L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren
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L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren http://wwwdevel.efi.fh-nuernberg.de/elearning/cgi-bin/print_lessons.pl?uid=siegl&sid=643820376d... E LEKTRONIK 2 – S CHALTUNGSTECHNIK L9-1/19 L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren © Prof. Dr.-Ing. Johann Siegl L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren Damit in einer Anwendung ein Transistor bestimmte, geforderte Eigenschaften aufweist, muss der Bipolartransistor oder Feldeffekttransistor in einem geeigneten Arbeitspunkt betrieben werden. Dazu ist eine geeignete Beschaltung des Transistors erforderlich. Die Bestimmung des Arbeitspunktes von Transistoren in einer Schaltung erfolgt durch DC-Analyse. Voraussetzungen für die Bearbeitung dieser Lektion: Kenntnis des DC-Modells eines Bipolartransistors Weiterführende Literatur: Siegl, J.: "Schaltungstechnik - Analog und gemischt analog/digital", Bild L9-1: Arbeitspunkteinstellung beim Bipolartransistor Bipolartransistor in einer Schaltungsumgebung Beispielschaltung für die Einstellung eines Arbeitspunktes Springer Verlag, 2003; Kap. 5.2 und 6.2 Tietze, U.; Schenk, Ch.: "Halbleiterschaltungstechnik", Springer Verlag, 12. Auflage, 2002; Kap. 2.4 1 von 19 15.03.2008 11:41 L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren http://wwwdevel.efi.fh-nuernberg.de/elearning/cgi-bin/print_lessons.pl?uid=siegl&sid=643820376d... E LEKTRONIK 2 – S CHALTUNGSTECHNIK L9-2/19 L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren © Prof. Dr.-Ing. Johann Siegl L9.1 Betriebsarten eines Bipolartransistors L9.1 Betriebsarten eines Bipolartransistors Grundsätzlich weist Betriebszustände auf. jedes Für Halbleiterbauelement bestimmte verschiedene Anwendungen muss das Halbleiterbauelement durch entsprechende Beschaltung in den für die Anwendung geeigneten Betriebszustand gebracht werden. Der Betriebszustand wird auch Arbeitspunkt genannt. Der Bipolartransistor hat 4 Betriebszustände, je nachdem, wie die beiden inneren pn-Übergänge betrieben werden: Normalbetrieb: Emitter-Basis Diode in Flussrichtung, Kollektor-Basis Diode gesperrt; Sperrbetrieb: Emitter-Basis Diode gesperrt, Kollektor-Basis Diode gesperrt; Sättigungsbetrieb: Emitter-Basis Diode in Flussrichtung, Kollektor-Basis Diode in Flussrichtung; Bild L9-2: Betriebsarten des npn-Bipolartransistors entsprechend der gegebenen Vorspannung Inversbetrieb: Emitter-Basis Diode gesperrt, Kollektor-Basis Diode in Flussrichtung; Soll der Bipolartransistor als Verstärkerelement verwendet werden, so muss der Arbeitspunkt im Normalbetrieb durch entsprechende Beschaltung sichergestellt werden. 2 von 19 15.03.2008 11:41 L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren http://wwwdevel.efi.fh-nuernberg.de/elearning/cgi-bin/print_lessons.pl?uid=siegl&sid=643820376d... E LEKTRONIK 2 – S CHALTUNGSTECHNIK L9-3/19 L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren © Prof. Dr.