Unterschiede

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--- circuit_design:1_amplifier_basics [2021/09/23 00:14] – tfischer
+++ circuit_design:1_amplifier_basics [2023/12/16 01:12] (aktuell) – [Bearbeiten - Panel] mexleadmin
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-====== 1. Amplifier Basics ======
+====== 1 Amplifier Basics ======
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+===== 1.0 What is Circuit Design? =====
-<imgcaption tablelabel| Übersicht der verschiedenen Bereiche der Elektronik></imgcaption>
-{{drawio>UebersichtElektronik}}
+<WRAP><panel type="default">
+<imgcaption tablelabel| Overview of the different areas of electronics></imgcaption>
+{{drawio>UebersichtElektronik.svg}}
 </panel></WRAP>
+Circuit design encompasses various subfields of electronics.
+<imgref tablelabel> shows the basics of electronics, its specializations, and the interfaces.
-===== 1.0 Was ist elektronische Schaltungstechnik =====
+In the subject [[Introduction to digital Systems:start]] digital technology with gates and various simple programmable circuits have already been described. In [[Electrical Engineering 1:start]]  the foundations for simple electrical components and circuits were laid.
-Elektronische Schaltungstechnik umfasst verschiedene Teilbereiche der Elektronik.
+Circuit design now concentrates on __electr**on**ic components and their circuits__ that affect analog electronics.
-In <imgref tablelabel> sind die Grundlagen der Elektronik, ihre Spezialisierungen und die damit angesprochenen Schnittstellen dargestellt.
-\\ \\ \\
-Im Fach [[Grundlagen der Digitaltechnik:start]] wurden bereits die Digitaltechnik mit Gattern und verschiedene einfache programmierbare Schaltungen beschrieben. In [[Elektrotechnik 1:start]] und [[Elektrotechnik 2:start]] wurden die Grundlagen für einfache elektrische Komponenten und Schaltungen gelegt.
-\\ \\ \\
-Die elektronische Schaltungstechnik konzentriert sich nun auf __elektr**on**ische Komponenten und deren Schaltungen__, welche die Analogelektronik betrifft.
-\\ \\ \\
-Diese Komponenten und Schaltungen verbinden häufig die digitale mit der analogen Welt oder passen Spannungen und Ströme so an, dass diese weiterverwendet werden können. Daneben bilden die Komponenten "Transistor" und "Diode" die Basis sowohl für Digital-, Leistungs- als auch Hochfrequenzelektronik. Ohne zu übertreiben, stellen diese Komponenten die Grundlage der modernen Welt dar; sie bilden heute das [[grundlagen_der_digitaltechnik:im_herzen_eines_computers|Herz jedes Computers]] und jedes Rechners.
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+These components and circuits often connect the digital with the analog world or adjust voltages and currents for other sub-circuits. In addition, the components "transistor (**TRANS**fer Res**ISTOR**)" and "diode" form the basis for both digital, power, and high-frequency electronics. Without exaggerating, these components are the basis of the modern world; today they form the heart of every computer and microcontroller.
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-{{youtube>hCyR7a6szFc?size=543x342}}
+=== Circuit Design and Electronics ===
-</WRAP>
+But what is the difference between electronics and electrical engineering? And what does electronic circuit design mean?\\
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+For this purpose, it is useful to take a closer look at the individual parts of the term "electronic circuit design": \\
-\\ \\ \\
+The German wording for "circuit __**design**__" is "Schaltungs__**technik**__". The word "Technik" here is derived from the Greek "τέχνη" (téchne) and means as much as art or craft. At first glance, this seems a bit surprising, since "Technik" is rarely associated with an artistic activity such as painting. In the higher semesters, however, you will learn that understanding, for example, the arrangement of electronics (circuit design) and the application of the individual components requires trained skill and creativity. This is also true for the English "design".\\ \\
-Was unterscheidet aber nun die Elektronik von der Elektrotechnik? Und was bedeutet "elektronische Schaltungstechnik"? Diese Fragen soll das nebenstehende Video beantworten.
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+A __**circuit**__ is an arrangement of electrical or electronic components to form a functioning whole or an electric circuit. We already got to know the term circuit in [[electrical Engineering 1:start]].\\
-Was unterscheidet aber nun die Elektronik von der Elektrotechnik? Und was bedeutet elektronische Schaltungstechnik?\\
-Dazu ist es nützlich die einzelnen Teile des Begriffs "elektronische Schaltungstechnik" näher zu betrachten: \\
-Das Wort __**Technik**__ leitet sich aus dem griechischen "τέχνη" (téchne) ab und bedeutet soviel wie Kunst oder Handwerk. Auf den ersten Blick scheint dies, etwas verwunderlich, da die Technik im Sprachgebrauch eher selten mit einer künstlerische Tätigkeit wie Malen in Verbindung gebracht wird. In den höheren Semestern werden Sie aber lernen, dass das Verständnis beispielsweise der Anordnung von Elektronik (Schaltungsdesign) und die Anwendung der einzelnen Komponenten ein antrainiertes Geschick und Kreativität voraussetzt. \\ \\
-Eine __**Schaltung**__ ist eine Anordnung von elektrischen bzw elektronischen Bauteilen zu einem funktionierenden Ganzen bzw. einem Stromkreis. Den Begriff Stromkreis haben wir bereits im ersten Semester in [[:Elektrotechnik_1:start|Elektrotechnik 1]] kennengelernt. \\ \\
+__**Electronics**__ is derived from the word electrons. This "electron engineering" considers circuits in which an electric current or voltage is controlled by other electric signals. This means, for example, that a voltage $U_{\rm in}$ controls an output voltage $U_{\rm out}$. Physically, the two signals do not have to be electrically connected. \\ \\
-__**Elektronik**__ ist ein Kofferwort aus Elektronen und Technik. Die "Elektronen-Technik" betrachtet Schaltungen, in denen ein elektrischer Strom bzw. eine Spannung durch andere elektrische Signale gesteuert wird. Das bedeutet, dass zum Beispiel eine Spannung $U_{in}$ eine Ausgabespannung $U_{out}$ steuert. Physikalisch müssen die beiden Signale nicht elektrisch miteinander verbunden sein. \\ \\
+=== Is it Electronics? Some Examples ===
-Zunächst soll der Begriff Elektronik an verschiedenen Beispielen näher untersucht werden. Als erstes soll ein Transformator betrachtet werden. Ist dieser ein elektrisches oder elektronisches Bauteil? Im Transformator wird die Ausgangsspannung durch die Magnetfeldänderung erzeugt. Die Magnetfeldänderung wiederum durch die Stromänderung auf der Primärseite. Es liegt also eine direkte Transformation (eine Umwandlung) der Signale vor. Damit ist der Transistor kein elektronisches Bauteil. Falls dies noch etwas unklar ist, so hilft es dieses Kapitel intensiv zu bearbeiten und folgende Beispiele zu vergleichen. \\ \\
+We will now examine the term electronics in more detail using various examples.
-Das zweite Bauteil welches betrachtet werden soll, ist das sogenannte Schütz. Ein Schütz, ist ein elektr(on?)isch gesteuerter Schalter. Bei diesem schließt eine Spule, falls sie bestromt wird, einen sekundären, bzw. ausgangsseitigen Stromkreis. Hier liegt keine direkte, elektrische Verbindung vor. Das Schütz wird häufig noch nicht als elektronisches, sondern als elektromechanisches Bauteil aufgefasst. \\ \\
-Als letztes soll die Elektronenröhre im Licht der Elektronik und Elektrotechnik untersucht werden. Eine Elektronenröhre ist ein Vakuumgefäß, mit mehreren Anschlüssen. An zwei der Anschlüsse führen intern zu jeweils einer Elektrode, die sich gegenüberstehen. diese können auf ein Potentialdifferenz gegeneinander gebracht und erhitzt werden. Dadurch ist es Elektronen möglich aus der Elektrode auszutreten und durch das Vakuum einen Strom zur anderen Elektrode zu erzeugen. Zwischen den beiden Elektroden ist ein Gitter angebracht. Wird dieses auf ein Gegenpotential gesetzt, so kann der Stromfluss unterbunden werden. Hierbei kann durch das Gitterpotential der Stromfluss geändert werden. Die Elektronenröhre wird bereits als elektronisches Bauteil aufgefasst. Heutzutage ist die Elektronenröhre durch Halbleiterkomponenten verdrängt worden.\\ \\
-In diesem Kurs befassen wir uns nur mit Halbleiterelektronikkomponenten und im wesentlichen mit Silizium als Halbleiter.
