekt. Aber da gibt es auch vielleicht die Möglichkeit, dass einige bauen, erklären und so weiter. Sofern die Fähigen dazu Lust haben.

    Alles kein Problem.
     
  5. Flub

    Flub Tach

    Soll ich einfach mal anfangen, meinen Schaltplan hier(oder wo sonst?) reinzustellen, ihn soweit zu erklären wie ich es kann und die probleme zu verdeutlichen?
     
  6. XCenter

    XCenter Stimmungsmacher

    Mach mal , ich bin auch neu(gierig). Wenn sich das entwickelt wird der Mic das bestimmt gerne in einen sinnigen Thread heften oder umbenennen. Wegen Topic oder so.
     
  7. Flub

    Flub Tach

    Beitrag 001

    Okay, dann fang ich mit dieser Schaltung an
    [​IMG]

    Schließt man nun die Masse eines Signals unten links und das Signal selbst oben links an, dann frage ich mich, ist der Elektronendruck im Massekabel immer mehr oder weniger konstant und wechselt nur im Signalweg zwischen zu hoch (höherer Druck verglichen zur Masse = -) und zu niedrig (niedrigerer Druck verglichen zur Masse = +)?
    So, dann gehe ich mal davon aus, dass es so ist wie vermutet, dass also die Masse markiert und bleibt und nur der Signalweg sich ändert.
    Wenn man sich jetzt vorstellt was in Zeitlupe innerhalb einer halben Periode des Signals (bspw. eines Sinus) passiert, dann kommt das Problem auf, dass ich nicht weiß welche Spannung über dem Widerstand liegt, weil ich mir das Potential hinter dem Widerstand nicht logisch erklären kann. Das heißt ich kann den Strom durch den Widerstand nicht bestimmen.
    Damit es hier nicht aufhört, mache ich einfach mal weiter. Der Kondensator lädt sich und baut mit jeder hinzukommeneden Ladung ein stärker werdendes Elektrisches Gegenefeld auf, wäre die Frequenz sehr klein, wäre dann erstmal Schluss, der Kondensator blockiert zeitweise (bzw sein Widerstand geht Richtung unendlich) ... Ausgegangen von einer höheren Frequenz des Eingangssignals, wird der Kondensator irgendwann andersherum aufgeladen.
    Nun ist es ja ein Sinus also kann man sich Fragen, ob das Gegenfeld im Kondensator nach dem Erreichen des Maxima, dennoch vor dem Nulldurchgang, wieder abnimmt. Naja der Widerstand des Kondensators ist dann die durschnittliche Kraft des Gegenfeldes auf hinzufließende Ladung. (ganz grob, ich werde später nochmal versuchen auch die Formel herzuleiten)

    Jetzt kann man sich denken, dass die Ladungen die das Gegenfeld bilden wieder gerade dann am schnellsten abfließen, wenn die Änderung von der Signalspannung den Nulldurchgang hat, weil sozusagen die "Rutschbahn" für die Ladung dort am steilsten wird und der Potentialunterschied den sie durchläuft am Größten ist. Also ist Der Strom am Kondensator um 90° phasenverschoben zur Eingangsspannung.
    Da jetzt aber noch der Widerstand davor geschaltet ist der den Ab und Zufluss strom steuert verändert sich die Phasenverschiebung, allerdings kann ich mir nicht vorstellen wie das funktioniert.

    Zur Funktionsweise dieser Schaltung:
    Eine Unendlich hohe Frequenz kann man sich als kurzgeschlossen vorstellen, weil der Widerstand am Kondensator gegen 0 gehen würde.
    Ein Gleichstrom lädt den Kondensator einmal auf und danach kann man Ihn als Brücke mit unendlich hohen Widerstand betrachten, das heißt man kann ihn weglassen, weil auch Luft diesen "unendlich" hohen Widerstand liefert. (allerdings fehlt dann auch ein geschlossener Stromkreis, der müsste dann durch den Verbraucher am Ausgang gegeben sein)

