Bauelemente und Schaltungstechnik
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Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt Version 2.8 vom 5.4.2017 Universität Siegen - Analoge Schaltungstechnik Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt TESTATBOGEN Name des Studierenden Matrikelnummer Gruppe _______________________________________________________________________ Ich versichere, daß ich die geltende Laborordnung gelesen habe und respektieren werde ............................................................... (Datum, Unterschrift des Studierenden) Versuch Versuchsbezeichnung Nr. 1 Kleintransformator, Gleichrichter und Spannungsregler 2 Messung an Kleinrelais Datum 3 Spule und Schwingkreis 4 Sperrschicht-Feldeffekt-Transistor 5 Transistor als Schalter und Verstärker 6 Arbeitspunktstabilisierung 7 Simulieren mit WinSpice 8 Platinenentwurf Gesamttestat ............................... Datum, Unterschrift -2- Testat Versuch Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik 0.1 Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt Rahmen-Laborordnung für den Fachbereich 12 Verabschiedet vom Fachbereichsrat, 108. Sitzung am 15.7.1981 geändert vom Fachbereichsrat, 112. Sitzung am 17.2.1982 0.1.1 Geltungsbereich und Weisungsbefugnis 1. Die vorliegende Rahmen-Laborordnung gilt für die labormäßig genutzten Räume des Fachbereichs 12. Die einzelnen Fachgebiete können entsprechend ihren Bedürfnissen diese Rahmenordnung ergänzen. 2. Die folgenden Bestimmungen gelten für alle in den Laborräumen tätigen Personen. 3. Weisungsbefugnis im Laborbereich haben die zuständigen Professoren und die von ihnen benannten Personen. 0.1.2 Sicherheitsmaßnahmen 1. Jede im Laborbereich tätig werde Person hat vor Arbeitsaufnahme Kenntnis zu nehmen von – dem Alarm-Merkblatt der Hochschule – dem Merkblatt über Gefahren des elektrischen Stromes – der Erste-Hilfe-Schautafel – den Bestimmungen VDE 0100 §4 - 14 und §40, 41 – den Bestimmungen VDE 0105 Teil 12. 2. Jede im Laborbereich tätige Person hat sich jeweils vor Arbeitsaufnahme zu orientieren über die örtliche Lage der „Not-Aus“-Schalter (meist neben der Eingangstür), der Feuerlöscher und Verbandkästen die möglichen Fluchtwege und die Lage der beschilderten Notausgänge. 3. Soweit es sich bei den Laborarbeiten um Praktikumsversuche handelt, sind die Versuchsbeschreibungen Bestandteil dieser Laborordnung. 4. Eine Umgehung der Sicherheitseinrichtungen ist verboten. 5. Schalthandlungen an der zentralen Stromversorgungsanlage sowie den Unterverteilungen und Abnahmetafeln dürfen nur von den unter 0.1.1 3 genannten Personen ausgeführt werden. 6. Das Einschalten der Stromversorgung bei Versuchseinrichtungen erfolgt in der Regel durch das betreuende Laborpersonal nach vorheriger Abnahme der Versuchsschaltung. Schaltungsaufbau und -änderungen dürfen nur im ausgeschalteten Zustand vorgenommen werden. In Ausnahmefällen können diese Bestimmungen in Absprache mit den unter 0.1.1 3 genannten Personen aufgehoben werden. 7. Bleibt die Versuchsanordnung ohne Aufsicht, so ist sie spannungsfrei zu schalten oder besonders zu kennzeichnen und gegebenenfalls zu sichern. 0.1.3 Ordnungsmaßnahmen 1. Die Laborräume sind in der Regel während der allgemeinen Öffnungszeiten benutzbar. Nach Absprache mit den unter 0.1.1 3 genannten Personen kann ein Laborraum außerhalb der Öffnungszeiten benutzt werden, sofern sich mindestens eine weitere Person in der Nähe aufhält. 2. Schäden und Störungen sind zu melden. Für grob fahrlässig oder mutwillig verursachte Schäden haftet der Verursacher. -3- Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt 3. In den Laborräumen ist auf Ordnung und Sauberkeit zu achten. Jeder Benutzer ist für die Ordnung an seinem Arbeitsplatz verantwortlich. 4. Derjenige Benutzer, welcher einen Laborraum als Letzter verläßt, hat diesen Raum abzuschließen oder das Abschließen zu veranlassen 0.2 Maßnahmen bei einem Unfall Bei unmittelbarer Gefahr sofort Strom abschalten: 1. mit den Hauptschaltern des Versuchsaufbaus oder mit dem „Not-Aus“-Schalter. 2. Am Telefon des Laborraums den Notruf 2111 wählen und den Unfall melden (die Leitzentrale ist Tag und Nacht besetzt). 3. Zuständiges Personal informieren. 0.3 Gefahren des elektrischen Stromes Die Gefährdung bei Berührung eines spannungsführenden Teiles hat verschiedene Einflußgrößen • Die Stromstärke ist abhängig von der abgegriffenen Spannungsdifferenz, dem Widerstand des menschlichen Körpers (Minimalwert ca. 1 kΩ ), der Umgebung und dem Innenwiderstand der Quelle. • Die Einwirkungsdauer ist abhängig von der Art der Berührung und der Ansprechzeit eines vorgeschalteten Schutzorganes. Außerdem besteht die Gefahr des Verkrampfens ab einer bestimmten Stromstärke was ein Nichtwiederloslassen zur Folge haben kann. Dadurch wird die Einwirkungsdauer verlängert. • Die Art des Stromes. 