Übungsaufgaben

Technische Universität Ilmenau
Fakultät für Elektrotechnik und Informationstechnik
Fachgebiet Hochfrequenz- und Mikrowellentechnik
„Audio- und Videoschaltungstechnik“
Übungsaufgaben:
1. Frequenzverhalten von Kleinsignal-Verstärkerschaltungen
1.1 Zweistufiger direktgekoppelter Vorverstärker
Zeichnen Sie das lineare Kleinsignal-Wechselstromersatzschaltbild folgender Schaltungen:
9
Vb
R3
1.6k
{rsigqu}
82 k
R1
Ri
3
2
Q2N2222
Vtran
8
Q2N2907A
200u
10
Q2
6
C2
R4
12
*1
10
4
R2
1
C3
10mF
Q1
C1
10u
Vin
7
100
5
PARAMETERS:
rsigqu
50
R7
R5
C4
11
rsigqu =
5, 50, 500 Ohm
5k, 50kOhm
10k
RI
120k
5.1k
{rsigqu}
R100
220u
C5
5pF
680
R6
C6
5pF
Zur Vereinfachung sollen die Kondensatoren C1, C2, C3 und C4 im betrachteten Frequenzbereich Wechselstromkurzschlüsse darstellen, während die Querbelastung durch die Kondensatoren C5 und C6 vernachlässigt werden soll.
Untersuchen Sie die Verstärkungseigenschaften der Schaltung bei einer Betriebsspannung
von Vb = +12V und gegebenem Kollektorstrom von Q2:Ic2 = 10mA!
Vergleichen Sie Ihre Resultate mit denen einer PSpice-Analyse! Bestimmen Sie den Frequenzgang der Rauschzahl F!
1.1 Zeichnen Sie eine funktionsfähige zweistufige Verstärkerschaltung mit Bipolartransistoren bei der ein Übertrager als Koppelvierpol verwendet wird.
Berechnen Sie die Spannungsverstärkung Vu der Anordnung, indem Sie die lineare Wechselstromersatzschaltung analysieren. Vereinfachen Sie das Ersatzschaltbild für niedrige
und hohe Frequenzen und untersuchen Sie das Verstärkungsverhalten an der unteren und
oberen Bandgrenze!
Welche Bandbreite ist erzielbar, wenn der Streufaktor des Übertragers σ = Lr/Lh ≈ 1% beträgt? Vergleichen Sie Ihre Ergebnisse mit denen einer PSpice-Analyse.
2. Mikrophonverstärker FET galvanisch gekoppelt mit BPT
Ziel:
Handhabung von Kleinsignal-Ersatzschaltbildern verstehen und üben.
Gegebene Schaltung:
+ UB
12 kS
56 MS
180 kS
2 nF
T2 pnp-Transistor
T1
M
33 M
15 k
56 k
100 nF
Ua
15 k
3. Rauscharme Transistor-Vorstufe für Tauchspulmikrophon
Ziel:
Kennenlernen der Rauscheigenschaften von Bipolartransistoren
Aufgabe:
Gegeben:
Forderung:
Zu berechnen ist die maximal zulässige Rauschzahl F eines VorstufenTransistors, der als Mikrophonverstärker arbeiten soll.
Tauchspul-Mikrophon als Signalquelle mit ff. Daten:
NF-Ausgangsspannung
UNF = 300 µVeff
Innenwiderstand
Ri = 200 Ω
Bandbreite B = 15 kHz
(HiFi-Norm, UKW, CD, ADR, DAB)
S/N = 60 dB, d.h. Rauschen, Störungen unhörbar.
4. Operationsverstärker 2; Leistungsendverstärker aus eigenkompensiertem Operationsverstärker und quasikomplementärem Emitterfolger
Gegeben ist ein intern frequenzkompensierter Operationsverstärker mit den Daten
vo = 100 dB ≈ 105, f1 = 10 Hz.
Er soll mit einem quasikomplementären Emitterfolger
(vLo = + 1 ≈ 0 dB, fL1 = 4 kHz, fL2 = 40 kHz)
zu einem NF-Leistungsverstärker zusammengeschaltet werden; es soll vo´= 20 dB betragen.
Aufgaben:
4.1
4.3
Geben Sie die grundsätzlichen schaltungstechnischen Möglichkeiten an
a)
invertierender OV, vor dem Endverstärker gegengekoppelt,
b)
invertierender OV, Gegenkopplung am Ausgang des Leistungsverstärkers,
c)
wie b), jedoch als nichtinvertierender Verstärker geschaltet.
Zeichnen Sie die Bodediagramme für die Fälle b) und c)!
Warum ist Fall a) ungeeignet?
Schlagen Sie eine zweckmäßige äußere Frequenzkompensation vor!
5.
Eintakt-A-Leistungsverstärker
5.1
Ein Eintakt-A-Verstärker mit Ausgangsübertrager soll eine maximale Wechselleistung
P~max = 1W an RL = 10 Ω abgeben.
Der Übertrager soll als verlustlos angesehen werden. Folgende Daten sind gegeben:
4.2
UB = 10V, UCERest = 0,5V, ICEO = 0A, Icmax = 0,45A.
Berechnen Sie ü und ηmax!
5.2
An eine Endstufe in Emitterschaltung soll über einen Kondensator gleichstromfrei der
Lastwiderstand RL angeschlossen werden.
Gegeben sind: UB und RC (UCERest ≈ 0)
Berechnen Sie für maximale Leistung am RL
a) den Arbeitspunkt (Ausgangskennlinienfeld)
b) den optimalen Lastwiderstand RLo
c) den zugehörigen Wirkungsgrad ηo.
d) Gibt es einen günstigeren Wirkungsgrad?
Wie groß wird dann die Leistung im Lastwiderstand?
Schaltung:
+UB
RC
C
RL
6.
Leistungsendstufe für Vertikalablenkung
Ziel:
Dimensionierung eines A-Endverstärkers bei nichtsinusförmigem Signalverlauf. Ein
Endstufentransistor arbeitet als gesteuerte Stromquelle auf einem komplexen Lastwiderstand, der aus der Reihenschaltung einer Spule L mit einem ohmschen Widerstand
R besteht. Da die Ablenkeinheit über einen Koppelkondensator angeschlossen wird,
enthält der sägezahnförmige Strom keinen Gleichanteil.
Schaltung:
5
+ UB
Dr
RB
2
i(t)
1
ic(t)
3
R = 15S
C1
U(t)
4
Iq
L = 40m
H
Zeitlicher Verlauf des Ablenkstromes:
i(t)
+
T
t1
t
-
2 Imax = 1A, Imax = 0,5A, t1 = 1ms, T = 20ms
Aufgaben :
6.1
6.2
Berechnen und zeichnen Sie u(t), die an den Anschlussklemmen des Ablenksystems
liegende Spannung !
Wie sieht der zeitliche Verlauf der Kollektorspannung aus? Zeichnen Sie die Arbeitskennlinie in das Ausgangskennlinienfeld des Transistors ein!
6.3
6.4
6.5
Bestimmen Sie die benötigte Betriebsspannung UB und UCEmax. Welche Forderungen
bestimmen die Wahl des Transistors?
Wie groß sind der Effektivwert des Ablenkstromes und die Ablenkwirkleistung? Wie
groß ist der Wirkungsgrad?
Vergleichen Sie die Rechenergebnisse mit den Resultaten einer Design-CenterAnalyse!