    Nun kann man sagen das hohe Frequenzen einen kleinen Widerstand am Kondensator haben, weil sich das Gegenfeld nur kurz aufbauen kann und dementsprechend nicht so stark wird, das heißt die Spannung von den beim Laden des Kondensators enstehenden Ladungskonzentrationen auf den Kondensatorplatten sind sozusagen der Spannungsabfall am Kondensator. Dieser ist bei hohen Frequenzen klein, weshalb man wenn man die Spannung über dem Kondensator abgreif (wie in der Schaltung) nur wenig sieht von den höheren Frequenzen wahrnimmt, weil eben der Spannungsabfall so gering ist. Anders bei niedrigen Frequenzen hier ist er hoch der Spannungsabfall, weil sich lange ein Gegenfeld aufbaut und dementsprechend hohe Ladungskonzentrationen auf den Platten entstehen
    -> höherer Spannungsabfall.
    Wenn ich jetzt drüber nachdenke das das ja alles auf einmal in einem "Kabel" passiert, kommen zwei neue Probleme auf:
    1. Wenn der Gleichstromanteil, so groß ist, dass der Kondensator sozusagen mit Ladungen gestopft wird, geht das höher frequente Signal dann trotzdem durch? Ich stelle mir grad vor, dass dann ja auch die Spannung höher oder niedriger werden muss bei einem höher frequenten Signal (man stellt sich die Summe aus einem 1Hz Sinus mit 10V und einem 50Hz Sinus mit 1V vor) weshalb dann mit wegen Q= CU auch wieder mehr Ladung auf die eine Platte drauf und von der anderen runter kommen kann (Strom). Ja ich glaub so ist das.

    2. Wieso hängt der Scheinwiderstand eines Kondensators nicht mit der Amplitude (Spannung) des Signals zusammen? Wird der Kondensator nicht schneller geladen, wenn eine höhere Spannung anliegt? Warum nicht? Ich denke mir gerade, weil ja auch proportional dazu mehr Ladung drauf passt.

    Okay, also denke ich diese Schaltung filtert höhere Frequenzen heraus und belässt tiefere.
    Die Phasenverschiebung ist mir noch nicht klar und vor allem auch der Widerstand des ganzen Systems, das heißt wenn ich das in ein rückgekoppeltes System baue, wieviel muss ich es verstärken das der Verlust ausgeglichen wird?

    Gut, das wars erstmal. = )

    Viele Grüße,
    Flo
     
  8. Summa

    Summa wibbly wobbly timey wimey

    Mein alter E-Technik Lehrer haette seinen Spass an dir gehabt ;-) Du solltest dir ein Buch zu den Grundlagen der Wechselstromtechnik holen, das duerfte die meisten deiner Fragen beantworten. Ist bei mir leider schon ueber 20 Jahre her, bin im DIY Bereich aber auch eher inaktiv...
     
  9. Flub

    Flub Tach

    ja, aber gerade wegen dem Austausch bin ich ja hier ins Forum gegangen, weil das mit dem Buch nicht so geklappt hat.
     
  10. Summa

    Summa wibbly wobbly timey wimey

    Welches Buch meinst du? Wirklich Grundlagen zur Elektrotechnik oder doch eher DIY Buecher?
     
  11. Flub

    Flub Tach

  12. Summa

    Summa wibbly wobbly timey wimey

    Hab's gerade mal ueberflogen, da ist aber (so weit ich das auf den ersten Blick beurteilen kann) bei Gleichstrom Schluss, das wird dir beim Verstaendnis von Wechselstrom mit Phasenverschiebung etc. kaum weiterhelfen...
     
  13. XCenter

    XCenter Stimmungsmacher

    Bitte nicht falsch verstehen, aber das scheint mir ein Riesenumweg zum Ziel "Verständnis elektronischer Schaltungen" zu sein. Wenn das dein Ansatz ist, ok. Aber das ist in etwa so praxisfern, wie sich mit der Physik der Schallwelle zu beschäftigen, wenn das eigentliche Ziel das Verständnis der subtraktiven Klangsynthese ist.
    Wie gesagt, wenn das dein Ansatz ist soll´s so sein.
     