50-Hz-Wechselstrom ist am gefährlichsten, während die Gefährdung zu Gleichstrom und höheren Frequenz hin geringfügig abnimmt. • Die körperliche Verfassung (Herztätigkeit, Transpiration) des Menschen hat einen Einfluß auf die Belastbarkeitsgrenzen. Bei der Ermittlung von Wirkungsbereichen (Einfluß von Stromstärke und Einwirkungsdauer und auftretende körperliche Folgen) kann man sich auf Tier- und Menschenversuche stützen. Die Ergebnisse dieser Untersuchungen lassen eine Einteilung in 6 Bereiche zu (siehe folgende Seite): -4- -5- 15 - 30 mA 30 - 50 mA 50 - ≈ 500 mA > ≈ 500 mA II III IV V Herzunregelmäßikgkeiten. Starke Krämpfe ! Bewußlosigkeit! Gefahr des Herzkammerflimmerns bei längerer Einwirkzeit Starker Schock jedoch kein Herzkammerflimmern Herzkammerflimmern, Bewußtlosigkeit, Brandwunden Herzkammerflimmern, Bewußtlosigkeit, Brandwunden Herzstillstand, Bewußtlosigkeit, Verbrennungen < 0,75 s (1Hz-periode) > 0,75 s (1Hz-periode) < 0,75 s > 0,75 s Krampfartiges Zusammenziehen der Arme. Atmungsbeschwerden u. Blutdrucksteigerung. Grenze der Erträglichkeit Bereich bis zur Krampfschwelle, Loslassen nicht mehr möglich. Schmerzen in den Muskeln, der Arme u. Finger Bereich bis zur Wahrnehmbarkeitsschwelle Wirkung auf Menschen Sekunden bis Minuten Minuten beliebig beliebig Einwirkungsdauer bis zur Gefährdung Tabelle 0.1: Stromstärken und deren Einfluß auf den Menschen 1 - 15 mA I mA 0-1 Stromstärke bei 50 Hz Ieff 0 Bereich tödlich wahrscheinlich tödlich wahrscheinlich tödlich lebensgefährlich lebensgefährlich Folgen Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt (Diese Seite ist leer) -6- Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt 1 Kleintransformator, Gleichrichter und Spannungsregler Erforderliche Geräte zu den Versuchen 1.1 bis 1.3 1. Versuchsplatte mit Trafo 2. Zwei Vielfachmeßgeräte 3. Effektivspannungsmesser UVM 4. Regel-Trenntransformator (erdfrei) 5. Zweikanaloszilloskop 6. Digitalmultimeter 7. Lastwiderstand (Stellwiderstand 300Ω) Zu untersuchen ist ein Kleintransformator mit Kern M42 mit einer Primärwicklung und zwei Sekundärwicklungen. Wicklungsdaten: N 5000 ; d 0,1mm primär N s1 370 ; ds1 0, 2mm sekundär N s 2 930 ; ds 2 0,16mm sekundär Es ist zulässig, diesen Transformator bei voller Primärspannung ausgangsseitig kurzzuschließen. Ein Transformator besteht im wesentlichen aus einem Eisenkern und zwei oder mehreren Spulen. Der Eisenkern ist zur Unterdrückung von Wirbelströmen aus isolierten Blechscheiben zusammengesetzt. Für den idealen Transformator gilt bekanntlich: Up Us ü und Ip Is Np 1 mit ü als Übersetzungsverhältnis. Ns ü Für den realen Transformator lassen sich die Verhältnisse annähernd mit folgendem Ersatzbild beschreiben: Darin ist die Streuung vernachlässigt, was bei Netztrafos für kleine Leistungen zulässig ist. -7- Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt Aufgabenstellung 1.1 Messen Sie die Kupferwiderstände der 3 Wicklungen R p , R S 1 und R S 2 mit Hilfe des Digitalmultimeters. Berechnen Sie diese Widerstandswerte über die bekannten Wicklungsdaten nach und vergleichen Sie sie mit den Meßwerten. 1.2 Die Sekundärspannungen U s1 und U s 2 sind bei beliebiger Primärspannung U p b 220V und sekundärseitigem Leerlauf zu messen. Im Leerlaufbetrieb gilt: U p Np ü . U s Ns Bestimmen Sie danach das Übersetzungsverhältnis ü zu beiden Sekundärwicklungen. Berechnen Sie ü nach den Windungszahlen. Meßschaltung zu 1.2. 1.3 Messen Sie die Lastkennlinie U s1 f I s1 einer Sekundärwicklung bei beliebiger Primärspannung U p b 220V . Berechnen Sie den Kurzschlußstrom I s1 k anhand des Ersatzbildes (Näherung genügt). Meßschaltung zu 1.3. Erforderliche Geräte zu den Versuchen 1.4 bis 1.6 1. Versuchsplatte 2. Regeltrafo 0-15V 3. Zweikanaloszilloskop 5. Drehspulmeßgerät 6. Digitalthermometer -8- Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt 1.4 Brückengleichrichter mit Ladekondensator und Widerstandslast Man schalte einen Ladekondensator C L 220MF parallel zum Lastwiderstand R L und messe ug mit dem Oszilloskop. Man überprüfe die Faustformeln: I g 0 mA U g0 , wobei I g 0 . u∼ z 0, 85 U g 0 und $U z 6, 5V C L MF RL 1.5 Brückengleichrichter mit Ladekondensator und Spannungsregler Man messe die Spannung U a am Ausgang des Reglers und bestimme näherungswei$U se die Brummspannungsunterdrückung in dB. $U a 1.6 Man untersuche zu Punkt 1.5 mit Hilfe des Stelltrafos den Einfluß schwankender Wechselspannung U ∼ auf die Ausgangsspannung. a) Wie groß muß U ∼ (Effektivwert) mindestens sein für glatte Ausgangsspannung? b) Welche „Dropout Voltage“ hat der vorhandene Spannungsregler? c) Man drehe den Stelltrafo bis zum rechten Anschlag (Skala ca. 15 V) und messe die sich einstellende Temperatur am Kühlkörper. Welche Temperatur müßte sich theoretisch ergeben mit RthK z 17 K W (Kühlkörper) entsprechend $T z P RthK ? -9- Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt (Diese Seite ist leer) - 10 - Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt 2 Messungen an Kleinrelais Erforderliche Geräte 1. Versuchsbrett mit drei Kleinrelais, Diode und Varistor 2. Rechteckgenerator z.B. PM 5131 von Philips 3. Netzteil 0 - 35V 4. Zweikanal-Oszilloskop 5. Widerstand 1kΩ (Potentiometer 100W) 6. R-Dekade 7. C-Dekade 8. Zwei Meßgeräte z.B. Unigor 4p 9. Ohmmeter 2.1 Einführung Drei verschiedene Relais, die Si-Diode 1N4007 und ein Varistor sind auf einer Steckkarte untergebracht. Reedrelais und Kammrelais dienen als Untersuchungsobjekt, das Quecksilberrelais dient zur Ansteuerung des zu prüfenden Relais, d.h. zum periodischen Ein- und Ausschalten des Prüflings zur Sichtbarmachung der Strom- und Spannungsverläufe auf dem Oszilloskop. Das Hg-Relais hat quecksilberbenetzte Kontakte für prellfreies Schalten und muß in senkrechter Lage betrieben werden. 