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+First of all, a transformer will be considered. Is this an electrical or electronic component? In a transformer, the output voltage is generated by the change in the magnetic field. The change of the magnetic field in the windings is caused by the current change on the primary side. So, there is a direct transformation (a conversion) of the signals. The transformer is not considered as an electronic component. This is due to the fact that the input signal not only provides the control but also the electric power. If this is still somewhat unclear, it helps to work intensively on this chapter and to compare the following examples.
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+The second example is the so-called {{wp>contactor}}. A contactor is an electrically controlled switch. In this case, a coil closes a secondary, or output-side circuit if it is energized. There is no direct electrical connection here. The contactor is often not yet regarded as an electronic but as an electromechanical component. This component is on the border between the electronic and electrical components.
-===== 1.1 Warum Verstärker? =====
+The last example to be studied in the light of electronics and electrical engineering is the electron tube. An electron tube is a vacuum vessel, with several connections. Two of the connections lead internally to one electrode each, which faces each other. These can be brought to a potential difference against each other and heated. This allows electrons to escape from the electrode and generate a current to the other electrode through the vacuum. A grid is placed between these two electrodes. If this is set to an opposite potential, the current flow can be stopped. Here, the grid potential can be used to change the current flow. The electron tube is already considered an electronic component. Nowadays the electron tube has been replaced by semiconductor components. \\ \\
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+In this course, we only deal with semiconductor electronic components and basically with silicon as semiconductor.
-{{youtube>KbrHOcgmRkI?size=543x342}}
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-Der Verstärker ist ein - wenn nicht das - zentrales Bauteil in der Elektronik. Um zu verstehen, wofür dieser genutzt wird, sind in den nebenstehenden drei kurzen Videos verschiedene Beispiele dargestellt.
-Im Beispiel 1 wird der Verstärker aus der Sicht der Akustik kurz erklärt.
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-{{youtube>HC4NXIigD98?size=543x342}}
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-Im Beispiel 2 soll ein Sensor mit veränderlichem Widerstand ausgewertet werden. Dieser Fall tritt bei passiven Sensoren (d.h. Sensoren ohne weitere Signalkonditionierung) sehr häufig auf. Viele dieser Sensoren erzeugen nur eine geringe Spannungsdifferenz oder einen sehr kleinen Strom. Würden diese Sensoren direkt an einen Verbraucher bzw. eine weitere Einheit mit geringem Eingangswiderstand angeschlossen, dann würde die Messspannung zusammenbrechen und das daraus ermittelte Messsignal verfälscht.
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-{{youtube>Ki_uU418-xQ?size=543x342}}
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-Im Beispiel 3 sind verschiedene Verstärker im Zusammenspiel mit einem Mikrocontroller zu sehen. Neben der Auswertung von Sensoren ist für viele Anwendungen eine Signalausgabe notwendig. Sollen dabei leistungsstarke Motoren, LEDs, Antennen oder Lautsprecher angesteuert werden, so muss ein Verstärker das Mikrocontrollersignal geeignet wandeln. Außerdem kann ein Verstärker regelungstechnische Aufgaben analog und meist mit geringem Elektronikaufwand übernehmen.
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-===== 1.2 Verstärker - eine Blackbox wird spezifiziert =====
+===== 1.1 Amplifier - a Black Box is going to be specified =====
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+Before the amplifier is examined in more detail in the application, the interfaces and essential characteristics are to be dealt with first.
-{{youtube>wB498oinin4?size=543x302}} ~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~
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-Bevor der Verstärker in der Anwendung näher untersucht werden soll, soll zunächst auf die Schnittstellen und wesentliche Kenngrößen eingegangen werden.
+<panel type="danger" title="Note!">
-<WRAP onlyprint>
-Das Schaltsymbol des Verstärkers wurde ist ein Rechteck mit eingefügtem Dreieck. Die Eingangsklemmen auf der linken Seite sind als $IN+$ und $IN-$ gekennzeichnet. Die Ausgangsklemmen auf der rechten Seite entsprechend mit $OUT+$ und $OUT-$. Die Eingangsspannung $U_E$, bzw. $U_{IN}$ liegt zwischen den Eingangsklemmen und die Ausgangsspannung $U_A$, bzw. $U_{OUT}$ zwischen den Ausgangsklemmen an. \\ \\
-Das zu verstärkende Signal kommt auf der linken Seite von einer beliebigen Quelle. Häufig lässt sich diese als ideale (Spannungs)quelle - d.h. mit Innenwiderstand - auffassen. Das verstärkte Signal wird auf der rechten Seite einer Last zugeführt. Im einfachsten Fall ist diese Last ein ohmscher Widerstand. \\ \\
-</WRAP>
-<WRAP column 40%>
-<panel type="danger" title="Merke">
 <WRAP group><WRAP column 7%>{{fa>exclamation?32}}</WRAP><WRAP column 80%>
-Ein Verstärker ist ein System, welches mit einem Eingangssignal kleiner Leistung ein Ausgangssignal wesentlich größerer Leistung steuert. \\ \\
+An amplifier is a system that uses a low-power input signal to control a much higher-power output signal. \\ \\
-Die notwendige Energie wird der Stromversorgung entnommen!
+The necessary energy is taken from the power supply!
 </WRAP></WRAP></panel>
-</WRAP>
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-==== Kenngrößen ====
+==== Characteristics ====
+Mostly, when an amplifier is used, it is specifically a voltage amplifier. Accordingly, the voltage amplifier is the basis for the following explanation. However, the determined values also apply to other amplifiers. In <imgref pic1> a voltage amplifier is shown as a black box. The voltage amplifier always tries to output a given multiple of the input voltage $U_\rm I$ (in German: //Eingangsspannung// $U_\rm E$) at the output as output voltage $U_\rm O$ (in German: //Ausgangsspannung// $U_\rm A$). This "multiple" can be determined as a ratio.
-<WRAP right><panel type="default">
+<WRAP><panel type="default">
-<imgcaption pic1|Verstärker mit Quelle und Last>
+<imgcaption pic1|Amplifier with source and load>
 </imgcaption>
-{{drawio>Ersatzschaltbild_eines_Verstärkers_Blackbox}}
+{{drawio>Ersatzschaltbild_eines_Verstärkers_Blackbox.svg}}
 </panel></WRAP>
+The symbol of the amplifier is a rectangle with an inserted triangle. The input terminals on the left side are marked $\rm IN+$ and $\rm IN-$. The output terminals on the right side are correspondingly labeled $\rm OUT+$ and $\rm OUT-$. The input voltage $U_\rm I$ is applied between the input terminals and the output voltage $U_{\rm O}$ is applied between the output terminals.
+The signal to be amplified comes from any source on the left-hand side. Often this can be seen as an ideal (voltage) source - i.e. with internal resistance. The amplified signal is fed to a load on the right-hand side. In the simplest case, this load is an ohmic resistor.
-Bei den meisten Anwendungen wird ein Spannungsverstärker benötigt. Entsprechend wird dieser für die folgende Erklärung zu Grunde gelegt. Die ermittelten Größen gelten aber entsprechend für andere Verstärker. In <imgref pic1> ist ein Spannungsverstärker als Blackbox abgebildet. Der Spannungsverstärker versucht stets ein vorgegebenes Vielfaches der Eingangsspannung $U_E$ am Ausgang als Eingangsspannung $U_A$ auszugeben. Dieses "Vielfache" kann als Verhältnis ermittelt werden. \\ \\
+In <imgref pic001> a simulation of an ideal amplifier is shown. The input source specifies the voltage to be amplified. The amplifier with an amplification factor of 100 has the connections for input and output voltage are drawn in. On the right side, a resistor is provided as load; this can be varied via a switch. \\ \\
-Rechts ist eine **Simulation eines idealen Verstärkers** zu sehen. Die eingangsseitige Quelle gibt die zu verstärkende Spannung vor. Der Verstärker mit Verstärkungsfaktor 100 hat die Anschlüsse für Ein- und Ausgangsspannung eingezeichnet. Auf der rechten Seite ist als Last ein Widerstand vorgesehen; dieser kann über einen Schalter variiert werden.