-Ing. Johann Siegl L9.1 Betriebsarten eines Bipolartransistors Bei einer gegebenen Schaltung ist als erstes stets durch DC-Analyse der Arbeitspunkt der verwendeten Halbleiterbauelemente ohne Ansteuerung zu ermitteln. Bei Bipolartransistoren bedient man sich für eine Abschätzanalyse meist folgender Annahmen: Transistor im Normalbetrieb: U BE = 0,7V. Stromverstärkung hinreichend groß: I B vernachlässigbar. Ergibt sich bei Durchführung der Abschätzanalyse ein Widerspruch, so war Bild L9-3: Einteilung von Schaltungen hinsichtlich der Lage des die Annahme falsch. Es muss dann eine genaue Analyse durchgeführt Arbeitspunktes werden. Für Verstärkeranwendungen wird der Arbeitspunkt gemäß Bild L9-3 eingeteilt in: A-Betrieb (Normalbetrieb): Es fließt ein signifikanter Kollektorstrom I C(A). AB-Betrieb: Der Arbeitspunkt liegt im Bereich der Schwellspannung der Übertragungskennlinie. C-Betrieb (Sperrbetrieb): Nur bei Ansteuerung ergibt sich ab Erreichen der Schwellspannung ein Kollektorstrom. Allgemein wird der Arbeitspunkt eines Bipolartransistors angegeben mit: 3 von 19 15.03.2008 11:41 L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren http://wwwdevel.efi.fh-nuernberg.de/elearning/cgi-bin/print_lessons.pl?uid=siegl&sid=643820376d... E LEKTRONIK 2 – S CHALTUNGSTECHNIK L9-4/19 L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren © Prof. Dr.-Ing. Johann Siegl L9.2 Betriebsarten des Feldeffekttransistors L9.2 Betriebsarten des Feldeffekttransistors Der Feldeffekttransistor - ob JFET oder MOSFET - weist drei Betriebszustände auf. Sperrbetrieb: Die Steuerspannung U GS ist unterhalb einer Schwelle gegeben durch U P. "Widerstandsbetrieb": Die Steuerspannung U GS ist oberhalb einer Schwelle gegeben durch U P und die Drain-Source-Spannung ist hinreichend klein, kleiner als U DSP. "Stromquellenbetrieb": Die Steuerspannung U GS ist oberhalb einer Schwelle gegeben durch U P und die Drain-Source-Spannung ist hinreichend groß, größer als U DSP. Bei genauer Betrachtung ist noch ein weiterer Betriebszustand, der "Triodenbetrieb" zu ergänzen. Der "Triodenbetrieb" ist der Übergang zwischen "Widerstandsbetrieb" und "Stromquellenbetrieb". Bild L9-4 zeigt die Kennlinie eines N-JFET bzw. P-JFET. Bild L9-4: Kennlinie eines JFET N-Kanal P-Kanal 4 von 19 15.03.2008 11:41 L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren http://wwwdevel.efi.fh-nuernberg.de/elearning/cgi-bin/print_lessons.pl?uid=siegl&sid=643820376d... E LEKTRONIK 2 – S CHALTUNGSTECHNIK L9-5/19 L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren © Prof. Dr.-Ing. Johann Siegl L9.2 Betriebsarten des Feldeffekttransistors Beim N-Kanal JFET lauten die Gleichungen für die drei genannten Betriebsarten ("Sperrbetrieb", "Widerstandsbetrieb", "Stromquellen- betrieb"): (Gl. L9-1) Für MOS-Transistoren ist β = KP · W/L. Es gelten dieselben Betriebsarten. Bild L9-5 zeigt die Kennlinien eines N-MOSFET vom Anreicherungstyp. Je nach Lage der angelegten Steuerspannung U GS ergibt sich ein zugehöriges U DSP. Die Spannung U DSP ist wichtig für die Abgrenzung des "Stromquellenbetriebs". Für "Stromquellenbetrieb" muss U DS > U DSP sein. Bild L9-5: Kennlinie eines N-MOSFET vom Anreicherungstyp U GS = 4V U GS = 5V U GS = 6V 5 von 19 15.03.2008 11:41 L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren http://wwwdevel.efi.fh-nuernberg.de/elearning/cgi-bin/print_lessons.pl?uid=siegl&sid=643820376d... E LEKTRONIK 2 – S CHALTUNGSTECHNIK L9-6/19 L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren © Prof. Dr.