2.2 Messen der Betriebswerte Betriebsstrom, Anzugstrom und Abfallstrom sind an den Untersuchungsobjekten zu messen. Unter Betriebsstrom versteht man den Erregerstrom bei Nennspannung an der Relaisspule. Schaltung: Aus den Messungen ist der Wicklungswiderstand RC u der Relaisspule zu bestimmen. - 11 - Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik 2.3 Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt Messung des Zeitverlaufs des Erregerstromes und Messung der Anzugs- und Prellzeit Hierzu wird ein zu prüfendes Relais nach Wahl über das Hg-Relais periodisch ein- und ausgeschaltet. Das Hg-Relais wird über einen Rechteckgenerator angesteuert, dessen negative Halbschwingung durch eine vorgeschaltete Diode unwirksam wird. Der Stromverlauf ist so bei einer Taktfrequenz von ca. 10 - 20 Hz über den Widerstand R M gut darzustellen. Die Anzugs- und Prellzeit kann gleichzeitig am Kanal 2 beobachtet werden. Meßschaltung: Die Messungen sind mit und ohne Freilaufdiode durchzuführen. Aus den maßstäblich aufgetragenen Stromkurven ist die Induktivität der Relaisspule zu bestimmen. 2.4 Messen der Abschaltspannung und der Abfallzeit Meßschaltung: Mit Kanal 1 messe man den Spannungsverlauf über der Relaisspule, mit Kanal 2 kann gleichzeitig die Abfallzeit gemessen werde. Sowohl die Abschaltspannung als auch die Abfallzeit sind abhängig von der „Bedämpfung“ der Relaisspule. Daher untersuche man den Abschaltvorgang für verschiedene Dämpfungsmittel: Da sind a) Freilaufdiode, b) Varistor, c) RC-Glied und d) ohne Beschaltung. Die Elemente nach a), b) und c) sind entsprechend dem Beispiel direkt parallel zur Relaisspule zu schalten. - 12 - Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt 3 Spule und Schwingkreis Erforderliche Geräte 1. LCR-Meßgerät 2. Generator PM 5167 3. AC-Millivoltmeter 4. Tastkopf 10:1 5. Frequenzzähler 6. Digitales Multimeter Auf dem Versuchsbrett sind eine Spule, sowie verschiedene verlustarme Kondensatoren installiert. 3.1 Man messe die Induktivität L und den Kupferwiderstand RC u und zeichne damit die „Gütegerade“ nach der Gleichung WL QC u ff RC u (Verlauf der Güte unter ausschließlicher Berücksichtigung der Kupferverluste). 3.2 Zum Messen der tatsächlichen Güte über der Frequenz schalte man die Spule nacheinander mit verschiedenen Styroflexkondensatoren zu einem Parallelschwingkreis zusammen. Der Schwingkreis wird aus einem Generator gespeist, der durch einen externen Widerstand RG 10M 7 hochohmig gemacht wurde (Stromeinprägung). Gemessen wird die Spannung am Schwingkreis wahlweise mit dem Oszilloskop oder ACMillivoltmeter in Verbindung mit einem Tastkopf 10:1. Man suche die Resonanzstelle. Bei den Frequenzen fgu und fgo ist die Spannung jeweils um 3 dB vom Maximalwert abgesunken. Das AC-Millivoltmeter besitzt hierfür eine dB-Skala. Meßschaltung: - 13 - Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt Resonanzkurve: Wegen der hochohmigen Speisung bei gleichzeitig hochohmiger Belastung durch das AC-Millivoltmeter ist die so ermittelte Betriebsgüte Q B praktisch gleich der Kreisgüte QK . Die Kreisgüte QK ist in das gleiche Diagramm einzutragen wie die errechnete Güte QC u . Man diskutiere den Unterschied. 3.3 Mit einem Meßaufbau nach 3.2 bestimme man in Abhängigkeit von einer bekannten Zusatzkapazität C Z jeweils die Resonanzfrequenz des Schwingkreises. Man zeichne das untenstehende Diagramm und bestimme daraus die Eigenkapazität C e durch Extrapolation der Geraden 1 f C Z W r2 Als C Z wähle man hierfür am besten die Kondensatoren mit den Werten 0,13 nF und 0,06 nF vom Versuchsbrett. - 14 - Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt 4 Sperrschicht-Feldeffekt-Transistor 4.1 Grundlagen Zu untersuchen ist ein Sperrschicht-FET mit n-Kanal vom Typ BF 256 A. Kenndaten laut Hersteller: Grenzwerte: Drain-Source-Spannung Gesamtdauerverlustleistung U D S p30V Ptot 300mW Kennwerte: min. max. I G SS Gate-Reststrom bei U G S 20V ; U D S 0V I D SS Drainstrom bei U D S 15V ; U G S 0V 3mA 7mA U G S Gate-SourceSpannung Grenzfrequenz der Vorwärtssteilheit Vorwärtssteilheit bei U D S 15V ; I D 200MA 0, 5V 7, 5V bei U D S 15V ; U G S 0V bei U D S 15V ; f 1kHz; U G S 0V fy 21 s Y21 s 4.2 Erforderliche Geräte 1. Schaltungsbrett mit n-Kanal-FET BF 256 A 2. Drei Voltmeter 3. Mill-Amperemeter 4. Zwei Netzgeräte 5. Zwei Widerstandspotentiometer ca. 10 kΩ 6. RC-Generator z.B. 30 - 300 kHz 7. Zweikanaloszilloskop 8. Dekadenwiderstand 5 kΩ - 15 - 5nA 1GHz 4, 5mS 5mS Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt Aufgabenstellung 4.3 Ermittlung der Ausgangskennlinien I D f U G S für U D S 0V ; 0,1V ; 0, 2V ; 0, 3V ; 0, 4V ; 0, 5V ; 1V ; 2V ; 3V ; 4V ; 5V ; 10V ; 15V ; mit U G S als Parameter: U G S 0V ; 0, 5V ; 1V ; 1, 5V ; 2V ; Das Ausgangskennlinienfeld ist maßstäblich zu zeichnen. Versuchsschaltung: Die Übertragungskennlinie I D f U G S ist für U D S 10V zu konstruieren. Man bestimme die Kennwerte U P (Pinch-Off-Spannung) und I D SS (Drain-Source-Kurzschlußstrom). Stellen Sie fest, inwieweit die Näherungsgleichung 