Übungen zur Vorlesung Elektronik

Übungen zur Vorlesung Elektronik
Blatt 8
Übungsleiter: P. Jasinski im SS 2007
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Abgabe: Freitag 22.06 14:00 Uhr
Aufgabe 1 (10 Punkte)
Gegeben sei das Netzwerk in Abb. 1 mit einem Transistor. Die Kennlinien des Transistors
finden sich in Abb. 2. Das Eingangssignal U1 wird über einen Kondensator an den Eingang
Abbildung 1: Transistor Schaltung
des Transistors gekoppelt und beeinflusst somit nur noch die Amplitude der angelegten
Spannung. Die eigentliche Spannung wird über U2 und R1 eingestellt. Im folgenden soll
das Eingagssignal mit Koppelkondensator nicht betrachtet werden.
1. Welche Art von Transistor ist hier in der Schaltung dargestellt? Bezeichnen Sie Basis
B, Emitter E und Kollektor C als solche in der Schaltung. Zeichnen Sie zudem
UCE , UBC und UBE ein. Welche häufig verwendete Grundschaltung können Sie hier
erkennen? Woran erkennt man das?
2. Bestimmen Sie den Arbeitspunkt im Eingangskreis grafisch. Dafür bestimmt man erst
die Leistungsgerade der Spannungsquelle U2 an der Basis und trägt diese als Basisstrom IB über UBE in das entsprechende Kennliniendiagramm auf. Der Schnittpunkt
mit der Kennlinie ist der gesuchte Arbeitspunkt. Es seien U2 = 5V und R1 = 100kΩ.
3. Bestimmen Sie den Arbeitspunkt im Ausgangskreis grafisch. Dafür bestimmt man
erst die Leistungsgerade der Spannungsquelle U2 am Kollektor und trägt diese als
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Abbildung 2: Kennlinien eines Transistors
Kollektorstrom IC über UCE in das entsprechende Kennliniendiagramm auf. Der
Schnittpunkt mit der passenden Kennlinie ist der gesuchte Arbeitspunkt. Findet
sich keine entsprechende Kennlinie, muss eine geschätzte Kennlinie orientiert an den
übrigen gezeichnet werden. Es seien U2 = 5V und R2 = 500Ω.
4. Bestimmen Sie die Spannungsverstärkung A an UCE von U1 ≈ UBE grafisch. Betrachten Sie nur eine kleine Spannungsänderung an der Basis (Stichwort: Kleinsignalverhalten) von etwa ±50mV um den Arbeitspunkt herrum. Tipp: Betrachten
Sie die Basisströme in Abhängigkeit von einer Spannungsänderung an der Basis und
schätzten Sie wieder orientiert an existierenden Kennlinien den Einfluss auf die Ausgangsspannung.
5. Bestimmen Sie die inneren Widerstände rBE und rCE des Transistors grafisch.
∆IC
6. Bestimmen Sie Stromverstärkung β = ∆I
grafisch anhand der gegebenen KennliniB
en. Die Leistungsgerade der Spannungsquelle U2 an der Basis sei hier als konstant
anzunehmen.
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Aufgabe 2 (3 Bonuspunkte)
Diese Woche lernen Sie in der Zusatzaufgabe, wie man Parameter von Bauteilen in der
Simulation vorgeben kann um ein Ausgangskennlinienfeld eines Transistors in Emitterschaltung zu simulieren (Abb. 2).
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Sie benötigen dazu folgende neue Bauteile: Ein Transistor Q2N2222 in der EVAL Bibliothek und PARAM in SPECIAL. Wenn Sie beide Bauteile platziert haben, so rufen Sie
die Eigenschaften von PARAMETERS mit einem Doppelklick auf. Ein Fenster ’Property
Editor’ sollte sich geöffnet haben, wo Sie mit ’New Column...’ einen neuen Parameter, den
sie später variieren möchten eintragen können. Der Name ist beliebig, sollte aber keine
Leerzeichen, oder ähnliche Sonderzeichen enthalten. Der Wert kann erstmal auf 1 gewählt
werden, denn in der späteren Simulation wird dieser sowieso geändert. Wenn Sie mit ’OK’
bestätigt haben, dann erscheint als letzter Eintrag ihr Parameter. Damit dieser Parameter
auch auf ihrem Blatt erscheint, klicken Sie den Parameter einmal an und klicken Sie dann
den ’Display..’ Button. Im Fenster ’Display Properties’ wählen Sie ’Name and Value’ aus
und können nun alle Fenster schließen.
In ihrem Schematics-Fenster können Sie nun unter PARAMETERS ihren Parameter
sehen, den Sie auch irgendeinem Bauteil als Wert zuweisen können. Dafür müssen Sie
einfache den Namen ihres Parameters in geschweiften Klammern als Wert des gewünschten
Bauteils eintragen.
Wenn Sie den Transistor für ein Ausgangskennlinienfeld in Emitterschaltung komplettiert haben wählen Sie in den Simulationseinstellungen folgende Einstellungen aus: ’Analysis Type’ = ’DC Sweep’ ermöglicht es die Simulation in Abhängigkeit einer Variablen
zu setzten. So kann hier die Spannungsquelle, die man unter ’Name’ benennt als Variable gewählt werden. Dementsprechend muss man den Anfangs- und Endwert, sowie die
Schrittweite angeben. Um dann noch den Basisstrom aus der Stromquelle zu verändern,
muss unter ’DC Sweep’ noch der Punkt ’Parametric Sweep’ ausgewählt werden. Bei ’sweep
variable’ wählen Sie dann ’Global parameter’ aus. Die Werte des Parameters den Sie unter ’Parameter name’ spezifizieren können Sie auch wieder über diskrete Schritte wählen.
Es empfiehlt sich hier aber die ’Value list’ wo man einzelne Werte einfach durch Kommas getrennt einträgt. Somit haben Sie die Simulation spezifiziert und können das Fenster
schliessen.
Als letztes setzt man einen Strommarker (neben dem Spannungsmarker in der oberen
Leiste) an einen Anschluss! eines Bauelementes. (Sie können den Marker nicht an einen
beliebigen Punkt der Leitung setzen.) Je nachdem welchen Anschluss man wählt, kann es
vorkommen, dass der Strom negativ angezeigt wird. In dem Fall nimmt man den Anschluss
eines Bauteils am anderen Ende der Leitung.
Das vollständige Ergebnis könnte wie in Abb. 3 aussehen.
Die Spannungsquelle UCE soll ihren Namen tragen. Drucken Sie die Simulation aus.
Sollten Sie keine Möglichkeit haben das Ergebnis zu drucken, so senden Sie bitte die Datei
als e-mail Anhang an den Übungsleiter [email protected] mit der Angabe des
Namens und der Übungsgruppe.
PS: Eine Anleitung mit Bildern zu Variablen Parametern finden Sie unter http://
www-ibt.etec.uni-karlsruhe.de/linette/pspice/pspice_simulationen.html.
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Abbildung 3: Kennlinien eines Transistors
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