  14. Summa

    Summa wibbly wobbly timey wimey

  15. Flub

    Flub Tach

    Es geht ja nicht um substraktive Klangsynthese sondern darum selbst einen analog modular Synthesizer zu entwerfen und zu bauen

    EDIT : Danke für den Link ich werds mir durchlesen
     
  16. Summa

    Summa wibbly wobbly timey wimey

    Wenn er eigene Schaltungen entwerfen will sollte er die Grundlangen schon drauf haben und zumindest in etwa wissen was in den Schaltungen passiert wenn bestimmte Groessen veraendert werden. Klanglich ist das wahrscheinlich wieder 'ne ganz andere Sache, da leben die Schaltungen vielleicht von div. Unzulaenglichkeiten die man eher nicht in irgendwelchen Buechern findet *achselzuck*
     
  17. Flub

    Flub Tach

    Okay also, so wie ich das sehe, bringt das Skript nicht wirklich elementares Verständnis sondern eher eine grobe Darstellung der Tatsachen mit sich.
    Möchte denn niemand sich den Beitrag von mir durchlesen und die Probleme aufgreifen und erklären? :?:
     
  18. XCenter

    XCenter Stimmungsmacher

    Dagegen sag ich ja nix, das ist schon klar. Aber ich muss um Musik zu machen und mit Klangsynthese gut umgehen zu können nicht wissen, wie sich Schallwellen im Raum verhalten. Und genauso brauche ich nicht zu wissen, wie sich denn nun genau Elektronen verhalten, wenn ich mir darüber im Klaren bin, wie sich die elektrophysikalischen Größen in Schaltungen verhalten.
    Dass das alles zusammenhängt ist klar, das Grundwissen wichtig ist, ist auch klar. Man kann´s damit aber auch übertreiben, insb. als Anfänger und ich hab den Eindruck, dass genau das hier passiert. Ich hab mich bei seinem langen Post schon sehr über den akademischen Ansatz gewundert. Es macht ja wohl wesentlich mehr Sinn sich mit einem Adrian Schommers zu beschäftigen, als mit einem Vorlesungsskript ohne Vorlesung anzufangen.

    @Flub
    Wie gesagt, du musst selbst wissen, wie du das angehen willst. Das mit der Klangsynthese war ein Vergleich, genauso wo oben in diesem Post. Mir ist schon klar, dass du Schaltungen entwickeln und bauen willst.
     
  19. Summa

    Summa wibbly wobbly timey wimey

    Deine Fragen haben halt nicht wirklich was mit der Schaltung sondern mit den fehlenden Grundlagen zu tun, wenn du die drauf haettest haette man 'ne Basis mit der man arbeiten koennte. Ansonsten hab' ich schon Schwierigkeiten deine Fragen zu verstehen, weil ich mich dazu erst mal raten muesste wie du welchen Begriff verwendest. Ladungen haben z.B. keinen Druck sondern eine Dichte, ein Kondenstator ist kein Wasser- oder Luftspeicher, bei Gleichspannung kommt erst mal nix durch den Kondesator weil er fuer einen Gleichstromkreis so etwas ist wie ein offener Schalter, es besteht keine elektrische Verbindung zwischen den Platten, schau dir einfach mal den Aufbau eines Kondensators an. Im Wechsltrombereich funktionieren die Wasserleitungsanalogien einfach nicht mehr...
     
  20. Flub

    Flub Tach

    Also, die Grundlagen habe ich drauf...
    gleichnamige Ladungen stoßen sich ab, das heißt eine hohe Dichte bedeuted gleichzeitig ein hoher Druck. Ein Kondensator im Gleichstromkreis leitet zwar nicht direkt, auch beim Wechselstrom nicht, trotzdem gibt es einen Ladestrom, was ihn von einem Schalter unterscheidet, dieser Ladestrom kommt durch die Wirkung das E-Feldes zwischen den Platten. Die Begriffe die ich benutzt habe sind doch plausibel, oder was ist an Ihnen nicht plausibel?
     
