U2 Abschätzanalyse zur Arbeitspunkteinstellung von BJTs

U2 Abschätzanalyse zur Arbeitspunkteinstellung von BJTs
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E LEKTRONIK 2 – S CHALTUNGSTECHNIK U2-1/4
U2 Abschätzanalyse zur Arbeitspunkteinstellung von BJTs
© Prof. Dr.-Ing. Johann Siegl
Die Überlegungen zeigen, dass die betrachtete Variante zur stabilen
U2 Abschätzanalyse zur Arbeitspunkteinstellung von BJTs
Betrachtet wird die im Bild U2-1a skizzierte Beispielschaltung eines
Bipolartransistors.
Festlegung eines Arbeitspunktes ungeeignet ist.
a)
U2.1 Variante 1 mit eingeprägter Steuerspannung
Wie groß muss U 1 bei der gegebenen Schaltung sein, so dass sich ein
Arbeitspunktstrom I C(A) = 0,5mA einstellt?
U1 =
mV
Auswerten
Erg. U2-1
Wie ändert sich I C(A) bei U 1 = 720mV (z.B Temperaturänderung von Q1
um ca. 10°C)?
I C(A) = 1 mA
b)
Erg. U2-2
Welcher Arbeitspunktstrom I C(A) ergibt sich bei U 1 = 700mV, wenn der
Transistor einen Transportsättigungsstrom IS = 10 -14A aufweist (z.B.
Exemplarstreuung)?
I C(A) =
mA
Auswerten
Erg. U2-3
Auswerten
Erg. U2-4
Ist der Arbeitspunktstrom möglich?
j Ja
k
l
m
n
j Nein
k
l
m
n
Welcher Arbeitspunktstrom I C(A) stellt sich ein, wenn der bestimmte Wert
nicht möglich sein sollte?
Auswerten
mA
Erg. U2-5
I C(A) =
1 von 4
Bild U2-1: Arbeitspunkteinstellung mit eingeprägter Spannung U BE
Transistor bei 25°C
Transistor bei 100°C
15.03.2008 11:44
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E LEKTRONIK 2 – S CHALTUNGSTECHNIK U2-2/4
U2 Abschätzanalyse zur Arbeitspunkteinstellung von BJTs
© Prof. Dr.-Ing. Johann Siegl
U2.2 Variante 2 mit eingeprägtem Emitterstrom mittels
Seriengegenkopplung
a)
U2.2 Variante 2 mit eingeprägtem Emitterstrom mittels Seriengegenkopplung
Um einen stabilen Arbeitspunkt I C(A) des Transistors Q1 zu erhalten wird
gegenüber der zuletzt betrachteten Variante der Beschaltung der
Widerstand R E eingefügt (siehe Bild U2-2a). Die Spannung U BE kann sich
um -2mV/°C ändern. Bei einer Temperaturerhöhung von 25°C auf 100°C
erhalt man ein ΔU BE von 0,15V. Am Widerstand RE soll demzufolge eine
Spannung von 1,5V im Arbeitspunkt abfallen. Somit ergeben sich für U1 =
2,2V, damit der Spannungsabfall am RE die geforderten 1,5V beträgt.
Mit
der
Maschengleichung
1)
erhält
man
die
Arbeitsgerade
des
b)
Eingangskreises:
Welcher Arbeitspunktstrom I C(A) stellt sich ein, wenn U 1 = 2,2V ist?
I C(A) =
mA
Auswerten
Wie ändert sich der Arbeitspunktstrom I C(A), wenn sich die
Schwellspannung der Emitter-Basis Diode um -0,15V ändert?
Auswerten
mA
I C(A) =
2 von 4
Erg. U2-6
Bild U2-2: Arbeitspunkteinstellung mit Seriengegenkopplung durch den
Widerstand R E
Erg. U2-7
Transistor bei 25°C
Transistor bei 100°C
15.03.2008 11:44
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E LEKTRONIK 2 – S CHALTUNGSTECHNIK U2-3/4
U2 Abschätzanalyse zur Arbeitspunkteinstellung von BJTs
© Prof. Dr.-Ing. Johann Siegl
U2.3 Variante 3 mit eingeprägtem Basisstrom
a)
U2.3 Variante 3 mit eingeprägtem Basisstrom
Anstelle
der
Stromeinprägung
von
IE
über
den
Seriengegen-
kopplungswiderstand R E wird in der Schaltungsvariante gemäß Bild U2-3a
der Basisstrom I B über R B eingeprägt. Die "Beschaltungsgleichung" zur
Ermittlung der Arbeitsgerade des Eingangskreises lautet:
b)
Die Schaltungsvariante weist den Nachteil auf, dass der Arbeitspunkt sehr
stark von B-Änderungen und von I CBO-Änderungen beeinflusst wird.
Bestimmen Sie den Widerstand R B, so dass der Arbeitspunktstrom I C(A) =
0,5mA ist?
RB =
Auswerten
Ω
Erg. U2-8
Wie ändert sich der Arbeitspunktstrom I C(A), wenn die Schaltung bei 100°C
betrieben wird (U BE ≈ 0,55V, B = 280, I CB0 = 1μA)?
I C(A) =
mA
Auswerten
Erg. U2-9
Bild U2-3: Arbeitspunkteinstellung mit Seriengegenkopplung durch den
Widerstand R B
Transistor bei 25°C
Transistor bei 100°C
3 von 4
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E LEKTRONIK 2 – S CHALTUNGSTECHNIK U2-4/4
© Prof. Dr.-Ing. Johann Siegl
U2.4 Variante 4 mit eingeprägtem Kollektorstrom mittels
Parallelgegenkopplung
U2.4 Variante 4 mit eingeprägtem Kollektorstrom mittels Parallelgegenkopplung
Eine weitere Variante, um einen stabilen Arbeitspunkt zu erhalten, stellt die
Schaltung
in
Bild
Parallelgegenkopplung
U2-4
mit
dar.
R2
Die
und
Schaltung
R 1.
Bei
beinhaltet
genügend
eine
großer
Stromverstärkung I B << U BE/R 1. Dann wird
somit erhält man für I C:
Welchen Wert muss R 1 annehmen, dass die Bedingung I B << U BE/R 1 mit
U BE/R 1 = 10 · I B, bei B = 100 erfüllt ist?
R1 =
Auswerten
Ω
Erg. U2-10
Wie groß muss R 2 sein, so dass die Vorgabe U CE(A) = 5,5V gegeben ist?
R2 =
Auswerten
Ω
Bild U2-4: Arbeitspunkteinstellung mit eingeprägtem Kollektorstrom durch
Parallelgegenkopplung
Erg. U2-11
Wie ist R C zu dimensionieren, so dass sich der gewünschte Arbeitspunkt
einstellt?
RC =
Auswerten
Ω
Erg. U2-12
Wie ändert sich der Arbeitspunktstrom I C(A), wenn sich die
Schwellspannung der Emitter-Basis Diode um -0,15V ändert?
I C(A) =
4 von 4
mA
Auswerten
Erg. U2-13
15.03.2008 11:44