Übung 4 Wechselstromverstärker mit Bipolartransistor

Universität
Stuttgart
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
Abt. Elektrische Energiewandlung
Prof. Dr.-Ing. N. Parspour
Übung 4
Wechselstromverstärker mit Bipolartransistor
Aufgabe 4.1
(Kleinsignalverstärker mit Bipolartransistor)
Im nachfolgenden Bild ist die Schaltung eines Kleinsignalverstärkers dargestellt.
Bild 4.1
Kleinsignalverstärker mit einem Bipolartransistor
Von der Schaltung sind folgende Daten bekannt:
Versorgungsspannung
U Bat
Signalspannung
u e (t) 10 mV sin(2
f
npn-Transistor
12 V
f t)
1 kHz
U BE0
0, 6 V
B
200
IC(AP)
30 mA
R BE
300
R CE
Kapazitive Effekte dürfen vernachlässigt werden!
Koppelkondensatoren
Ce
Ca
10 F
Einführung in die Elektrotechnik 2
Übung 4: Wechselstromverstärker mit Bipolartransistor
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Fragen
1.
Beschreiben Sie die Funktion der beiden ohmschen Widerstände R1 und R2 sowie der
Kondensatoren Ce und Ca.
2.
Zeichnen Sie das Gleichstromersatzschaltbild der Schaltung und bestimmen Sie die Widerstände
R1, R2 und RC, sodass der Transistor im gewünschten Arbeitspunkt betrieben wird (bestimmen Sie
R1 und R2 unter der Maßgabe, dass durch R1 der 5-fache Basisstrom fließt).
3.
Zeichnen Sie das Wechselstromersatzschaltbild der Verstärkerschaltung.
4.
Bestimmen Sie die Blindwiderstände der Kondensatoren.
Welche Vernachlässigungen können Sie treffen?
Zeichnen Sie das Ersatzschaltbild aus Frage 3 unter Berücksichtigung der Vernachlässigungen
erneut auf.
5.
Bestimmen Sie die Stromverstärkung vI
Leistungsverstärkung v P
iC
ie
, die Spannungsverstärkung v U
ua
und die
ue
v I v U unter den in Frage 4 getroffenen Vernachlässigungen.
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Aufgabe 4.2
(Kleinsignalverstärker mit Bipolartransistor)
Mit einem npn-Bipolartransistor soll ein Kleinsignalverstärker aufgebaut werden. Das Ersatzschaltbild
des Verstärkers ist im nachfolgenden Bild dargestellt.
Bild 4.2
Grundschaltung eines Verstärkers in Emitterschaltung
Von der Schaltung sind folgende Daten bekannt:
Versorgungsspannung
U Bat
12 V
Signalspannung
u e (t) 8,5 mV sin(2
f t)
f 1600 Hz
npn-Transistor
U BE0
0, 6 V
B
200
R BE
300
R CE
IC(AP)
30 mA
Kapazitive Effekte dürfen vernachlässigt werden!
Koppelkondensatoren
Ce
Ca
10 F
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Fragen
1.
Wo liegt der günstigste Arbeitspunkt wenn der Transistor als Kleinsignalverstärker betrieben
werden soll?
2.
Zeichnen Sie das Gleichstromersatzschaltbild der Verstärkerschaltung auf (ersetzen Sie den
Transistor durch sein linearisiertes Ersatzschaltbild).
Ermitteln Sie die Widerstände R1 und RC, sodass der Transistor im gewünschten Arbeitspunkt
betrieben wird.
Skizzieren Sie das Ausgangskennlinienfeld des Transistors und tragen Sie die Arbeitsgerade ein.
3.
Zeichnen Sie das Wechselstromersatzschaltbild für die Verstärkerschaltung auf und bestimmen Sie
die Blindwiderstände der Koppelkondensatoren.
Welche Vereinfachungen können Sie treffen?
4.
Berechnen Sie die Stromverstärkung, die Spannungsverstärkung und die Leistungsverstärkung,
wenn der Verstärker mit dem sinusförmigen Eingangssignal mit einer Frequenz von 1600 Hz
betrieben wird. Geben Sie den Kollektorstrom und die am Transistor zwischen Kollektor und
Emitter abfallende Spannung an. Welche Spannung ua(t) kann am Ausgang der Verstärkerschaltung
abgegriffen werden?
5. Berechnen Sie die untere Grenzfrequenz des Verstärkers.
6. Berechnen Sie die im Transistor in Wärme umgesetzte mittlere Verlustleistung.
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