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Arbeitsauftrag: Lautstärkeverstärkung

Bevor ihr gleich einen sogenannten Transistor als Verstärker verwendet, um die Tonausgabe lauter zu machen, müsst ihr verstehen, warum die Tonausgabe denn überhaupt so leise ist:

Das liegt daran, dass die elektrische Leistung, mit der der Magnet im Lautsprecher die Membran anziehen kann, sehr gering ist. Für die elektrische Leistung gilt bekanntlich P=U·I. Die Spannung U beträgt beim Betrieb an einem Port 5V, die Stromstärke ergibt sich aus der Spannung sowie dem gesamten Widerstand in diesem Stromkreis. Er setzt sich aus 220 Ohm auf der Platine und grob geschätzten 6 Ohm im Lautsprecher zusammen. Es ist also die Stromstärke
Formel
Daraus ergibt sich eine Leistung von
Formel

Das ist weniger als ein Zehntel dessen, wofür der Lautsprecher ausgelegt ist. Die Membran wird also nur schwach zurück gezogen, die an die Luft übertragene „Bewegung“ ist also gering.

Die Leistung wäre schon erheblich besser, wenn ihr den Lautsprecher an 5V Spannung ohne den 220 Ohm-Widerstand betreiben könntet - und noch besser an den 9V zwischen VIN und VSS. Allerdings ist Vin eben leider kein Port, lässt sich also nicht mit Hilfe eines Programms (per Software) schnell ein- und ausschalten. Aber genau dabei wird der Transistor helfen.

Aufgabe 12.1 :
a) Berechnet die elektrische Leistung, mit der der Lautsprecher an einer Spannung von 5V ohne einen zusätzlichen Vorwiderstand betrieben werden könnte.
b) Berechnet die Leistung beim direkten Betrieb, des Lautsprechers zwischen VIN und VSS.

Transistor Aufgabe 12.2 :
Mit einem kleinen Experiment kann man ebenfalls leicht feststellen, dass der Ton bei einem Betrieb an 9V viel lauter werden würde: Schließt den Lautsprecher wie abgebildet direkt zwischen VIN und VSS an. Wenn ihr nun das rote Kabelstück herauszieht und hereinsteckt, hört ihr ein Knacksen - viel lauter als der bisherige Ton. Macht diesen Aufbau ruhig so umständlich, wie es die Abbildung zeigt: Das rote Kabelstück wird auf der kommenden Seite durch einen Transistor ersetzt, der diese „rote“ Verbindung mit hoher Frequenz trennen und wieder schließen wird - gesteuert von einem der Ports.

Leistungsangaben auf Lautsprechern :
Ihr berechnet hier die elektrische Leistung, mit der euer Lautsprecher arbeitet, wenn die Membran gerade zurückgezogen wird. Für die Leistungsmessung von Lautsprechern existieren in der Praxis ausgefeiltere Verfahren.