  21. Anonymous

    Anonymous Guest

    Trotzdem kommt man um etwas "Theorie" nicht drumrum.
    Knoten und Maschenregeln *muss* man verinnerlicht haben, sonst kann man niemals Schaltungen begreifen.

    Und "Elektronendruck" hört sich echt nicht nach "Knotenregel verstanden" an.


    Knotenregel (anschaulich: der Strom kann nicht weg):
    Einer der Knackpunkte ist ja die "Masse". Das ist Knoten K3 und es gilt: I5-I7-I8=0.
    Hier ist das Massesymbol nur einmal im Schaltplan. Der Strom der fließt könnte also nicht weg, d.h. es gibt keinen => I8=0.

    Damit wird dann I5=I7, I7=I9, I9=I2. (Einfach weil der Strom, der auf der einen Seite in ein zweipoliges Teil reinfließt auf der anderen Seite wieder rauskommen muss)
    Nennen wir den Strom durch den Widerstand I_R.

    Am Kondensator I6=I5, Nennen wir den Strom durch den Kondensator I_C.

    Am Ausgang: I3=I4. Da der Ausgang "offen" bleibt (praktisch ist er sehr hochohmig belastet, der reale Strom also sehr sehr klein) wird der Strom zu Null I3=0 und damit eben auch I4=0;

    Am Knoten K1:
    I2-I6-I3=0;

    Am Knoten K2:
    I5+I4-I5=0;

    Setzten wir ein, was wir schon wissen: (I3=0, I4=0, I6=I_C I7=I_C, I2=I_R, I5=I_R) und wir bekommen zwei mal die gleich Gleichung (klar, da I3 und I4 null sind, hängt alles an einem Faden und es gibt nur einen Strom. Das müssen wir jetzt gar nicht mehr verstanden haben - wir können es ausrechnen!)
    I_R=I_C
    Der einzige Strom in unserer Schaltung fließt also sowohl durch den Kondensator als auch den Widerstand.

    Kommen wir zu den Maschen. Da wir in einem Maschenumlauf alles Spannungen zählen, kann nix überbleiben:
    Masche 1: -U1+U2+U3=0

    Masche 2: -U3 +U4=0

    Aus Masche zwei folgt unmittelbar das die Ausgangsspannung direkt die Kondensatorspannung ist. (U_C)

    Die Eingangsspannung ist vorgegeben (nennt man "eingeprägt"). Die verteilt sich auf Widerstand und Kondensator. Oder (umgestellt): alles was von der Eingangsspannung nicht am Widerstand abfällt, liegt am Ausgang an.
    U4=U3=U1-U2

    Nun würde man die Gleichungen für Kondensator (U=1/(jωC)*I) und Widerstand (U=R*I) einsetzen und kann alles ausrechnen - bei Wechselspannung geht das eben mit komplexen Zahlen. (Die unser E-Technik-Lehrer an dieser Stelle dann leicht entnervt eingeführt hat, weil sie in Mathe noch nicht dran waren, und er - völlig berechtigterweise - der Meinung war, das es ohne keinen Zweck hat.)

    Anschaulich bleibt einem nur der Gleichspannungsfall - durch den Kondensator fließt kein Strom, die Ausgangsspannung ist gleich der Eingangsspannung.
    Bei unendlicher Frequenz ist der Kondensator ein Kurzschluß und die Ausgangsspannung ist null.
     

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  22. :supi:
    jetzt hat er's.
    @Flub: ich glaube du machst es dir etwas zu kompliziert. Gewisse Grundlagen sollten schon verstanden worden sein (was ist Strom, was ist Spannung, URI, Kirchhoffsche Regeln, Kapazität, Induktivität, Differenzierer & Integrierer, Schwingkreise - mal so als grober Überblick).
    Wenn das läuft kannst du auch nen analogen Synth bauen.
    Wenn du nun aber wie oben geschrieben das absolute Verständnis über das "merkwürdige Verhalten von Grossstadtelektronen im Kabelsalatwald" erlangen möchtest dann solltest du ein Physikstudium in Betracht ziehen. :mrgreen:
     