2 ¥ UGS ´ I D z I D SS ¦ 1 U P µ¶ § mit der ermittelten Kennlinie übereinstimmt (z.B. für U G S 0, 5V ; 1V ; 1, 5V ). - 16 - Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt 4.4 Variabler Spannungsteiler mit FET (Betrieb im „ohmschen Bereich“). Mit Hilfe der ermittelten Meßwerte soll nun der „ohmsche Bereich“ genauer betrachtet werden. Hierzu soll der Strom I D für Spannungen 0V b U D S b 0, 5V aufgetragen werden. U G S 0V ; 0, 5V ; 1V ; 1, 5V ; 2V Parameter: 0,1V 1cm; 0, 5mA 2, 5cm Maßstab: Aufgrund der näherungsweise linearen Verläufe der Kennlinien im „ohmschen Bereich“ läßt sich der FET auch als variabler Spannungsteiler einsetzen. Versuchsschaltung: U Man bestimme für U 1 1, 0V const. das Teilerverhältnis 2 f U G S . Parameter U G S U1 wie oben. 4.5 FET als Wechselspannungsverstärker in Source-Schaltung (Betrieb im Abschnürbereich). Um einen möglichst großen Aussteuerbereich mit linearer Verstärkung zu erhalten, ist der Arbeitspunkt des FET‘s auf U U DS z B 2 festzulegen. Diese Einstellung erfolgt durch Variation des Potentiometers R S bei gleichzeitiger Messung der Spannung U D S . Da über R1 nur geringe Spannung abfällt (der Gate-Strom ist ein Diodensperrstrom!), ergibt sich die Gatespannung für den Arbeitspunkt aus der Näherungsgleichung U G S I D R S . Der Strom I D ist für den eingestellten Arbeitspunkt zu messen. Anschließend zeichne man den Arbeitspunkt in das Ausgangskennlinienfeld ein und konstruiere die Arbeitsgerade. - 17 - Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt Versuchsschaltung: Ersatzschaltung: Bestimmen Sie die Potentiale G und S gegen Masse und diskutieren Sie das Ergebnis. Für eine Wechselspannung u1∼ mit einer Amplitude von ca. 100mV ist mit angeschlossenem Kondensator C S die Spannungsverstärkung zu bestimmen: a) durch Messung b) durch Rechnung mit dem angegebenen Ersatzbild Die Messung kann wahlweise erfolgen durch je ein NF-Millivoltmeter am Eingang und Ausgang oder mit einem Zwei-Kanal-Oszilloskopen. Man untersuche und diskutiere die Wirkung von C S . - 18 - Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt 5 Transistor als Schalter und Verstärker Erforderliche Geräte 1. Schaltungsplatte mit Transistor BC 141 2. Netzgerät 3. Zweikanaloszilloskop 4. Vielfachmeßgerät 5. Digitalvoltmeter 6. Signalgenerator 5.1 Messung der Spannungs-Übertragungskennlinie Mit dem vorhandenen Versuchsbrett stelle man die folgende Schaltung her (Eingang auf Masse). Man verstelle das Potentiometer P und messe dabei die „Spannungs-Übertragungskennlinie“ U C E f U B E (U B E mit Digitalvoltmeter). Aus der Kennlinie entnehme man näherungsweise die Schleusenspannung U S für das Aufsteuern des Transistors sowie die beiden Sättigungsspannungen U B E sat und U C E sat . Welche Werte kann man der angegebenen „Strom-Übertragungskennlinie“ I C f U B E entnehmen? - 19 - Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt 5.2 Schalter mit ohmscher Last Man stelle das Potentiometer an den rechten Anschlag. Dadurch wird die Basis über den Widerstand von 680 Ω gegen Masse gelegt. An die Eingangsbuchse legt man das Signal eines Rechteckgenerators ( f 1kHz ) und untersucht uC E und uB E mit Hilfe eines Zweikanaloszilloskops bei verschiedenen Amplitudeneinstellungen. Überprüfen Sie die Werte U s , U B E sat und U C E sat . Anmerkung: Der zur Verfügung stehende Rechteckgenerator (Funktionsgenerator) liefert ein Signal symmetrisch zur 0V-Linie. 5.3 Schalter mit ohmsch-kapazitiver Last Schaltung wie Versuch 5.2. Zusätzlich wird der Kondensator C 1MF an den Ausgang angeschlossen (kapazitive Belastung) und die Frequenz des Rechteckgenerators variiert. Das Oszillogramm zu zwei verschiedenen Frequenzen ist in einer Skizze festzuhalten und zu diskutieren. 5.4 Kleinsignalverstärker An den Eingang wird ein Sinussignal ug ∼ gelegt. Bei ug ∼ 0 (Generator abschalten) stellt man zunächst mit Hilfe des Potentiometers P den Arbeitspunkt so ein, daß U C E A 0, 5 U B wird. Man stelle fest, wie sich die Spannung u2 ∼ bildet bei uq ∼ 0 . Man bestimme die Spannungsverstärkung Vu u2 ∼ u1∼ meßtechnisch und rechnerisch Vu s RC mit s I C A U T . Man untersuche das Übersteuerungsverhalten (auch bei verändertem Arbeitspunkt) und skizziere einen typischen Übersteuerungsfall. - 20 - Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt 6 Arbeitspunktstabilisierung 6.1 Grundlagen Ein Transistor in sogenannter Emittergrundschaltung ist mit dem Kollektor über den Arbeitswiderstand mit der Versorgungsspannung verbunden (siehe Bild 6.1). Bild 6.1: Emittergrundschaltung Durch diesen Arbeitswiderstand kommt eine zusätzliche Abhängigkeit des Kollektorstromes und der Kollektor-Emitter-Spannung hinzu. IC UCC UCE UCC UCE RC RC RC (6.1) Diesen Zusammenhang kann man durch Einbringen der sog. Widerstandsgeraden im Ausgangskennlinienfeld berücksichtigen. Bild 6.2: Ausgangskennlinienfeld mit Widerstandsgerade Der Kreuzungspunkt der Widerstandsgeraden mit der entsprechenden Kennlinie gibt den jeweiligen Arbeitspunkt des Transistors an. Wird der Transistor als Wechselspannungsver- 21 - Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt stärker betrieben, so steuert die angelegte Eingangsspannung den Transistor um den Arbeitspunkt herum