-Ing. Johann Siegl L9.3 Grundlagen zur Arbeitspunkteinstellung beim Bipolartransistor a) L9.3 Grundlagen zur Arbeitspunkteinstellung beim Bipolartransistor Zur Einstellung Bipolartransistor eines benötigt geeigneten Betriebspunktes für man Spannungsquelle bzw. eine b) einen eine Stromquelle. Bild L9-6 zeigt die Möglichkeiten der Arbeitspunkteinstellung beim Bipolar-Transistor durch: Stromeinprägung am Emitter mit I E ≈ I 0; Stromeinprägung am Kollektor mit I C ≈ I 0; Stromeinprägung an der Basis mit I B ≈ I 0; Eine Spannungseinprägung an U BE verbietet sich wegen der starken Temperatur- und Exemplarstreuungsabhängigkeit von U BE. Mit der Versorgungsspannung U B wird in den Varianten von Bild L9-6a und bei I q deutlich größer I B Bild L9-6c sichergestellt, dass bei nicht zu großen Kollektorströmen die Kollektor-Basis Diode gesperrt ist. Bei den gegebenen Schaltungs-varianten c) ist die Emitter-Basis Diode in Flussrichtung betrieben (U BE ≈ 0,7V). Es stellt sich somit der Normalbetrieb ein. Bild L9-6: Prinzipien zur Arbeitspunkteinstellung eines Bipolartransistors a) Einprägung eines Emitterstroms b) Einprägung eines Kollektorstroms c) Einprägung eines Basistroms 6 von 19 15.03.2008 11:41 L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren http://wwwdevel.efi.fh-nuernberg.de/elearning/cgi-bin/print_lessons.pl?uid=siegl&sid=643820376d... E LEKTRONIK 2 – S CHALTUNGSTECHNIK L9-7/19 L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren © Prof. Dr.-Ing. Johann Siegl L9.3 Grundlagen zur Arbeitspunkteinstellung beim Bipolartransistor Eingeprägter Emitterstrom: Durch Anlegen einer Spannungsquelle an der a) b) c) Basis wird an dem Emitterwiderstand R E eine Spannung U RE eingeprägt, die einen konstanten Strom I E zur Folge hat (Bild L9-7b). Die Spannung an der Basis-Emitter Diode U BE ändert sich um ca. -2mV/°C, d.h. bei 100°C Temperaturänderung ergibt sich ein ΔU BE von 0,2V. Um eine konstante Spannung an R E zu gewährleisten, sollte gelten: (Gl. L9-2) Der Spannungsabfall an RE vermindert allerdings die verfügbare Versorgungsspannung, dies verringert die Aussteuerbarkeit an Knoten 2. Die Spannungsquelle U 1 kann durch einen Basisspannungsteiler ersetzt werden (Bild L9-7c). Dabei ist darauf zu achten, dass der Querstrom I q hinreichend groß gegenüber dem größtmöglichen Basisstrom I B ist. Der Basisstrom schwankt wegen der Temperatur- und Exemplarabhängigkeit der Stromverstärkung B. Es sollte gelten: Bild L9-7: Normalbetrieb mit eingeprägtem Emitterstrom a) Prinzipschaltung b) Stromeinprägung am Emitter durch konstante Spannung an R E c) wie b), die Spannungsquelle an der Basis ersetzt der Basisspannungsteiler (Gl. L9-3) Der Widerstand R E wirkt als Seriengegenkopplung. Dies bedingt einen hinreichend niederohmig dimensionierten Basisspannungsteiler. Würde sich bei konstanter Spannung U 1 der Strom I E um ΔI E erhöhen, so vermindert sich die Steuerspannung U BE um -ΔU RE, was der Stromerhöhung entgegenwirkt. 7 von 19 15.03.2008 11:41 L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren http://wwwdevel.efi.fh-nuernberg.de/elearning/cgi-bin/print_lessons.pl?uid=siegl&sid=643820376d... E LEKTRONIK 2 – S CHALTUNGSTECHNIK L9-8/19 L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren © Prof. Dr.