-\\ \\
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-<WRAP right>{{url>https://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html?running=false&cct=$+1+0.001+0.04723665527410147+50+5+43%0A368+288+192+288+160+0+0%0A368+-112+192+-112+160+0+0%0Aw+224+192+288+192+0%0Ax+260+101+305+104+4+24+Last%0Ab+252+115+377+367+0%0Ab+-206+114+-49+366+0%0Ax+-198+100+-129+103+4+24+Quelle%0Aw+192+288+224+288+0%0Ag+224+288+224+320+0%0Ar+288+288+288+192+0+100%0Aw+224+288+288+288+0%0A370+192+192+224+192+1+0%0Ag+-16+288+-16+320+0%0Ar+-112+192+-112+240+0+10000%0Aw+-16+288+-112+288+0%0Av+-112+288+-112+240+4+5+40+0.05+-0.025+0+0.5%0A370+-32+192+0+192+1+0%0Aw+-112+192+-32+192+0%0Aw+288+192+320+192+0%0Aw+288+288+336+288+0%0As+336+192+336+240+0+1+false%0Ar+336+240+336+288+0+100%0Aw+320+192+336+192+0%0Aw+144+224+144+192+0%0Aw+144+256+144+288+0%0Aw+48+256+48+288+0%0Aw+48+224+48+192+0%0A212+48+224+80+224+0+2+100*(a-b)%0Aw+16+288+-16+288+0%0Ab+16+114+173+366+0%0Ax+1+99+189+102+4+24+idealer%5CsVerst%C3%A4rker%0Aw+48+192+0+192+0%0Aw+48+288+16+288+0%0Aw+192+192+144+192+0%0Aw+192+288+144+288+0%0Ax+24+185+43+188+4+12+IN%5Cp%0Ax+26+303+41+306+4+12+IN-%0Ax+135+184+167+187+4+12+OUT%5Cp%0Ax+136+303+164+306+4+12+OUT-%0A 730,400 noborder}}
+<WRAP><well>
-</WRAP>
+<imgcaption pic001|Ideal Amplifier></imgcaption> \\
+{{url>https://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html?running=false&ctz=CQAgjCAMB0mRNIBYDsAmAzANiwVl2ikmPKiLpOSEhuQKYC0YYAUNgBwhrudgCcaLj3BZKYtlk5Mwg-oOmzRUKCwDuXNEnAChvHZBYAPLkpIQMYWiS1bNIADIB7AIYATFgCMuBcGFwgMFBQArGCDLwY0SCxfLQYkPhCYg2MmPl44ECY0WUhaWy0AZUcAVwAnAGM6NW1Bbk4c22EDAHMNJoa7DCjlAzLdAfra5RIDdUbB4SGDQMo5YYn5hBU2phihtYCe8X6FYb3NMXA4OBrNjeY65pYANyzLgYOkSi1-Z6hYfwZENH8xaFwbBQlAY3WGcx0yzG9xk+zB82hQ3m3QhgkRU2EGGwAwMAGcAtjkdjDiMQAAzZwAG1x1X6WPW73pOOO0JRwyZCJqYCQtjs3K0nPU-O8MWF0xqSAauBikpxEs6Nj0aJYaFhsom7EoEy1LIAVAAKZwMDwASi562E52uXjAou54BQtGwySM4BAfESfggJEEBRAAEtXHQqQAdXEAQQAtgAHSn+sn+uhleXg8EppEWzjQpaQnlpoU6JF58XGPnsN5WYQCwQASQAciHo660DEMHlqOZotRwLW6wxXZZ-GB2ALQuB2MFqyAAPIAVQAKo2B9i21YsFo2zKezOF-2kJhlFEjtwECx97QtewIAx-C2-meD5eILe8CpUjkuDR7lqkFvhyBZ1dBgGgSLJbx8Kca2bLtNAaPxvAgKdpwHPgCjqGCkDeccAIfStb3YWQ+C1HAVHPcd8NkTUTBdMjh1veByKEZUgA noborder}}
+</well></WRAP>
+In the simulation some characteristics of an amplifier can be seen:
+  - Ideally, no current flows into the amplifier on the input side.
+  - The current on the output side depends on the connected load. If the load resistance is reduced with the help of the switch, the current increases. The amplifier thus tries to maintain the desired voltage.
+  - On the output side of the amplifier, the current can flow in either direction. \\ The amplifier adjusts the current so that the amplified voltage $U_A=\pm 2.5~\rm V$ can be measured at the output.
+\\
-<WRAP right column 60em>
+<WRAP>
-<panel type="default" title="Kenngrößen" no-body="true">
+<panel type="default" title="Characteristics" no-body="true">
 {{tablelayout?colwidth=""}}
-^ Kenngrößengruppen  ^ #  ^ Kennwert (deutsch)                       ^ Characteristic (english)                                ^ Formel                            ^
+^ Characteristic groups^ #     ^ Characteristic (deutsch)                      ^ Characteristic (english)                                   ^ Formula                                        ^
-| Übersetzungsverhältnisse ^ 1  | Spannungsverstärkung $A_V$               | Voltage Amplification $A_V$                             | $\large{A_V =\frac{U_A}{U_E}}$     |
+| Ratios                       ^ 1  | Spannungsverstärkung $A_{\rm V}$         | Voltage Amplification $A_{\rm V}$                          | $\large{A_{\rm V} =\frac{U_{\rm O}}{U_{\rm I}}}$   |
-| :::            ^ 2  | Stromverstärkung $A_C$                   | Current Amplification $A_C$                             | $\large{A_C =\frac{I_A}{I_E}}$     |
+| :::                          ^ 2  | Stromverstärkung     $A_{\rm C}$         | Current Amplification $A_{\rm C}$                          | $\large{A_{\rm C} =\frac{I_{\rm O}}{I_{\rm I}}}$   |
-| :::            ^ 3  | Übertragungswiderstand $R_ü$             | Transmission Resistance, \\ Transimpedance $R_T$           | $\large{R_ü =\frac{U_A}{I_E}}$     |
+| :::                          ^ 3  | Übertragungswiderstand $R_{\rm ü}$       | Transfer Resistance, \\ Transimpedance $R_{\rm T}$     | $\large{R_{\rm T} =\frac{U_{\rm O}}{I_{\rm I}}}$   |
-| :::            ^ 4  | Übertragungsleitwert (Steilheit) $G, S$  | Transmission Conductance, \\ Transconductance (Slope) $S$  | $\large{G = S = \frac{I_A}{U_E}}$  |
+| :::                          ^ 4  | Übertragungsleitwert (Steilheit) $G, S$  | Transfer Conductance, \\ Transconductance (Slope) $S$  | $\large{G    = S  =\frac{I_{\rm O}}{U_{\rm I}}}$   |
-| Eingangs-/Ausgangs-widerstand ^ 5  | Eingangswiderstand $R_E$ | Input Resistance $R_I$  | $\large{R_E =\frac{U_E}{I_E}}$ |
+| Input/Output Resistance      ^ 5  | Eingangswiderstand   $R_{\rm E}$         | Input Resistance  $R_{\rm I}$                              | $\large{R_{\rm I} =\frac{U_{\rm I}}{I_{\rm I}}}$   |
-| :::                           ^ 6  | Ausgangswiderstand $R_A$ | Output Resistance $R_A$ | $\large{R_A =-\frac{\Delta U_A}{\Delta I_A}}$ |
+| :::                          ^ 6  | Ausgangswiderstand   $R_{\rm A}$         | Output Resistance $R_{\rm O}$                      | $\large{R_{\rm O} =-\frac{\Delta U_{\rm O}}{\Delta I_{\rm O}}}$  |
-| Rückwirkung ^ 7  | Spannungsrückwirkung $A_{rV}$ | -  | $\large{A_{rV} =\frac{U_E}{U_A}}$ |
+| Reverse gains                ^ 7  | Spannungsrückwirkung $A_{\rm rV}$        | Reverse Voltage Gain                                       | $\large{A_{\rm rV} =\frac{U_{\rm I}}{U_{\rm O}}}$  |
-| :::         ^ 8  | Stromrückwirkung $A_{rC}$     | -  | $\large{A_{rC} =\frac{I_E}{I_A}}$ |
+| :::                          ^ 8  | Stromrückwirkung     $A_{\rm rC}$        | Reverse Current Gain                                       | $\large{A_{\rm rC} =\frac{I_{\rm I}}{I_{\rm O}}}$  |
 </panel>
 </WRAP>
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-In der Simulation sind einige Eigenschaften eines Verstärker zu sehen:
+The ratios of the input and output quantities of a black box are called **characteristics**. A well-known parameter is, for example, the efficiency $\eta = \frac{P_{\rm O}}{P_{\rm I}}$. In the case of an amplifier, only the voltages and currents are considered as input and output quantities. Various amplifier parameters are shown in the table. \\
-  - Im Idealfall fließt eingangsseitig kein Strom in den Verstärker.
+Different transmission ratios result, depending on the desired input variable and the output variable, which is to be controlled. It is important that the transmission resistance $R_\rm T$ and the transfer conductance $S$ do not correspond to any electrical component, since current and voltage are not measured at the same terminals.