aus. Dieser Aussteuerbereich sollte im linearen Bereich innerhalb des Kennlinienfeldes auf der Widerstandsgeraden (also weder im Sperrbereich noch im Sättigungsbereich) liegen. Die Umgebungstemperatur beeinflußt das Verhalten des Transistors erheblich. Im wesentlichen sind hiervon die Stromverstärkung und die Basis-Emitter-Spannung betroffen. Typische Werte für den Temperaturkoeffizienten der Stromverstärkung liegen bei ca. +6⋅10-3 pro °C. (6.2) B T B T 1 6 10 3 T1 T 0 1 0 Bei konstantem Basisstrom verringert sich die Basis-Emitter-Spannung um ca. 2 mV/°C (TK ca. -3⋅10-3 pro °C) (6.3) U BE U BE 1 3 10 3 T1 T 0 T1 T0 Neben der oben gezeigten Temperaturabhängigkeit kann auch die Exemplarstreuung der Transistoren zu einer erheblichen Verschiebung des Arbeitspunktes einer Schaltung führen, wenn keine Stabilisierungsmaßnahmen vorgesehen sind. Dies soll an Hand von Bild 6.3 verdeutlicht werden. Der Transistor werde durch eine konstante Basis-Emitter-Spannung bei Raumtemperatur (25 °C) im Arbeitspunkt A0 gehalten. Durch die Temperaturerhöhung steigt der Basisstrom bei konstantem UBE. Auch die Stromverstärkung steigt an, wodurch sich der Kollektorstrom vergrößert und somit der Arbeitspunkt aus dem linearen Bereich in die Sättigung verschiebt. Dieser Effekt kann gemildert werden, wenn an Stelle der Basis-Emitter-Spannung der Basisstrom konstant gehalten wird. Damit wird der Arbeitspunkt nur noch durch den temperaturabhängigen Anstieg der Stromverstärkung beeinflußt, wodurch er nicht mehr so weit verschoben wird, so daß der Transistor im linearen Arbeitsbereich bleibt. Bild 6.3: Veränderung des Arbeitspunktes durch Temperatureinfluß - 22 - Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt Erreicht wird ein annähernd konstanter Basisstrom durch die Schaltung nach Bild 6.4. Da die temperaturabhängigen Änderungen der Basis-Emitter-Spannung klein gegenüber der Versorgungsspannung sind, bleibt der Spannungsabfall an R1 nahezu konstant und damit auch der Strom durch R1. Bild 6.4: Stabilisierung des Arbeitspunktes durch Stromeinspeisung Eine weitere Möglichkeit der Stabilisierung des Arbeitspunktes kann durch Gegenkopplung erfolgen. Man kompensiert den temperaturabhängigen Anstieg des Kollektorstromes durch Reduzierung der Basis-Emitter-Spannung. Dazu die Schaltung nach Bild 6.5. Bild 6.5: Stabilisierung des Arbeitspunktes durch Gegenkopplung Die Spannung an R2 wird konstant gehalten. Eine temperaturabhängige Vergrößerung des Kollektorstroms hat einen größeren Spannungsabfall an RE zur Folge, womit die BasisEmitter-Spannung verringert wird. Die Spannung an R2 setzt sich zusammen aus: U R2 U B E I E RE (6.4) Der Emitterstrom setzt sich zusammen aus dem Kollektor- und dem Basisstrom - 23 - Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik IE IC IB IC Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt ¥ IC 1´ I C ¦1 µ § B B¶ (6.5) eingesetzt in Gleichung ( 6.4 ) und aufgelöst nach dem Kollektorstrom folgt IC U R2 U BE RE B B 1 (6.6) wie man sieht hat sich der temperaturabhängige Einfluß von ß weitgehend reduziert. Um den Einfluß von UBE abzuschätzen wird die Spannung an RC betrachtet. U R C RC I C U R 2 RC U B E RC RE B B 1 (6.7) Man sieht, daß der Einfluß von UBE vom Verhältnis RC/RE abhängig ist. Daher wird man versuchen, den Emitterwiderstand so groß wie möglich zu machen. Doch gibt es einige Einschränkungen. Je größer RE wird um so größer wird auch der Spannungsabfall an ihm. Das wiederum schränkt den Arbeitsbereich des Transistors ein (UC + UCE = UCC - URE). Des weiteren hat der Widerstand RE auch Auswirkungen auf die Kleinsignalverstärkung des Transistors. In Bild 6.6 ist dazu das Ersatzschaltbild der Anordnung nach Bild 6.5 gegeben. Bild 6.6: Kleinsignalersatzschaltung der Anordnung nach Bild 6.5 Für den Spannungsumlauf im Eingangskreis gilt uin ib rb B 1 ib R E 0 (6.8) mit rb = UT/IB Für den Ausgangskreis gilt B ib RC uout 0 (6.9) Für die Spannungsverstärkung folgt dann Av uout BRC uin rb B 1 R E (6.10) - 24 - Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt Man sieht, daß durch das Einbringen des Emitterwiderstandes die Spannungsverstärkung zurückgeht und der Eingangswiderstand auf rb+(ß+1) ⋅RE ansteigt. Um dennoch eine maximale Spannungsverstärkung für Wechselspannungen zu erzielen, muß der Emitterwiderstand durch einen geeigneten Kondensator überbrückt werden. Andererseits läßt sich, durch einen Widerstand in Reihenschaltung zu solch einem Kondensator, recht einfach die Spannungsverstärkung der Emitterschaltung gezielt einstellen. Verfahrensweise bei der Arbeitspunkteinstellung Da der Arbeitspunkt festgelegt ist, entnimmt man dem Datenblatt die benötigte Basisvorspannung. Mit dem Basisspannungsteiler wird diese Vorspannung eingestellt. Dazu wählt man den Querstrom IQ des Spannungsteilers zu ca. 10⋅IB. Im Falle der Stromeinspeisung (vgl. Bild 6.4) berechnet sich der Widerstand R1 aus dem benötigten Basisstrom und der Spannungsdifferenz zwischen Versorgungsspannung und Basis-Emitter-Spannung. Im Falle der Stromgegenkopplung (vgl. Bild 6.5) wählt man den Spannungsabfall an RE ca. 0,1⋅RC⋅IC. Bei der Dimensionierung des Basisspannungsteilers muß dieser Spannungsabfall zur benötigten Basisvorspannung addiert