-Ing. Johann Siegl L9.3 Grundlagen zur Arbeitspunkteinstellung beim Bipolartransistor Arbeitsgerade des Eingangskreises: Beim Bipolartransistor gilt für den a) b) Kollektorstrom: Übertragungskennlinie: (Gl. L9-4) Ausgangskennlinie: (Gl. L9-5) Um den Kollektorstrom im Arbeitspunkt zu bestimmen, benötigt man zusätzlich eine Netzwerkgleichung der Form I C = f(U BE), im Beispiel von Bild L9-8 ist dies die Maschengleichung 1): Bild L9-8: Arbeitsgerade des Eingangskreises a) Beispielschaltung b) Übertragungskennlinie des Transistors und Arbeitsgerade des Eingangskreises (Gl. L9-6) Aufgelöst nach I C erhält man die Arbeitsgerade des Eingangskreises: (Gl. L9-7) In Bild L9-8b ist die Arbeitsgerade der Eingangskreises dargestellt. Deren Schnittpunkt mit der Übertragungskennlinie des Transistors ergibt den gesuchten Arbeitspunkt. Beim Bipolartransistor ist die Basis-Emitter Spannung in Flussrichtung weitgehend unabhängig vom Kollektorstrom U BE ≈ 0,7V. Damit ist Gleichung L9-7 eine Bestimmungsgleichung für den gesuchten Arbeitspunkt. 8 von 19 15.03.2008 11:41 L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren http://wwwdevel.efi.fh-nuernberg.de/elearning/cgi-bin/print_lessons.pl?uid=siegl&sid=643820376d... E LEKTRONIK 2 – S CHALTUNGSTECHNIK L9-9/19 L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren © Prof. Dr.-Ing. Johann Siegl L9.3 Grundlagen zur Arbeitspunkteinstellung beim Bipolartransistor Arbeitspunktstabilität: In der Praxis unterliegen die Bauelemente einer Schaltung im allgemeinen: Temperaturschwankungen; Exemplarstreuungsschwankungen; Alterungseinflüssen; Beim Bipolartransistor verändern sich mit Blickrichtung auf die Temperaturdifferenz von Arbeitspunktbestimmung: U BE ändert sich um ca. -2 mV/°C; B erhöht sich um ca. 40% bei einer Normaltemperatur auf 100°C; I CB0 erhöht sich von ca. nA auf μA bei einer Temperaturerhöhung von Normaltemperatur auf 100°C; Aufgrund dieser Änderungen verschiebt sich die Übertragungskennlinie und Bild L9-9: Arbeitspunktstabilität - Veränderung des Arbeitspunktes aufgrund von Temperatureinflüssen. auch die Arbeitsgerade des Eingangskreises unterliegt den benannten Einflüssen (ΔU BE, ΔB, ΔI CB0). Aufgabe des Entwicklers ist es, geeignete Schaltungen zu wählen und so zu dimensionieren, dass sich in der Fertigung und im Betrieb von Schaltungen keine unzulässig großen Verschiebungen des Arbeitspunktes einstellen. 9 von 19 15.03.2008 11:41 L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren http://wwwdevel.efi.fh-nuernberg.de/elearning/cgi-bin/print_lessons.pl?uid=siegl&sid=643820376d... E LEKTRONIK 2 – S CHALTUNGSTECHNIK L9-10/19 L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren © Prof. Dr.-Ing. Johann Siegl L9.3 Grundlagen zur Arbeitspunkteinstellung beim Bipolartransistor Arbeitsgerade des Ausgangskreises: Mit der Netzwerkgleichung I C = f(U CE), a) b) im Beispiel ist dies die Maschengleichung 2): (Gl. L9-8) erhält man die Arbeitsgerade des Ausgangskreises. (Gl. L9-9) Der Graph in Bild L9-10b zeigt die ermittelte Arbeitsgerade. Dabei ist (U B U RE) die verfügbare Versorgungsspannung. Bild L9-10: Arbeitsgerade des Ausgangskreises Für optimale Aussteuerbarkeit sollte der Arbeitspunkt mittig zwischen a) Beispielschaltung U CE,min und der verfügbaren Versorgungsspannung (U B - U RE) liegen. b) Ausgangskennlinie und Arbeitsgerade des Ausgangskreises Daraus erhält man eine Bedingung für den optimalen Lastwiderstand R C,opt: (Gl. L9-10) Für U CE,min wird zumeist der Wert U CE,min ≈ 0,5V angenommen. Dieser Wert liegt hinreichend über der Spannung U CE,sat, wo der Transistor in der Sättigung betrieben würde. Es gilt den Transistor so auszusteuern, dass der Normalbetrieb nicht verlassen wird. 10 von 19 15.03.2008 11:41 L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren http://wwwdevel.efi.fh-nuernberg.de/elearning/cgi-bin/print_lessons.pl?uid=siegl&sid=643820376d... E LEKTRONIK 2 – S CHALTUNGSTECHNIK L9-11/19 L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren © Prof. Dr.