-  - Der ausgangsseitige Strom ist abhängig von der angeschlossenen Last. Wird mit Hilfe des Schalters der Lastwiderstand verringert, so erhöht sich der Strom. Der Verstärker versucht so die gewünschte Spannung aufrecht zu erhalten.
-  - Auf der Ausgangsseite des Verstärkers kann der Strom in beide Richtungen fließen. \\ Der Verstärker stellt den Strom so ein, dass die verstärkte Spannung $U_A=\pm 2,5V$ am Ausgang zu messen ist.
+When current and voltage at the same "side "are put into relation, the input resistance $\boldsymbol{R_{\rm I}}$ and the output resistance $R_\rm O$ result. From [[:electrical engineering 1:start]] it is known that an equivalent resistance of a system is given by the quotient of open circuit voltage $U_{\rm OC}$ and short circuit current $I_{\rm SC}$. Important: A resistor must always be considered in the passive sign convention: For a (positive) resistance value, the current and voltage arrows must be plotted in the same direction. For input resistance, this is already the case (see also <imgref pic1>).
-\\
-Die Verhältnisse der Eingangs- und Ausgangsgrößen einer Blackbox nennt man **Kenngrößen**. Eine bekannte Kenngröße ist beispielsweise der Wirkungsgrad $\eta = \frac{P_A}{P_E}$. Beim Verstärker werden als Eingangs- und Ausgangsgrößen nur die Spannungen und Ströme betrachtet. In der Tabelle sind verschiedene Verstärkerkenngrößen dargestellt. \\
+However, for output resistance $\boldsymbol{R_{\rm O}}$ (in the amplifier), the arrows of $U_\rm O$ and $I_\rm O$ are antiparallel. Therefore the fraction is a negative value. For getting a resistance value this fraction must be negated accordingly. However, for the measurement of the short-circuit current $I_{\rm O, SC}$ the output resistance is also often problematic. At the beginning of this subchapter, it was already described that the voltage amplifier always tries to output a given multiple of the input voltage $U_\rm I$ at the output as input voltage $U_\rm O$. It would also attempt to do this in the event of a short circuit. The current $I_\rm O$ would accordingly become very large. When measuring the short-circuit current $I_{\rm O, SC}$, the disproportionately increasing losses $P=R_O\cdot I_O^2$ via the output resistance could then destroy the amplifier. Thus, determining the output resistance via the quotient of $U_\rm O$ and $I_\rm O$ is not possible. Since the output resistance is assumed to be an ohmic resistance - i.e. slope in the $U$-$I$ diagram - any two (load) points on the straight line can be used to form the quotient. Specifically, when measuring the output resistance, one can measure the situation of the amplifier output with two different loads $R_{\rm L,1}$ and $R_{\rm L,2}$ and find the differences $\Delta U_{\rm O}=U_{\rm O,1}-U_{\rm O,2}$ and $\Delta I_{\rm O}=I_{\rm O,1}-I_{\rm O,2}$. \\
-Abhängig von der gewünschten Eingangsgröße, welche als Input herangezogen werden soll, und der Ausgangsgröße, welche geregelt werden soll, ergeben sich verschiedene **Übersetzungsverhältnisse**. Wichtig ist dabei, dass Übertragungswiderstand $R_ü$ und Übertragungsleitwert $S$ keinem elektrischen Bauteil entspricht, da Strom und Spannung nicht an den gleichen Anschlüssen gemessen werden. \\
+The most important characteristics of the voltage amplifier are the voltage gain $A_\rm V$, as well as the input and output resistance $R_\rm I$ and $R_\rm O$.
-Werden Strom und Spannung an den gleichen Anschlüssen in Verhältnis gesetzt, ergeben sich der **Eingangswiderstand** $\boldsymbol{R_E}$ und der Ausgangswiderstand $R_A$. Aus [[Elektrotechnik_1:start|Elektrotechnik 1]] ist bekannt, dass für einen Ersatzwiderstand eines System der Quotient aus Leerlaufspannung $U_{LL}$ und Kurzschlussstrom $I_{KS}$ genutzt werden kann. Wichtig dabei: Ein Widerstand muss immer im Verbraucherzählpfeilsystem betrachtet werden: Für einen positiven Widerstandswert müssen Strom- und Spannungspfeil in die gleiche Richtung aufgetragen sein. Bei Eingangswiderstand ist das bereits der Fall (siehe auch <imgref pic1>). \\ Beim **Ausgangswiderstand** $\boldsymbol{R_A}$ (__im__ Verstärker) ist jedoch der Pfeil von $U_A$ und $I_A$ antiparallel. Der Quotient ist ein negativer Wert und muss entsprechend muss negiert werden. Beim Ausgangswiderstand ist aber auch die Messung des Kurzschlussstroms $I_{A,KS}$ problematisch. Zu Beginn dieses Unterkapitels wurde bereits beschrieben, dass der Spannungsverstärker stets versucht ein vorgegebenes Vielfaches der Eingangsspannung $U_E$ am Ausgang als Eingangsspannung $U_A$ auszugeben. Dies würde er auch bei einem Kurzschluss versuchen. Der Strom $I_A$ würde entsprechend sehr groß werden. Bei der Messung des Kurzschlussstroms $I_{A,KS}$ könnten dann die überproportional steigenden Verluste $P=R_A\cdot I_A^2$ über den Ausgangswiderstand den Verstärker zerstören. Den Ausgangswiderstand über den Quotienten aus $U_A$ und $I_A$ zu ermitteln, ist also nicht möglich. Da der Ausgangswiderstand als ohmschen Widerstand - also Steigung im $U$-$I$-Diagramm - angenommen wird, können beliebige zwei (Last)Punkte auf der Geraden zur Quotientenbildung genutzt werden. Konkret heißt dies, dass zum Messen des Ausgangswiderstands der Verstärker mit zwei unterschiedlichen Lasten $R_{L,1}$ und $R_{L,2}$ betrachtet und die Differenzen $\Delta U_A=U_{A,1}-U_{A,2}$ und $\Delta I_A=I_{A,1}-I_{A,2}$ ermittelt. \\
-Die wichtigsten Kenngrößen beim Spannungsverstärker sind die Spannungsverstärkung $A_V$, sowie Eingangs- und Ausgangswiderstand $R_E$ und $R_A$.
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-==== Ersatzschaltbild ====
+==== Equivalent Circuit Diagram ====
-<WRAP right><panel type="default">
+<WRAP><panel type="default">
-<imgcaption pic2|Verstärker mit Quelle und Last (mit realen Spannungsquellen)>
+<imgcaption pic2|Amplifier with source and load (with real voltage sources)>
 </imgcaption>
-{{drawio>Ersatzschaltbild_eines_Verstärkers}}
+{{drawio>Ersatzschaltbild_eines_Verstärkers.svg}}
 </panel></WRAP>
-Nach den Kenngrößen soll der erste Versuch unternommen werden den inneren Aufbau des Verstärkers zu verstehen. Im vorherigen Abschnitt wurden Strom-Spannungs-Verhältnisse aus der Außenansicht ermittelt. Dort wurde auf der Eingangsseite des Verstärkers ein Eingangswiderstand $R_E$ beschrieben. Dieser wird nun im Ersatzschaltbild berücksichtigt (siehe <imgref pic2>). Auch auf der Ausgangsseite wurde ein Widerstand durch die Betrachtung als Blackbox ermittelt. Hier ist aber zusätzlich zu beachten, dass der Verstärker - dem Namen nach - das Eingangssignal verstärken soll. Hier muss also neben dem Ausgangswiderstand $R_A$ auch noch ein Element genutzt werden, welches die verstärkte Spannung ausgibt. Dies ist die eingezeichnete Spannungsquelle [(Note1>Die im Verstärker vewendete Spannungsquelle ist eine [[https://de.wikipedia.org/wiki/Gesteuerte_Quelle|gesteuerte Quelle]], auf diesen Terminus soll in diesem Kurs nicht weiter eingegangen werden)]. Die Spannung der Spannungsquelle richtet sich nach der am Eingangswiderstand $R_E$ anliegenden Spannung. Sie ist genauer um den Faktor der Spannungsverstärkung $A_V$ größer.