werden. Ansonsten gelten die oben beschrieben Regeln für die Dimensionierung eines Basisspannungsteilers (IQ = 10⋅IB) 6.2 Meßverfahren a) Verstärkung und Frequenzgang: Die frequenzabhängige Leistungsverstärkung läßt sich, bei Kenntnis der Widerstandsverhältnisse am Ein- und Ausgang, am einfachsten durch eine Spannungsmessung bestimmen. Im Falle eines kalibrierten Signalgenerators, wo man die Eingangsspannung vorgeben kann, ist es sogar ausreichend, wenn nur die Ausgangsspannung gemessen wird. b) Arbeitspunkt: Der Arbeitspunkt kann durch Messung mit einem Voltmeter ermittelt werden. c) Ein- und Ausgangswiderstand Den Eingangswiderstand bestimmt man am einfachsten über eine indirekte Methode. Dazu schaltet man einen variablen Widerstand zwischen Signalgenerator und Meßobjekt. Der variable Widerstand wird dann so eingestellt, daß der Spannungsabfall an ihm genauso groß wird, wie die Spannung am Eingang des Meßobjektes. Der Widerstandswert des variablen Widerstandes entspricht dann dem Eingangswiderstand des Meßobjektes. Benutzen Sie die Verstärkerschaltung dabei quasi als „Meßverstärker“, d. h. messen Sie die Eingangsspannung des Versuchsaufbaus an dessen Ausgang (Der Absolutwert der Eingangsspannung ist irrelevant). Ähnlich ist die Verfahrensweise beim Ausgangswiderstand. Hier wird der variable Widerstand als Lastwiderstand verwendet und so eingestellt, daß der Spannungsabfall an ihm genau halb so groß ist wie die Leerlaufausgangsspannung des Meßobjektes. 6.3 Fragen a) Wodurch wird der Arbeitsbereich einer Transistorschaltung begrenzt? b) Warum benutzt man die kapazitive Kopplung, um ein Signal aus einer Signalquelle einzuspeisen? c) Sie legen den Arbeitspunkt eines Transistors durch eine feste Basisvorspannung fest. Erklären Sie warum diese Methode unbefriedigend ist, wenn der Transistor durch einen anderen Transistor des gleichen Typs ersetzt wird. - 25 - Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik 6.4 Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt Versuchsaufbau Bild 6.7: Schaltung des Versuchsaufbaus Zur Versuchsdurchführung wird ein Aufbau benutzt, der es Ihnen erlaubt, die Bauelemente Ihrer Wahl, nach erfolgter Dimensionierung, an geeigneter Stelle in die Schaltung einzulöten (siehe Bild 6.7). Dazu enthält dieser Aufbau neben einer Transistorfassung eine Reihe von Lötpunkten in geeigneter Anordnung. Die Transistorfassung ermöglicht ein einfaches Wechseln des Transistors, um so die Qualität der Arbeitspunkteinstellung für verschiedene Transistoren einfach überprüfen zu können. Der Aufbau enthält schon die Kondensatoren, die zur Ein- bzw. Auskopplung der Meßsignale nötig sind. 6.5 Versuchsdurchführung a) Dimensionieren Sie eine Schaltung mit dem Transistor BC107B, die mit einer festen Basisvorspannung arbeitet. Der Transistor soll im Arbeitspunkt IC = 2,5 mA und UCE = 5 V betrieben werden. Bestimmen Sie die Werte für RC und den Basisspannungsteiler. Die Daten des Transistors entnehmen Sie bitte den beiliegenden Kennlinien (UCC = 10 V). Bauen Sie die Schaltung mit den Ihnen zur Verfügung stehenden Bauelementen auf. Überprüfen Sie den Arbeitspunkt. Korrigieren Sie gegebenenfalls den Arbeitspunkt, in dem Sie den Widerstand zwischen Basis und Masse durch einen geeigneten Zusatzwiderstand ergänzen. Bestimmen Sie die obere Grenzfrequenz der Schaltung (-3-dB-Punkt) und den Einbzw. Ausgangswiderstand der Schaltung. Ersetzen Sie den Transistor durch den Typ BC109C. Welche Auswirkungen hat das auf den Arbeitspunkt? b) Wiederholen Sie die obigen Schritte für eine Schaltung mit Stromeinspeisung. c) Wiederholen Sie die obigen Schritte für eine Schaltung mit Stromgegenkopplung. Vergessen Sie nicht den Kondensator Ck = 100 µF parallel zu RE zu schalten! d) Stellen Sie die Wechselspannungsverstärkung der Schaltung nach c) so ein, daß AV = 35 wird. - 26 - Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt Bild 6.8: Kennlinien des Transistors BC107B - 27 - Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt (Diese Seite ist leer) - 28 - Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt 7 Simulieren mit WinSpice 7.1 Grundsätzliches Die Bearbeitung einer Simulationsaufgabe beginnt mit der Aufstellung der Netzliste. Darunter versteht man im ursprünglichen Sinn nur die Schaltungsbeschreibung mit einer Auflistung der Bauelemente und deren Positionierung innerhalb der Schaltung. Hinzu kommen müssen aber auch Steueranweisungen für die Durchführung der Simulation und die Ausgabe der Ergebnisse. Diese Anweisungen schließt man zweckmäßig in die Netzliste mit ein. Wie die ausgeführten Beispiele zeigen, beginnt eine Netzliste immer mit einer Titelzeile und endet mit dem Befehl „.END“. Die dazwischen liegenden Anweisungen kann man in drei Gruppen einteilen: 7.1.1 Elementanweisung Einfache Bauelemente werden in der Liste durch eine Zeile repräsentiert, die nicht mit einem Punkt („.