feature: new solutions for emitter and collector

contents/solutions/AD401.md

@@ -0,0 +1 @@
+Bei der dargestellten Schaltung handelt es sich um einen *Verstärker in Kollektorschaltung*. Für einen Oszillator fehlen ein frequenzbestimmendes Netzwerk und die notwendige Rückkopplung (Dreipunktschaltung). Die Kollektorschaltung ist daran zu erkennen, dass der Kollektor weder als Eingang noch als Ausgang dient, sondern den gemeinsamen Bezugspunkt für beide bildet.

contents/solutions/AD402.md

@@ -0,0 +1,9 @@
+Die Kollektorschaltung besitzt eine Spannungsverstärkung knapp unter $1$, typischerweise etwa $\numrange{0,9}{0,98}$. Da die Ausgangsspannung am Emitter der Eingangsspannung an der Basis folgt, sind beide Signale phasengleich und die Phasenverschiebung beträgt $\qty{0}{\degree}$.
+
+Zur Erinnerung: 
+
+| l: Eigenschaft | X: Emitterschaltung | X: Kollektorschaltung |
+| Phasenverschiebung | $\qty{180}{\degree}$ | $\qty{0}{\degree}$ |
+| Spannungsverstärkung | $\num{100}\dots\num{300}$ | $\num{0,9}\dots\num{0,98}$ |
+| Eingangsimpedanz | hoch | hoch |
+| Ausgangsimpedanz | hoch | niedrig |

contents/solutions/AD403.md

@@ -0,0 +1,9 @@
+Die Ausgangsimpedanz der Kollektorschaltung ist sehr niedrig im Vergleich zur Eingangsimpedanz. 
+
+Zur Erinnerung: 
+
+| l: Eigenschaft | X: Emitterschaltung | X: Kollektorschaltung |
+| Phasenverschiebung | $\qty{180}{\degree}$ | $\qty{0}{\degree}$ |
+| Spannungsverstärkung | $\num{100}\dots\num{300}$ | $\num{0,9}\dots\num{0,98}$ |
+| Eingangsimpedanz | hoch | hoch |
+| Ausgangsimpedanz | hoch | niedrig |

contents/solutions/AD404.md

@@ -0,0 +1 @@
+Die Kollektorschaltung kann als *Pufferstufe zwischen einem Oszillator und der angeschlossenen Last* verwendet werden. Durch ihre hohe Eingangsimpedanz belastet sie den Oszillator nur wenig, während sie mit ihrer niedrigen Ausgangsimpedanz auch eine niederohmigere Last treiben kann. Dadurch wird der Oszillator von nachfolgenden Schaltungsteilen entkoppelt und seine Frequenzstabilität verbessert.

contents/solutions/AD405.md

@@ -0,0 +1,9 @@
+Die Phasenverschiebung beträgt $\qty{0}{\degree}$. Steigt die Eingangsspannung an der Basis, erhöht sich auch der Emitterstrom und damit die Spannung am Emitterwiderstand. Die Ausgangsspannung folgt daher der Eingangsspannung, sodass beide Signale phasengleich sind.
+
+Zur Erinnerung: 
+
+| l: Eigenschaft | X: Emitterschaltung | X: Kollektorschaltung |
+| Phasenverschiebung | $\qty{180}{\degree}$ | $\qty{0}{\degree}$ |
+| Spannungsverstärkung | $\num{100}\dots\num{300}$ | $\num{0,9}\dots\num{0,98}$ |
+| Eingangsimpedanz | hoch | hoch |
+| Ausgangsimpedanz | hoch | niedrig |

contents/solutions/AD406.md

@@ -0,0 +1 @@
+Das Ausgangssignal liegt bei gesperrtem Transistor zunächst auf etwa $\qty{10}{\volt}$. Überschreitet die positive Halbwelle der Eingangsspannung die Basis-Emitter-Schwellspannung von ungefähr $\qty{0,6}{\volt}$, beginnt der Transistor zu leiten. Dadurch steigt der Kollektorstrom, am Kollektorwiderstand fällt eine größere Spannung ab und die Ausgangsspannung $U_A$ sinkt. Während der negativen Halbwelle sperrt der Transistor wieder und $U_A$ steigt auf etwa $\qty{10}{\volt}$ zurück. Es entstehen daher nach unten gerichtete Impulse während der positiven Eingangshalbwellen.

contents/solutions/AD407.md

@@ -0,0 +1 @@
+Die Phasenverschiebung beträgt $\qty{180}{\degree}$. Steigt die Eingangsspannung an der Basis, erhöht sich der Kollektorstrom. Dadurch wird der Spannungsabfall am Kollektorwiderstand größer und die Ausgangsspannung am Kollektor sinkt. Eine positive Halbwelle am Eingang erzeugt somit eine negative Halbwelle am Ausgang, weshalb beide Signale gegenphasig sind.