+After the view on the characteristics, we try to understand the internal structure of the amplifier. Up to now, The current-voltage relationships were determined from the external view. There, an input resistance $R_\rm I$ was described on the input side of the amplifier. This is now taken into account in the equivalent circuit diagram (see <imgref pic2>). Resistance was also determined on the output side. Within the black box, however, it must also be noted that the amplifier - according to its name - has to amplify the input signal. So here, besides the output resistor $R_\rm O$, also an element has to be used, which outputs the amplified voltage. [(Note1>The voltage source used in the amplifier is a {{wp>dependent source}}, this term will not be discussed further in this course. )]. The voltage of the voltage source depends on the voltage applied to the input resistor $R_\rm I$. It is more precisely larger by the factor of the voltage gain $A_\rm V$. \\
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-<WRAP right>{{url>https://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html?running=false&ctz=CQAgjCAMB0l5Amc0AsBmAnGLA2SGBWMFDADgzRBVJAKrQChoQBLAEwFMBDAGwEEAtgAcwNSCEooQOEAEkAcgB0hVKCCQKAtCADsE9SADyAVQAqy2msonT2mpUoA1APoBlC2AgRxL19rBIXiAAShwAzixhAC4A9gBOAKI8AophYKkIinGhEdHxSSlhmWFoWTmRsYnJqaVhKGXhFfnVYTqppA25lQWpYJC9WYZCgkKhvD1p7b39aelpmXFDIxO1bUWdTVWFBNNQitPwqf0H8Idhx2mncEf7l9fnt31n6UfQOLco0Gg6KASQ2AQdAgUGAiDoOJoAo8LjMOr0dqlIQi7qdbqRoGAIXCwujMZpsU8zjDoAgGCDxNRwBhAnh1EDwKxOLwRqI9ijxDNCVc2Vy4Dz4PyBXMYO8wpCdLAcOhyNTSIDIDpSLU+kcQB00jsxaCTkTYPBgRgfjodAQEAggQQUJB6g92RzXqSAO7qK1UpBoa1uqAMAAe6mpavs3xAWFUwJAABkuNFfSBITgZKQ9JpDSGKS6QABFACuHB4PA4DGdCEgNAQpBoYB0MnLYiL6lLXqrMmwSEg9cptYkSC77edlNb4BbAfbfoIib0YBwdAw6fDjg4cWiABO4gBrRcMYLgALgFBSTyBXccqjiUFqDnQAhbnfutAt3f3sRqV1Ii9QK-1ktlisu8S9hgAHM-3UX9gXENASwvBg4gkT0uw9A8R3AOAv1dBD4N-dtvn-RtB3Aps1DAetINA58AOA-8sO7E921glNhyQBiQMvf56yomhmIAgA3OMMBrX8uNdKQ6FdGBIDoTRxIQOhL2vHC4ynJtGIZCD62Ywd4y9PsJHvL00FNbSYIkQyCIMntqKeBgwhMwIA3MliGQAM14MJC2dRCyNsrydM8wc0D0wdsJ0M9d2IA8wtpbxwAYBTDxo29dJbIiGBUcUVPSrzoqdPiMubIznS4wT8oAlQrTPANyqylL+z5BDTKwjs+X8wygoYAAjbsQxbX80EazrIX4kNk1dPqMG9Tryz0VN9wcchvSAA 730,400 noborder}}
+<WRAP>{{url>https://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html?running=false&ctz=CQAgjCAMB0l5Amc0AsBmAnGLA2SGBWMFDADgzRBVJAKsoIFMBaMMAKGhAEsATRgIYAbAIIBbAA5gakEJRQgcIAJIA5ADoSqUEEjXMQAdjm6QAeQCqAFU20dlS1YM1KlAGoB9AMq224HZ5eBmBIEBAASowAztxRAC4A9gBOAKJCYupRYJkI6kmRMfHJaRlRuVFoeQWxianpmZVRKFXRNcX1UYaZpC2FtSWZYJCDeWYS4hKRwgNZ3YPDWdlZuUljEzONXWW9bXWlBPNQ6vPwmcMn8KdR51mXcGfHt-fXj0NX2WfQOI8o0GiGKAIkGwBEMCBQYCIhhYIVeNwWPUGB0yrGRT0uj1I0DALERUSxOOYeLeV3h0AQ7Ahsmo4AwoTwujB-j4glEkmkR3RsgWJLunN5cH58CFwqWMG+UVYhlgOHQ5DppFBkEMpEaQzOIB6WQOkshF1JsHg4IwAMMhgICAQYIIKEgzReXO5nwpAHddLbaUg0HbPVB2AAPXR0zUuQEgLDacEgAAyCQEvADIFYOCUpGMzAwskzkYUXgSAFckgBjRjsN0ISA0BCkGhgQxKasyMu6Su+utKbBISDNmmNuRIPvdt00zvgDvB7uBgip4zEDDh6nukATITcABm3EYSXY4XAIXAKAUbFC++5VFkkJ03OgBB3e69aA7+8fMh0HtRV6gN+bFarNfdsiDuwADmAG6P+4KyGgFZXuwSRyD6fbekeE7gHAP4ekhiH-t2-yAa2o6QW2OgcG60Hga+QGgYBOH9me3bwRm45IExYHXsCzY0TQrFAQAbkmGANv+PEegodAejAkB0MwkkIHQ163nhSZgMxY7EVBzasaOya+kOciPr6aAWrpcFyMZRFGQOtFvOwURmaEwaWWx-hrsIUSlmR2EuOZOHNshhkGaOuGGBe+7EEeYUMhAF7sEpx50fe+kdiR7BaFKqnpRR-iAZpgm+plQW5UJ3Htll3ZaLaF7BpVWXReAPaCkhPlNsOgqjk5hUAEb9uGHb-mgvndaweUmkmHoDfO3bddWxijYerjkH6QA noborder}}
 </WRAP>
-Rechts ist eine **Simulation eines (nachgebildetem) realen Verstärker** zu sehen. Die eingangsseitige Quelle hat einen hohen Innenwiderstand. Das bedeutet sie ist hochohmig und kann nur wenig Strom liefern. Der Verstärker mit Verstärkungsfaktor 100 hat - neben den Anschlüssen für Ein- und Ausgangsspannung - die Anschlüsse für die Versorgungsspannung eingezeichnet. Auf der rechten Seite ist als Last ein Widerstand vorgesehen; dieser kann über einen Schalter variiert werden.
+The simulation shows a **(simulated) real amplifier**. The input source has a high internal resistance. This means it has a high impedance and can only supply a small amount of current. The amplifier with a gain of 100 has - besides the connections for input and output voltage - also connections for the supply voltage drawn in. On the right side, a resistor is provided as load; this can be varied via a switch.
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-In der Simulation sind einige Eigenschaften eines Verstärker zu sehen:
+In the simulation some properties of an amplifier can be seen:
-  - Eingangsseitig fließt ein geringer Strom in den Verstärker
+  - On the input side, a small current flows into the amplifier.
-  - Der ausgangsseitige Strom ist abhängig von der angeschlossenen Last. Wird mit Hilfe des Schalters der Lastwiderstand verringert, so erhöht sich der Strom. Der Verstärker versucht so die gewünschte Spannung aufrecht zu erhalten.
+  - The current on the output side depends on the connected load. If the load resistance is reduced with the help of the switch, the current increases. The amplifier thus tries to maintain the desired voltage.
-  - Der Verstärker kann sowohl Strom abgeben, als auch aufnehmen. \\ Der Strom auf der Ausgangsseite fließt über die Anschlüsse für die Versorgungsspannung in den Verstärker ein bzw. aus.
+  - The amplifier can output current as well as absorb current. \\ The current on the output side flows in and out of the amplifier through the supply voltage connections.
-  - Die Simulation beruht auf einem realen Verstärker. Dieser hat bei der ausgegebenen Spannung eine geringe Abweichung vom erwarteten Wert $U_A=\pm 2,5V$. Ein Teil der Abweichung wird in diesem Kapitel noch beschrieben.
+  - The simulation is based on a real amplifier. This has a small deviation from the expected value $U_{\rm O}=\pm 2.5~\rm V$ at the output voltage. Part of the deviation will be described later in this chapter.
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-==== idealisierte Verstärkergrundtypen ====
+==== Idealized Amplifier Base Types ====
-<WRAP right column 40em>
+There are basic amplifier types depending on which input variable shall change which output variable. These are listed in the following table.