  23. XCenter

    XCenter Stimmungsmacher

    Mein Reden, mein Reden... sagt ja keiner, dass man das nicht irgendwann nachholen kann oder sollte. Ich beschäftige mich mittlerweile auch mit Neurowissenschaft in Verbindung mit Musik. Sehr spannendes Thema. Aber bitte nicht damit Anfangen, wenn man sich mit Kompositionstechniken auseinander setzen will. ;-)

    Oh shit, Maschenregel. Ich dachte, ich hätte das alles hinter mir. :roll:
     
  24. Anonymous

    Anonymous Guest

    Verstehe ich nicht. Ich finde die Klasse - es gibt kaum andere so schön einfache Grundlagen, die einen so viel weiterbringen wir Knoten und Maschenregel.

    Q: warum ist Elektrik kompliziert?

    A: mit einem Kabel geht es nicht - und zwei kann man schon vertauschen.
     
  25. XCenter

    XCenter Stimmungsmacher

    Weckt Erinnerungen an die Schule. ;-)

    Von Bo Hanus?
     
  26. Anonymous

    Anonymous Guest

    Leider nein - ich befasse mich damit schon ewig, als sinnvolle Erwachsenenliteratur ist mir das daher nie begegnet.
     
  27. Flub

    Flub Tach

    Danke für die Darstellung von Knoten und Maschenregel, ich habe mir das jetzt einverleibt, allerdings hat das doch nichts mit Verständnis zu tun, das sind wie der Name schon sagt "Regeln" die man aufgrund eines Verständnisses aufgestellt hat, trotzdem muss ich sagen, dass sie hilfreich dazu sind die Werte der Bauteile hinter die theoretischen Überlegungen zu bringen.

    Ist jemand bereit die Vorstellungen dich am Anfang in unkonventioneller Weise formuliert habe zu durchdenken und auf Fehler aufmerksam zu machen und vor allem bezüglich den genannten Problemen was zu sagen. Die genannten Grundlagen habe ich, ich denke nur das sie nichts mit dem Verständnis zu tun haben, wenn einem einer sagt E ist gleich mc² dann hat ers immer noch nicht verstanden (wie man darauf kommt und warum es so logisch ist...

    Danke schonmal für die bisherigen Antworten = )

    Gruß,
    Flo
     
  28. Flub

    Flub Tach

    danke, ich werds mir reinziehen, mal sehen ob ich danach auch mit indischem Akzent sprechen kann = )
    EDIT: so ich schaus mir zwar noch weiter an, dennoch kann ich mir grad schwer vorstellen davon erleuchtet zu werden
     
  29. Summa

    Summa wibbly wobbly timey wimey

    Das sind elektrostatische Kraefte, die z.B. in einem Kondensator wirken, das ist nicht gleichbedeutend mit fliessendem Strom in einer Leitung. Der Ladestrom sinkt mit dem ansteigen der Ladung, die Spannung zwischen den Platten (wenn du so willst der Druck) steigt, diese wirkt aber nicht gegen die Ladequelle sondern nur zwischen den Platten.
    Von deinem "Druckmodell" ausgehend, ist der Ballon am Anfang leer, laesst er sich schneller und leichter aufpumpen, irgendwann ist der Druck von der statischen Pumpe identisch mit dem Druck des Ballons und es findet kein Austausch mehr statt.
    Im Wechselstromkreis wechseln (immer noch von deinem Modell ausgehend) praktisch Druck und Unterdruck, es dauert aber eine Weile bis der Kondensator ausgleichen kann, es findet eine Verschiebung der Phase statt. Ich hoffe das kommt in etwa hin, ist bei mir wie bereits erwaehnt halt schon 'ne Weile her dass ich mich mit sowas beschaeftigen musste...

    Der Ladestrom liegt im Gleichsstromkreis nur so lange an bis der Kondensator aufgeladen ist, sobald die Platten "befuellt" sind fliesst da kein Strom mehr.

    http://www.elektronik-kompendium.de/sit ... 205301.htm
     

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