“) beginnt, sondern unmittelbar mit dem Namen des jeweiligen Bauelementes. Dieser besteht aus einem Kennbuchstaben an erster Stelle, gefolgt von Zahlen oder auch Buchstaben zur eindeutigen Kennzeichnung. Die Kennbuchstaben sind zum Beispiel R für den Widerstand, C für die Kapazität und L für die Induktivität. Entsprechend behandelt man auch aktive Zweipole, also Spannungs- und Stromquellen mit den Kennbuchstaben V und I. Dem Namen folgt bei den genannten Bauelementen die Angabe zweier Knoten, zwischen denen sie sich befinden, und schließlich die Angabe ihres Wertes. Diese kann man in der bei Programmiersprachen üblichen Notation eingeben ( z.B. 1, 1., 1.0, 1E2, 1.25E-3). Meistens verwendet man Skalierungsfaktoren, die unmittelbar auf die vorangehende Zahl folgen müssen. Auf die Angabe der Einheit dagegen verzichtet man, weil diese durch den Kennbuchstaben dem Simulator bereits bekannt ist. Man schreibt also 0.4k für 0,4kOhm bzw. 400 für 400 Ohm, wie das nebenstehende Beispiel zeigt. Folgende Skalierungsfaktoren sind gebräuchlich: T=1012 G=109 MEG=106 K=103 M=10-3 MIL = 25,4 *10-3(selten) U = 10-6 N = 10-9 P = 10-12 F = 10-15. In der Netzliste schreibt man diese Faktoren in der Regel klein, da SPICE ohnehin nicht zwischen Groß- und Kleinschreibung unterscheidet. 7.1.2 Modellanweisung Nichtlineare Bauelemente wie Schalter, Dioden und Transistoren können nicht durch einen einfachen Wert beschrieben werden, sondern nur durch ein Ersatzbild (Modell) mit teilweise vielen Parametern. Diese werden mit einer Modellanweisung erfasst, die mit dem Befehl „.MODEL“ beginnt, gefolgt von einem Modellnamen und der Angabe des Typs sowie einer Liste der jeweiligen Parameter (siehe Beispiel C12 mit dem Modell eines Schalters). 7.1.3 Steueranweisung Steueranweisungen beginnen in der Netzliste mit dem Befehl „.CONTROL“ und enden stets mit „.ENDC“. Sie bestimmen die Art der durchzuführenden Analyse, z.B. Ermittlung eines Arbeitspunktes oder einer Übertragungskennlinie mit einem „Sweep“ wie im nebenstehenden Beispiel. Zur Ergebnisausgabe in Form einer Tabelle oder eines Graphen dienen die Befehle „PRINT“ und „PLOT“. Bevor man eine Netzliste beginnt, ordnet man jedem Schaltungsknoten eine eindeutige Knotenbezeichnung zu. Dazu sind positive ganze Zahlen und Zeichenketten erlaubt. Einer der Knoten (Masse) muss die Zahl 0 erhalten. Er dient SPICE als Bezugsknoten. Jeder Schaltungsknoten muss eine Gleichstromverbindung nach Masse haben, und an jedem Knoten müssen mindestens zwei Elemente angeschlossen sein. Widerstände mit den Werten 0 und <0 sind nicht erlaubt. Die Angaben in einer Zeile werden durch ein oder mehrere Leerzeichen separiert. Eine Zeile kann in der nächsten fortgesetzt werden, wenn das erste Zeichen der neuen Zeile mit „+“ beginnt. Setzt man vor die Zeile ein „*“, so wird die ganze Zeile als Kommentarzeile ignoriert. Das Erstellen der Netzliste entspricht dem Aufbau einer Versuchsschaltung, die leicht überprüft und auch wieder geändert werden kann. Der Simulator stellt dazu einen virtuellen Messplatz mit Generatoren, Oszilloskop und einer Reihe anderer Messgeräte zur Verfügung. - 29 - Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt 7.2 Versuche 7.2.1 Gleichspannungsanalyse (dc sweep) Programmieren sie einen Spannungsteiler nach Zeichnung und führen sie eine Arbeitspunktanalyse (op-Analyse) für V1 =1V durch. Ermitteln sie ebenfalls die Spannungsabhängigkeit (mittels dc sweep) von R1 und R2 im Bereich von 0V bis 10V. Stellen sie die Ergebnisse in tabellarischer und zeichnerischer Form dar. Zeichnung: Eingabebefehle: Bem: die in < > aufgeführten Variablen müssen angegeben werden; die in [ ] können angegeben werden, man muss dann allerdings auch alle < > in [ ] eingeben. Kx,y = stellt einen Knotenpunkt dar Bauteile: Widerstand = Rx <Kx> <Ky> <Wert> Spannungsquelle = Vx <Kx> <Ky> <dc> <spannungswert> + [ <AC> <betrag> ] Arbeitsanweisungen: op = führt eine Arbeitspunktanalyse durch dc <Vname> <Ustart> <Ustop> <Uinkr> + [ <Vname2> <Ustart2> <Ustop2> <Uinkr2>] = Hiermit erfolgt die (gleichstrommäßige) Berechnung einer Ausgangsgröße als Funktion der schrittweise veränderten Quellengröße Vname (Übertragungskennlinie). Dabei stellt Vname den Namen der Spannungs- oder der Stromquelle, Ustart und Ustop die Anfangs- und Endwerte und Uinkr die Schrittweite dar. Zusätzlich kann eine zweite Quelle als Parameter ebenfalls inkremental variiert werden, diese hat die Berechnung einer Kurvenschar zur Folge. (auch sweep genannt) plot <v(Kx)> + [<v(Ky)>] = gibt die gewählte Analyseform (hier dc) in einer Grafik aus print <v(Kx)> + [<v(Ky)>] = gibt die gewählte Analyseform in Tabellenform aus - 30 - Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt 7.2.2 Wechselspannungsanalyse (ac sweep) Programmieren sie die unten aufgeführte Schaltung. V1 soll 2V AC betragen. Zunächst soll nun die Ausgangsspannung in einem Frequenzbereich von 10Hz und 200kHz aufgenommen werden. Anschließend soll die Spannung doppellogarithmisch dargestellt werden sowie in db. Außerdem ist die Phasenlage noch anzuzeigen. Zeichnung: Eingabebefehle: Neue Bauteile: Kondensator = Cx <Kx> <Ky> <Wert> Arbeitsanweisungen: ac <dec oder oct oder lin> <NP> <fstart> <fstop> = veranlaßt die Kleinsignalanalyse mit stationären Sinusquellen, d.h anders als bei der dc-Analyse wird nicht die Spannung sondern die Frequenz variiert. Es kann nur eine der drei Optionen DEC (Frequenzvariation auf der Basis von Dekaden), OCT (Frequenzvariation auf der Basis von Oktaven) oder LIN (Lineare Frequenzvariation) ausgewählt werden. Sie