-Ing. Johann Siegl L9.3 Grundlagen zur Arbeitspunkteinstellung beim Bipolartransistor Beispiel für Stromeinprägung am Kollektor: Die Stromeinprägung am Emitter Die vermindert die Netzwerkgleichung unter Einbezug von U CE: vermeidet die verfügbare Versorgungsspannung. Stromeinprägung am Kollektor. Diesen Nachteil Mittels Arbeitsgerade des Ausgangskreises erhält man durch eine einer Netzwerkgleichung, bei der nur die Steuerspannung U BE, nicht aber U CE oder U CB auftaucht erhält man die Arbeitsgerade des Eingangskreises. Im (Gl. L9-13) Beispiel von Bild L9-11 ist dies die Maschengleichung: a) b) (Gl. L9-11) Damit ergibt sich eine Bestimmungsgleichung für den gesuchten Kollektorstrom: (Gl. L9-12) Betreffs der Arbeitspunktstabilität gilt auch hier, dass ΔU BE, ΔB und ΔI CB0 möglichst wenig den Arbeitspunkt verändern sollen. Der Widerstand R F darf maximal 10 mal hochohmiger sein als R C, wenn die Stromverstärkung B > 200 ist. 11 von 19 Bild L9-11: Beispielschaltung zur Stromeinprägung am Kollektor a) Beispielschaltung b) Ersatzschaltbild der Zenerdiode 15.03.2008 11:41 L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren http://wwwdevel.efi.fh-nuernberg.de/elearning/cgi-bin/print_lessons.pl?uid=siegl&sid=643820376d... E LEKTRONIK 2 – S CHALTUNGSTECHNIK L9-12/19 L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren © Prof. Dr.-Ing. Johann Siegl L9.3 Grundlagen zur Arbeitspunkteinstellung beim Bipolartransistor von Bei gleichen Transistoren mit derselben Temperatur müssen also bei Bild L9-12 soll die systematische Vorgehensweise für die Analyse der Am gleicher Steuerspannung die Ströme gleich sein. Vorausgesetzt wird, dass Arbeitspunkte beide Transistoren im Normalbetrieb arbeiten. Damit ist I C,Q2 = I C,Q3. Weiteres Beispiel für Stromeinprägung am Kollektor: von Bipolartransistoren einer Beispiel gegebenen Schaltung verdeutlicht werden. Die Beispielschaltung enthält 3 Transistoren, es sind Gleichung also 3 Netzwerkgleichungen für die Eingangskreise aufzustellen, um die Arbeitspunkt I C,Q1 von Transistor Q 1. gesuchten Arbeitspunkte zu bestimmen: 3) ist eine Bestimmungsgleichung für den gesuchten Der Arbeitspunkt für U CE ergibt sich aus Maschengleichung I C = f(U CE) bei bekannten Strömen I C. Im Beispiel ist: 1) (Maschengleichung); 2) (Maschengleichung); 3) (Knotenpunktgleichung); (Gl. L9-14) (Gl. L9-16) Bei den Netzwerkgleichungen zur Bestimmung des Arbeitspunktstromes darf weder U CE noch U CB auftauchen. Vielmehr werden nur Gleichungen verwendet, so dass nur die Steuerspannungen U BE der Transistoren enthalten sind. Diese Vorgehensweise kann auf alle Schaltungen verallgemeinert werden. Ist näherungsweise U BE ≈ 0,7 V, so stellt Gleichung 1) eine Bestimmungsgleichung für I C,Q3 dar. Wegen I C ≈ IS · exp(U BE/U T) kann Gleichung 2) wie folgt formuliert werden: (Gl. L9-15) 12 von 19 Bild L9-12: Beispielschaltung zur Stromeinprägung am Kollektor 15.03.2008 11:41 L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren http://wwwdevel.efi.fh-nuernberg.de/elearning/cgi-bin/print_lessons.pl?uid=siegl&sid=643820376d... E LEKTRONIK 2 – S CHALTUNGSTECHNIK L9-13/19 L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren © Prof. Dr.