-<panel type="default" title="idealisierte Verstärkergrundtypen" no-body="true">
+<WRAP>
+<panel type="default" title="Idealized Amplifier Base Types" no-body="true">
 {{tablelayout?colwidth=""}}
-^ # ^ Verstärker              ^ Grafik                                  ^ $\boldsymbol{R_E}$                 ^ $\boldsymbol{R_A}$                 ^ Verstärkung ^
+^ # ^ Amplifier              ^ Symbol                                  ^ $\boldsymbol{R_\rm I}$                 ^ $\boldsymbol{R_\rm O}$                 ^ gain ^
-^ 1 | Spannungsverstärker     | {{spannungsverstaerker_bb.png?200}}(nbsp)(nbsp)(nbsp)(nbsp)      | \\ \\ $ \large{\rightarrow \infty}$(nbsp)(nbsp)(nbsp)(nbsp) | \\ \\ $ \large{\rightarrow 0}$      | \\ \\ $\large{A_V =\frac{U_A}{U_E}}$ |
+^ 1 | voltage amplifier            | {{drawio>voltageamp.svg}}(nbsp)(nbsp)(nbsp)(nbsp)      | \\ $ \large{\rightarrow \infty}$(nbsp)(nbsp)(nbsp)(nbsp) | \\ $ \large{\rightarrow 0}$      | \\ $\large{A_{\rm V} =\frac{U_\rm O}{U_\rm I}}$ |
-^ 2 | Stromverstärker         | {{stromverstaerker_bb.png?200}}          | \\ \\ $ \large{\rightarrow 0}$      | \\ \\ $ \large{\rightarrow \infty}$(nbsp)(nbsp)(nbsp)(nbsp) | \\ \\ $\large{A_C =\frac{I_A}{I_E}}$ |
+^ 2 | current amplifier            | {{drawio>currentamp.svg}}       | \\ $ \large{\rightarrow 0}$       | \\ $ \large{\rightarrow \infty}$(nbsp)(nbsp)(nbsp)(nbsp)  | \\ $\large{A_{\rm C} =\frac{I_\rm O}{I_\rm I}}$  |
-^ 3 | Strom-Spannungs-Wandler | {{stromspannungsverstaerker_bb.png?200}} | \\ \\ $ \large{\rightarrow 0}$      | \\ \\ $ \large{\rightarrow 0}$      | \\ \\ $\large{R_ü =\frac{U_A}{I_E}}$ |
+^ 3 | current-to-voltage converter | {{drawio>voltagecurrconv.svg}}  | \\ $ \large{\rightarrow 0}$       | \\ $ \large{\rightarrow 0}$                               | \\ $\large{R_{\rm T} =\frac{U_\rm O}{I_\rm I}}$  |
-^ 4 | Spannungs-Strom-Wandler | {{spannungsstromverstaerker_bb.png?200}} | \\ \\ $ \large{\rightarrow \infty}$ | \\ \\ $ \large{\rightarrow \infty}$ | \\ \\ $\large{S =\frac{I_A}{U_E}}$ |
+^ 4 | voltage-to-current converter | {{drawio>currvoltageconv.svg}}  | \\ $ \large{\rightarrow \infty}$  | \\ $ \large{\rightarrow \infty}$                          | \\ $\large{S =\frac{I_{\rm O}}{U_{\rm I}}}$    |
 </panel>
 </WRAP>
-Je nach dem, welche Eingangsgröße welche Ausgangsgröße ändern soll, ergeben sich unterschiedliche Verstärkergrundtypen. Diese sind nebenstehend in der Tabelle aufgelistet. Als **Grafik** in [[https://de.wikipedia.org/wiki/Blockschaltbild#Blockschaltbilder_in_der_Elektrotechnik|Blockschaltbildern]] wird für den jeweiligen Verstärkergrundtyp ein Quadrat mit Diagonale gezeichnet, welches auf der Ein- und Ausgangsseite das entsprechende Formelzeichen enthält. \\ \\ Es sollen nun die **Eingangswiderstände** $\boldsymbol{R_E}$ **und Ausgangswiderstände** $\boldsymbol{R_A}$ **für __ideale Spannungsverstärker__** näher betrachtet werden.
+As a symbol in {{wp>block diagram}}s, a square with a diagonal is drawn for the respective basic amplifier type, which contains the corresponding formula symbol on the input and output sides.
-Wird eine Spannung eingelesen, so soll der Eingangswiderstand die Quelle möglichst wenig belasten, damit die zu messende Spannung nicht einbricht (vgl. <imgref pic2>). Dies kann auch in der Simulation des realen Verstärkers (siehe oben) leicht nachgeprüft werden. Wird dort der Widerstand der Last erhöht (Doppelklick), so nähert dieser sich dem Eingangwiderstand des Verstärkers an. Wenn der Wert auf $1 M \Omega $ eingestellt wird, bricht die Spannung auf die Hälfte ein. Der Quellenwiderstand entspricht dann dem Eingangwiderstand des Verstärkers. Wichtig ist also, dass der Eingangwiderstand möglichst hoch, bzw. im Idealfall gegen unendlich strebt. \\
-Eine ähnliche Betrachtung lässt sich für den **Ausgangswiderstand** $\boldsymbol{R_A}$ durchführen. Soll eine Spannung ausgegeben werden, so muss der Ausgangswiderstand so dimensioniert sein, dass auch am Ausgang die Spannung an der Last nicht einbricht. Der Ausgangswiderstand möglichst klein sein, damit die dort abfallende Spannung gering wird. \\
+Now the **input resistance** $\boldsymbol{R_\rm I}$ and **output resistance** $\boldsymbol{R_\rm O}$ for ideal voltage amplifiers shall be considered in more detail.
+If a voltage is the input, the input resistance should load the source as little as possible so that the voltage to be measured does not drop (cf. <imgref pic2>). This can also be easily checked in the simulation of the real amplifier (see above). If the resistance of the load is increased there (double-click), it approaches the input resistance of the amplifier. If the value is set to $1 ~\rm M \Omega $, the voltage drops by half. The source resistance is then equal to the input resistance of the amplifier. It is therefore important that the input resistance is as high as possible, or ideally tends towards infinity. \\
+A similar consideration can be made for the **output resistance** $\boldsymbol{R_\rm O}$. If a voltage is the output parameter, the output resistor must be dimensioned in such a way that the voltage at the load does not drop at the output either. The output resistance should be as small as possible so that the voltage drop there becomes low.\\
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-<WRAP right><panel type="default">
+<WRAP><panel type="default">
-<imgcaption pic3|Verstärker mit Quelle und Last (mit realen Stromquellen)>
+<imgcaption pic3|Amplifier with source and load (with real current sources)>
 </imgcaption>
-{{drawio>Ersatzschaltbild_eines_Verstärkers_Stromquellen}}
+{{drawio>Ersatzschaltbild_eines_Verstärkers_Stromquellen.svg}}
 </panel></WRAP>
-Werden nun die **Eingangswiderstände** $\boldsymbol{R_E}$ **und Ausgangswiderstände** $\boldsymbol{R_A}$ **für __ideale Stromverstärker__** betrachtet, so ist ist eine andere Sichtweise auf den Verstärker günstig. Im <imgref pic3> ist der gleiche, bisher betrachtete Verstärker zu sehen. In diesem Fall sind aber alle reale Spannungsquellen durch reale Stromquellen ersetzt. Diese Umwandlung wurde bereits in [[Elektrotechnik_1:start|Elektrotechnik 1]] beschrieben. Je nach betrachteter, elektrischer Größe kann die eine oder andere reale Quelle vorteilhaft sein. \\ Mit dieser Kenntnis sollen nun Ein- und Ausgangswiderstand des Stromverstärker betrachtet werden. Eingangsseitig soll der größte Teil des Eingangsstroms $I_E$ in den Verstärker fließen. Der Eingangswiderstand $R_E$ muss entsprechend gegen Null streben. Auch am Verstärkerausgang soll der maximale Strom aus dem Verstärker fließen. Hier muss der Ausgangswiderstand $R_A$ muss entsprechend gegen unendlich streben, damit durch diesen einen möglichst geringen Strom fließt. \\
+Now, if the **input resistances** $\boldsymbol{R_\rm I}$ **and output resistances** $\boldsymbol{R_\rm O}$ **for __ideal current amplifiers__** are considered, a different view of the amplifier is favorable. In the <imgref pic3> the same amplifier considered so far can be seen. However, in this case, all real voltage sources are replaced by real current sources. This transformation has already been described in [[Electrical Engineering 1:start]]. Depending on the considered electrical quantity, one or the other real source can be advantageous. \\ The input and output resistance of the current amplifier shall be considered with this knowledge. On the input side, most of the input current $I_\rm I$ should flow into the amplifier. The input resistance $R_\rm I$ must accordingly tend towards zero. The maximum current should also flow out of the amplifier at the amplifier output. Here, the output resistance $R_\rm O$ must accordingly tend towards infinity so that the lowest possible current flows through it.
-Für **__Strom-Spannungs- und Spannungs-Strom-Wandler__** gilt:
-  - Der jeweilige Name setzt sich aus Eingangsgröße-Ausgangsgröße zusammen.