selektieren die Art der Intervalle, über die die Anzahl der Punkte, NP, pro Dekade verteilt werden. fstart und fstop stellen die Anfangs und die Endfrequenz dar. plot Zusatz: Um die Grafik anschaulicher zu machen, kann man die Skalierung der Achsen ändern indem man nach plot <v(Kx)> + [<v(Ky)>] z.B. loglog hinzufügt. Man erhält nun eine Grafik mit doppel-logarithmischen Achsen. Um sich die Phasenlage anzeigen zu lassen ist der Zusatz ph vor dem Knoten erforderlich, man muss allerdings um v(Kx) nochmal zusätzliche Klammern setzen, das selbe gilt für eine Anzeige in db. - 31 - Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt 7.2.3 Transientenanalyse Programmieren sie eine Schaltung in der der Ladevorgang eines Kondensators über die Zeit angezeigt wird. Die Größe des Kondensators, der Rechteckeingangsspannung sowie der Wert des Vorwiderstandes können frei gewählt werden. Eingabebefehle: Neue Bauteile: Spannungsquelle (Rechteck) = Vx <Kx> <Ky> PULSE ( <U1><U2><td><tr><tf><pw><per>) Hierbei stehen U1 und U2 für den unteren und oberen Wert der Rechteckspannung (die Differenz der beiden Spannungen gibt also die Höhe an). td beschreibt die Wartezeit bis zum ersten Rechteck. Mit tr und tf lässt sich die Steilheit der Flanken einstellen (rise and fall time). pw ist die Pulsweite und per die Periodendauer. Arbeitsanweisungen: tran <tstep> <tstop> <tstart> <tmax> Die Transientenanalyse stellt, wie ein Oszilloskop, eine Analyse über die Zeit dar. Es wird also aufgezeichnet wie die Schaltung bei fortschreitender Zeit auf das Eingangssignal reagiert. Die Analyse beginnt stets bei t = 0 und endet bei tstop. Das Ergebnis wird mit der Schrittweite tstep ausgegeben, ebenfalls beginnend bei t = 0 bzw. bei tstart, falls angegeben (optional). Mit tmax wird die maximale Schrittweite für die Berechnung vorgegeben (optional). plot Zusatz: Um einen Strom darstellen zu lassen, muss in den Stromkreis eine Nullspannungsquelle aufgenommen werden. Gibt man dann diese dann beim Plotten an (plot i(vi)) erhält man ein sauberes Diagramm des Stromes. - 32 - Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt 7.2.4 Kleinsignalverstärker In diesem Aufgabenteil wird ein Kleinsignalverstärker unter die Lupe genommen. Die Schaltung liegt dem Versuchsaufbau aus Laborversuch 6.4 bzw. 6.5a) zugrunde. Eingangsamplitude: 5mV / 10kHz a) Es soll das Temperaturverhalten des Transistors aufgenommen werden. Dazu wird eine Arbeitspunktanalyse bei Temperaturen von -20°C, -10°C, 0°C, +10°C,….., +80°C durchgeführt und die Spannung am Kollektor mittels print-Befehl gemessen. Die Ergebnisse sind in einem Graphen festzuhalten. b) Nun soll das Verstärkungsverhalten des Transistors mittels Transientenanalyse aufgenommen werden. Dazu ist die Eingangsamplitude auf 25mV einzustellen, und die Ausgangsamplitude in einem Diagramm darzustellen. Was geschieht wenn die Eingangsamplitude 1V beträgt? Kleinsignalverstaerker vcc 1 0 dc 10 q1 7 6 0 bc107x .model bc107x npn (is=50f bf=250 vaf=100 xtb=2) r1 1 5 100k r2 5 0 6800 r3 1 2 2200 r4 3 0 10k c1 4 5 22u c2 2 3 22u vib 5 6 dc 0 vic 2 7 dc 0 *Eingangsspannungsquelle v1 4 0 dc 0 sin(0 5m 10k 0) .control .endc .end Eingabebefehle: Neue Bauteile: Bipolar Transistor = Qx <Kx> <Ky> <Kz> <Modellbezeichnung> der Transistor muss noch mit dem Befehl .model initialisiert werden. Spannungsquelle (sinus) = Vx <Kx> <Ky> SIN ( <dc> <ampl> <freq> <td> <phase> ) Hierbei steht dc für einen Gleichspannungsanteil, ampl für die Höhe der Amplitude, freq für die Frequenz, td für eine Verzögerung und phase für eine Phasenverschiebung Arbeitsanweisungen: .model <model name> <npn oder pnp> [<parameter>] ist in der Schaltung vorgegeben alter <Bauteil> <Größe=xy> mit diesem Befehl können in der Schaltung die Werte der Bauteile geändert werden (z.B. Widerstandsgröße, Temperatur, Spannung…) - 33 - Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt (Diese Seite ist leer) - 34 - Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt 8 Platinenentwurf Die Durchführung des Platinenentwurfs ist begleitend zur Vorlesung im Wintersemester vorgesehen. Die Betreuung erfolgt durch Herrn Wilfried Kahle, Zimmer H-E214/215. Dazu sind mit Herrn Kahle geeignete Termine zu vereinbaren. Für den Platinenentwurf wird die Layoutsoftware EAGLE benutzt. Eine Demoversion findet sich auf der Begleit CD zu dieser Veranstaltung. Die Aufgabe besteht darin, eine Platine im Europakartenformat (160 mm * 100 mm) von einem Tonrufdekoder zu entwerfen. Der Schaltplan des Tonrufdekoders und die Datenblätter der verwendeten ICs befinden sich auf den folgenden Seiten. Bild 8.1: So könnte die spätere Platine aussehen - 35 - Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt - 36 - Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt - 37 - Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt - 38 - Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt - 39 - Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt - 40 - Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt - 41 - Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt - 42 - Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt - 43 - Laborpraktikum Bauelemente und Schaltungstechnik Prof. Dr. Dietmar Ehrhardt - 44 -