contents/solutions/AD408.md

@@ -0,0 +1,3 @@
+Der Basisstrom $I_B$ folgt der Eingangsspannung $U_E$. Steigt $U_E$, so steigen auch der Basisstrom $I_B$ und der Kollektorstrom $I_C$. Durch den größeren Kollektorstrom nimmt der Spannungsabfall am Kollektorwiderstand zu, sodass die Kollektor-Emitter-Spannung $U_{CE}$ sinkt. $U_{CE}$ ist daher gegenüber $U_E$ und $I_C$ um $\qty{180}{\degree}$ phasenverschoben.
+
+Der Koppelkondensator am Ausgang entfernt lediglich den Gleichspannungsanteil. Die Ausgangsspannung $U_A$ besitzt deshalb dieselbe Phasenlage wie der Wechselspannungsanteil von $U_{CE}$, ist jedoch um die Nulllinie zentriert. Somit sind $I_C$ und $U_E$ phasengleich, während $U_{CE}$ und $U_A$ dazu gegenphasig verlaufen.

contents/solutions/AD409.md

@@ -0,0 +1 @@
+Bei der dargestellten Schaltung handelt es sich um einen *Verstärker in Emitterschaltung*. Der Eingang ist an der Basis, der Ausgang am Kollektor angeschlossen. Aus diesem Grund wird die Schaltung als Emitterschaltung bezeichnet.

contents/solutions/AD410.md

@@ -0,0 +1,3 @@
+Die Emitterschaltung besitzt eine große Wechselspannungsverstärkung, typischerweise im Bereich von $\num{100}\dots\num{300}$. Der Emitterkondensator überbrückt den Emitterwiderstand für Wechselspannungen und verringert dadurch die Gegenkopplung, sodass eine hohe Verstärkung erreicht wird.
+
+Steigt die Eingangsspannung an der Basis, erhöht sich der Kollektorstrom. Dadurch nimmt der Spannungsabfall am Kollektorwiderstand zu und die Ausgangsspannung am Kollektor sinkt. Ein- und Ausgangssignal sind daher gegenphasig; die Phasenverschiebung beträgt $\qty{180}{\degree}$.

contents/solutions/AD411.md

@@ -0,0 +1,3 @@
+Die Widerstände $R_1$ und $R_2$ bilden einen Spannungsteiler zur *Einstellung der Basisvorspannung*. Dadurch wird an der Basis eine feste Gleichspannung erzeugt, mit der der Arbeitspunkt des Transistors festgelegt wird.
+
+Die Kondensatoren am Ein- und Ausgang blockieren die Gleichspannung und lassen nur die Wechselspannung passieren, sodass allein der Spannungsteiler die Basisvorspannung bestimmt.

contents/solutions/AD412.md

@@ -0,0 +1 @@
+Die Kondensatoren $C_1$ und $C_2$ am Ein- und Ausgang blockieren die Gleichspannung und lassen nur die Wechselspannung passieren, sodass allein der Spannungsteiler die Basisvorspannung und damit den Arbeitspunkt bestimmt.

contents/solutions/AD413.md

@@ -0,0 +1 @@
+Der Kondensator $C_1$ dient zur *Maximierung der Wechselspannungsverstärkung*. Für Wechselspannungen überbrückt er den Emitterwiderstand und verringert dadurch die Gegenkopplung. Der Gleichstrom-Arbeitspunkt des Transistors bleibt dabei unverändert.

contents/solutions/AD414.md

@@ -0,0 +1 @@
+Wird der Kondensator $C_1$ entfernt, nimmt die Spannungsverstärkung ab. Der Emitterwiderstand wird dann nicht mehr für Wechselspannungen überbrückt und bewirkt eine stärkere Gegenkopplung: Steigt der Emitterstrom, steigt auch die Emitterspannung und verringert dadurch die Änderung der Basis-Emitter-Spannung. Das Eingangssignal steuert den Transistor somit weniger stark aus.

contents/solutions/AD415.md

@@ -0,0 +1,5 @@
+Ohne Emitterkondensator wirkt der Emitterwiderstand auch für Wechselspannungen und führt zu einer starken Gegenkopplung. Die Spannungsverstärkung kann näherungsweise aus dem Verhältnis von Kollektor- zu Emitterwiderstand bestimmt werden:
+
+$v_U \approx \frac{R_C}{R_E} = \frac{\qty{22}{\kilo\ohm}}{\qty{2,2}{\kilo\ohm}} = 10$
+
+Der Betrag der Spannungsverstärkung sinkt daher auf ungefähr $\num{10}$.