-  - Für die Eingangs- und Ausgangswiderstände kann die jeweils entsprechende Betrachtung des idealen Stromverstärkers bzw. Spannungsverstärkers herangezogen werden.
+The following applies to **__current-voltage and voltage-current converters__**:
+  - The respective name is composed of input variable-output variable.
+  - For the input and output resistances, the respective corresponding consideration of the ideal current amplifier or voltage amplifier can be used.
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-===== 1.3 Rückkopplung =====
+===== 1.2 Feedback =====
-<WRAP right><panel type="default">
+<WRAP><panel type="default">
-<imgcaption pic4|Blockschaltbild eines rückgekoppelten Verstärkers>
+<imgcaption pic4|Block diagram of an amplifier with feedback>
 </imgcaption>
-{{drawio>BlockschaltbildRueckkopplung}}
+{{drawio>BlockschaltbildRueckkopplung.svg}}
 </panel></WRAP>
+One of the fundamental principles of control engineering, digital technology, and electronics is **feedback**. Thus, in the [[introduction to digital systems:start]], the output value of a NOR gate was already fed back to its input via detours in order to create a flip-flop. Similarly, here the output value of the ideal amplifier is to be fed back to the input. In contrast to digital systems, in control engineering and electronics a fraction (in rare cases: a multiple) of the output value is fed back.\\
-Eines der grundlegenden Prinzipien der Regelungstechnik, Digitaltechnik und Elektronik ist die **Rückkopplung**. So wurde in [[Grundlagen der Digitaltechnik:start]] bereits für die Entwicklung eines Flipflops der Ausgangswert eines NOR-Gatters auf dessen Eingangs über Umwege zurückgeleitet. Ähnlich soll hier der Ausgangswert des idealen Verstärker zurück auf den Eingang geleitet werden. Im Gegensatz zur Digitaltechnik wird in der Regelungstechnik und Elektronik ein Bruchteil (in seltenen Fällen: ein Vielfaches) des Ausgangswerts zurückgeführt. \\
+In addition, there is another tool for control engineering, digital systems, and electronics: the **block diagram** or signal flow diagram. In [[Electrical Engineering 1:start]], only circuit diagrams have been used so far. With circuit diagrams there is an interaction of all components due to Kirchhoff's rules, furthermore, voltage differences everywhere or current can be measured over all components. \\
-Zusätzlich gibt es bei Regelungstechnik, Digitaltechnik und Elektronik noch eine weiteres Werkzeug: das **Blockschaltbild**, bzw. auch Signalflussplan genannt. In Elektrotechnik 1 wurden bisher Schaltpläne genutzt. Bei Schaltplänen gibt es eine Wechselwirkung von allen Komponenten durch die Kirchhoffschen Regeln, außerdem sind Spannungsdifferenzen überall bzw. Strom über alle Komponenten messbar. \\
+In contrast to this is the block diagram. This shows individual blocks which link a cause with an effect. In general, no reaction of the effect on the cause is assumed. Causes and effects can be voltages or currents, which are then written on the respective connecting arrow. The block diagram does not claim to conserve energy or charge but serves to provide an overview of the effects and interrelationships. Thus Kirchhoff's rules are usually not applicable there. \\
-Im Kontrast dazu steht das Blockschaltbild. Dieses zeigt einzelne Blöcke (auch Glieder genannt) welche eine Ursache mit einer Wirkung verknüpft. Dabei wird allgemein keine Rückwirkung der Wirkung auf die Ursache angenommen. Ursachen und Wirkungen können Spannungen oder Ströme sein, die dann auf dem jeweiligen, verbindenden Pfeil geschrieben werden. Das Blockschaltbild erhebt keinen Anspruch auf Energie-, oder Ladungserhaltung sondern dient der Übersicht der Wirkungen und Zusammenhänge. Damit sind dort die Kirchhoffschen Regeln i.d.R. nicht anwendbar. \\
+<imgref pic4> shows a block diagram of a feedback amplifier consisting of an ideal voltage amplifier with gain $A_\rm D$ drawn in the center. The output voltage $U_\rm O$, reduced by the factor $k$, is fed back via a feedback element. The circle symbol with the arithmetic symbols (in the block diagram on the left) shows how the incoming values must be offset against each other. The value $k \cdot U_\rm O$ is thus subtracted from the input value $U_\rm I$ in the indicated block diagram. \\ \\
-<imgref pic4> zeigt ein **Blockschaltbild eines rückgekoppelten Verstärkers** mit einem idealen Spannungsverstärker mit Verstärkung $A_D$ mittig eingezeichnet. Über einen Rückkoppler-Glied wird die ausgegebene Spannung $U_A$, um den Faktor $k$ verringert, zurückgeführt. Das Kreis-Symbol mit den Rechenzeichen (im Blockschaltbild links) zeigt an, wie die eingehenden Werte miteinander verrechnet werden müssen. Der Wert $k \cdot U_A$ wird also im angegebenen Blockschaltbild vom Eingangswert $U_E$ abgezogen.
+The advantage of a real amplifier in negative feedback is that the gain $A_\rm V$ of the whole system depends only negligibly on the gain factor $A_\rm D$ of the real amplifier if $A_\rm D$ is very large (see also task 1.3.2). In this case, the gain $ A_{\rm V}=\frac {1}{k}$. To avoid oscillation of the whole system, the amplifier must contain a delay element. This is present in the real amplifier in such a way that the output voltage $U_\rm O$ cannot change infinitely fast. [(Note2>That a voltage change can only take place in a finitely long time is also true for the input voltage. However, this cannot be influenced by the amplifier, but is externally specified.)] (see also task 1.3.1).
-\\ \\
-Der Vorteil eines realen Verstärkers in Gegenkopplung ist, dass die Verstärkung $A_V$ des gesamten Systems nur vernachlässigbar vom Verstärkungsfaktor $A_D$ realen Verstärkers abhängt, wenn $A_D$ sehr groß ist (siehe auch Aufgabe 1.3.2). In diesem Fall ist die Verstärkung $A_V=\frac{1}{k}$. Um ein Oszillieren des gesamten Systems zu vermeiden, muss es ein Verzögerungselement enthalten. Dies ist im realen Verstärkers in der Art vorhanden, dass die Ausgangsspannung $U_A$ sich nicht unendlich schnell ändern kann [(Note2>Dass eine Spannungsänderung nur in endlich langer Zeit stattfinden kann, gilt auch für die Eingangsspannung. Jedoch ist diese nicht durch den Verstärker beeinflussbar, sondern von extern vorgegeben.)] (siehe auch Aufgabe 1.3.1).
 <WRAP column 80%>
-<panel type="danger" title="Merke: Rückkopplung, Mitkopplung, Gegenkopplung">
+<panel type="danger" title="Note: feedback, positive feedback, negative feedback">
 <WRAP group><WRAP column 3%>{{fa>exclamation?32}}</WRAP><WRAP column 85%>
-**__Rückkopplung__** bezeichnet die Rückführung eines Teils des Ausgangssignals eines Verstärkers. \\
-Bei **__Mitkopplung__** wird der Teil des Ausgangssignals mit positiven Vorzeichen zurückgeführt. \\
+**__Feedback__** (German: **__Rückkopplung__**) refers to the return of part of the output signal of an amplifier. \\
-Der Ausgangswert erhöht also betragsmäßig stets dem Eingangswert.
+With **__positive__** (German: **__Mitkopplung__**) feedback, the part of the output signal with a positive sign is fed back.
+The output value is therefore always increased by the input value.
 \\ \\
-Bei **__Gegenkopplung__** wird der Teil des Ausgangssignals mit negativen Vorzeichen zurückgeführt. \\
+With **__negative feedback__** (German: **__Gegenkopplung__**), the part of the output signal with a negative sign is fed back. \\
-Der Ausgangswert dämpft also stets den Eingangswert.
+The output value therefore always attenuates the input value.
 </WRAP></WRAP></panel>
 </WRAP>
 ~~PAGEBREAK~~ ~~CLEARFIX~~
 <WRAP column 80%>
-<panel type="danger" title="Merke: Verstärkungsfaktoren">
+<panel type="danger" title="Note: Gain factors">
 <WRAP group><WRAP column 3%>{{fa>exclamation?32}}</WRAP><WRAP column 85%>
-Die **Differenzverstärkung** $\boldsymbol{A_D}$ bezieht sich nur auf Eingangs- und Ausgangsspannung des inneren Verstärkers: $A_D=\frac{U_A}{U_D}$ \\ Diese wirkt nur ohne externe Rückkopplung. Sie wird auch Leerlaufverstärkung (im Englischen open-loop gain) genannt. \\ \\
+The **differential gain** or **open-loop gain** $\boldsymbol{A_\rm D}$ (German: Differenzverstärkung) refers only to the input and output voltage of the inner amplifier: $A_{\rm D}=\frac{U_\rm O}{U_\rm D}$.
+This acts only without external feedback. It is also called open-loop gain. \\ \\
-Die **Spannungsverstärkung** $\boldsymbol{A_V}$ bezieht sich auf Eingangs- und Ausgangsspannung der gesamten Schaltung __mit Rückkopplung__: $A_V=\frac{U_A}{U_E}$ \\ Sie wird im Englischen closed-loop gain genannt. \\ \\
+The **voltage gain** $\boldsymbol{A_\rm V}$ refers to the input and output voltage of the whole circuit with feedback: $A_{\rm V}=\frac{U_\rm O}{U_\rm I}$. \\ It is also called closed-loop gain. \\ \\
 </WRAP></WRAP></panel>
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 ~~REFNOTES~~
-====== Aufgaben ======
+====== Exercises ======
-{{page>Übungsblatt1&nofooter}}
+{{page>exercise_sheet_1&nofooter}}
-{{page>Übungsblatt2&nofooter}}
+{{page>exercise_sheet_2&nofooter}}
-====== Lernfragen ======
+====== Learning Questions ======
-=== zum Selbststudium ===
-  * Wie ist ein Verstärker definiert?
-  * Erklären Sie anhand eines Beispiels was das Wesen eines Verstärker ist.
-  * Wie bestimmt man den Eingangs- und Ausgangswiderstand eines Operationsverstärker?
-  * Wie sind Eingangs- und Ausgangswiderstand bei einem Stromverstärker zu wählen? Warum?
-  * Nennen Sie 2 Verstärker Grundtypen.
-  * Wann spricht man von einer Mitkopplung und wann von einer Gegenkopplung?
-  * Erklären Sie das Prinzip der Gegenkopplung.
-  * Wie unterscheiden sich Spannungsverstärkung und Differenzverstärkung? Beschreiben Sie kurz den Unterschied zwischen $A_V$ und $A_D$.
-  * Wie wirkt sich $A_D$ auf die Ausgangsspannung $U_A$ aus, wenn in einer Operationsverstärker-Schaltung keine Rückkopplung vorhanden ist?
-  * Wie wirkt sich $A_D$ auf die Ausgangsspannung $U_A$ aus, wenn in einer Operationsverstärker-Schaltung eine Rückkopplung vorhanden ist und $A_D$ von 100'000 auf 200'000 erhöht wird?
-  * Bei welchem Wert für k wird die Rückkopplung maximal?
-  * Welche Werte kann k bei einem passiv rückgekoppelten Verstärker annehmen?
-  * Welchen Einfluss nimmt k auf den Verstärker?
-  * Was passiert, wenn man die komplette Spannung rückkoppelt?
-=== mit Antworten ===
+=== for your Self-Study ===
+  * What is the definition of an amplifier?
+  * Explain with an example what is the essence of an amplifier.
+  * How do you determine the input and output resistance of an amplifier?
+  * How should the input and output resistance be selected for a current amplifier? Why?
+  * When is it called positive feedback and when is it called negative feedback?
+  * Explain the principle of negative feedback.
+  * What is the difference between voltage gain and differential gain? Briefly describe the difference between $A_\rm V$ and $A_\rm D$.
+  * How does $A_\rm D$ affect the output voltage $U_\rm O$ when there is no feedback in an op-amp circuit?
+  * What is the effect of $A_\rm D$ on the output voltage $U_\rm O$ when feedback is present in an op-amp circuit and $A_\rm D$ is increased from $100'000$ to $200'000$?
+  * At what value for k does the feedback become maximum?
+  * What values can k take for a passive feedback amplifier?
+  * What effect does k have on the amplifier?
+  * What happens if you feed back the entire output voltage?
-<quizlib id="quiz" rightanswers="[['a3'],['a2'], ['a3'], ['a1'], ['a3'], ['a0', 'a3']]" submit="Antworten überprüfen">
+=== with Answers ===
-    <question title="Wie ist der Ausgangswiderstand eines Verstärkers definiert?" type="checkbox">
-$R_A = \Delta U_E / \Delta I_A$|
-$R_A = U_E / I_A$|
-$R_A = \Delta U_A / \Delta I_A$|
-$R_A = -\Delta U_A / \Delta I_A$|
-$R_A =  U_A / I_A$
-</question>
-    <question title="Wann spricht man von Gegenkopplung, wann von Rückkopplung?" type="checkbox">
-Rückkopplung = Gegenkopplung = neg. Rückführung|
-Rückkopplung = neg. Rückführung, Gegenkopplung = Rückführung allg. |
-Gegenkopplung = neg. Rückführung, Rückkopplung = Rückführung allg. |
-Gegenkopplung = neg. Rückführung, Rückkopplung = pos. Rückführung
-</question>
-    <question title="Ideale Widerstände eines Spannungs-Strom-Wandlers" type="checkbox">
-$R_E → 0$, $R_A → ∞$|
-$R_E → 0$, $R_A → 0$|
-$R_E → ∞$, $R_A → 0$|
-$R_E → ∞$, $R_A → ∞$
-</question>
-    <question title="Wofür kann man einen Linearregler nutzen?" type="checkbox">
-Zum Regeln von Linearmotoren|
-Zur Ausgabe von festen Spannungswerten|
-Zum Regeln von linearen Schaltungen|
-Zur Ausgabe fester Stromwerte
-</question>
-    <question title="Welche Art von Verstärker erzeugt aus einem Eingangsspannung $U_E$ einen Ausgangsstrom $I_A$ in der Art, dass eine Ausgangsspannung $U_A = C \cdot U_E$ mit konstantem $C$ entsteht?" type="checkbox">
-Strom-Spannungs-Wandler|
-Stromverstärker|
-Spannungs-Strom-Wandler|
-Spannungsverstärker
-</question>
-    <question title="Der Übertragungswiderstand ..." type="checkbox">
-kann nicht mittels eines Widerstandsmessgeräts gemessen werden|
-kann für Spannungsteiler genutzt werden|
-ist gegeben durch ${U_E} \over {I_A}$, mit Eingangsspannung $U_E$ und Ausgangstrom $I_A$ |
-gibt eine Verstärkung an
-</question>
-</quizlib>
+<WRAP group>
+<WRAP column half>
+<WRAP hide> <quizlib id="dummy" rightanswers="[[]]" submit="x"></quizlib> Only necessary to eliminate the score bar... </WRAP>
+{{page>circuit_design:1_quiz_1.1.0&nofooter}}
+{{page>circuit_design:1_quiz_1.1.1&nofooter}}
+<panel type="info" title="Exercise - Quiz"> <WRAP group><WRAP column 2%>{{fa>pencil?32}}</WRAP><WRAP column 88%>
+<quizlib id="quiz3" rightanswers="[['a3']]" submit="check answers">
+    <question title="What type of amplifier produces an output current $I_\rm O$ from an input voltage $U_\rm I$, such that an output voltage $U_\rm O = k \cdot U_\rm I$ with constant $k$ is produced?" type="checkbox">
+Current-to-voltage converter|
+Current amplifier|
+Voltage-to-current converter|
+Voltage amplifier
+</question></quizlib></WRAP></WRAP></panel>
+</WRAP><WRAP column half>
+<panel type="info" title="Exercise - Quiz"> <WRAP group><WRAP column 2%>{{fa>pencil?32}}</WRAP><WRAP column 88%>
+<quizlib id="quiz4" rightanswers="[['a0', 'a3']]" submit="check answers">
+    <question title="The transfer resistance ..." type="checkbox">
+Cannot be measured using a resistance meter|
+Can be used for voltage dividers|
+Is given by ${U_\rm I} \over {I_\rm O}$, with input voltage $U_\rm I$ and output current $I_\rm O$|
+represents the gain
+</question></quizlib></WRAP></WRAP></panel>
+<panel type="info" title="Exercise - Quiz"> <WRAP group><WRAP column 2%>{{fa>pencil?32}}</WRAP><WRAP column 88%>
+<quizlib id="quiz5" rightanswers="[['a0','a3']]" submit="check answers">
+    <question title="An amplifier circuit..." type="checkbox">
+...  needs an additional power supply for the amplification.|
+... can only be built with positive feedback. |
+... controls by an input circuit with high power output with small power.|
+... has to include a voltage divider
+</question></quizlib></WRAP></WRAP></panel>
+</WRAP>