-Ing. Johann Siegl L9.4 Arbeitspunkteinstellung beim Feldeffekttransistor a) L9.4 Arbeitspunkteinstellung beim Feldeffekttransistor b) Bei gegebener Steuerspannung U GS eines FET stellt sich anhand gegebener Modellgleichungen ein Drainstrom I D ein. Für Verstärkeranwendungen muss U DS > U DSP sein, damit "Stromquellenbetrieb" vorliegt. Ergebnis der DC-Analyse einer Schaltung ist der Arbeitspunkt: Die Arbeitspunkteinstellung eines FET wird anhand der Beispielschaltung (Bild L9-13a) aufgezeigt. Zunächst gilt es die Arbeitsgerade des Eingangskreises zu bestimmen. Dann ist eine Beschaltungsgleichung mit I D c) = f(U GS) aufzustellen. Im Beispiel lautet die Beschaltungsgleichung bei vernachlässigbarem Gatestrom: Daraus ergibt sich die Arbeitsgerade des Eingangskreises: (1) Die Transistorgleichung für J1 lautet bei U DS ≥ U DSP: (2) Bild L9-13: Beispielschaltung mit einem N-Kanal JFET zur Arbeitspunkteinstellung und zur AC-Analyse im Arbeitspunkt Somit erhält man zwei Bestimmungsgleichungen für I D(A) und U GS(A); als Ergebnis ergibt sich näherungsweise für das Beispiel: a) Beispielschaltung b) DC-Analyse des Eingangskreises zur Arbeitspunktbestimmung I D(A) c) Graphische Lösung 13 von 19 15.03.2008 11:41 L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren http://wwwdevel.efi.fh-nuernberg.de/elearning/cgi-bin/print_lessons.pl?uid=siegl&sid=643820376d... E LEKTRONIK 2 – S CHALTUNGSTECHNIK L9-14/19 L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren © Prof. Dr.-Ing. Johann Siegl L9.4 Arbeitspunkteinstellung beim Feldeffekttransistor Nach bekanntem Arbeitspunktstrom I D(A) ist der Lastkreis geeignet zu dimensionieren. Die Mindestspannung für U DS beträgt U DS ≥ U DSP(A) = a) b) 1,8V. Somit muss die Spannung am Ausgangsknoten 2 im Beispiel mindestens 4V betragen. Es verbleiben für die Aussteuerung des Ausgangssignals an Knoten 2 bei 10V Versorgungsspannung 6V. Um eine symmetrische Aussteuerung an Knoten 2 zu erhalten, sollte der Arbeitspunkt von Knoten 2 bei 7V liegen. Damit ergibt sich für den optimalen Lastwiderstand: c) Unter Zugrundelegung des Lastwiderstandes von R D,opt = 1,4kΩ ergibt sich ein Arbeitspunkt für den JFET von: Die DC-Lastgerade erhält man aus I D = f(U DS) mit Bildung einer Maschengleichung im Ausgangskreis: Daraus ergibt sich die Lastgerade des Ausgangskreises, gekennzeichnet mit R (DC) in Bild L9-14c: Bild L9-14: Beispielschaltung - Betrachtung des Lastkreises a) Beispielschaltung b) DC-Analyse des Lastkreises c) Graphische Lösung mit R (DC) als Lastgerade 14 von 19 15.03.2008 11:41 L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren http://wwwdevel.efi.fh-nuernberg.de/elearning/cgi-bin/print_lessons.pl?uid=siegl&sid=643820376d... E LEKTRONIK 2 – S CHALTUNGSTECHNIK L9-15/19 L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren © Prof. Dr.-Ing. Johann Siegl L9.5 Aufgaben L9.5 Aufgaben Aufgaben Aufgabe A1: Ein Bipolartransistor soll als Verstärkerelement verwendet Status, Versuche A1: Arbeitspunkt für Verstärkeranwendungen 0 A2: Arbeitspunkt für Schalteranwendungen 0 A3: Sättigungsbetrieb 0 A4: Arbeitspunkt - Beispiel 1 0 A5: Arbeitspunkt - Beispiel 2 0 werden. 0 richtig und 0 falsch von 0 bearbeiteten, insgesamt 0 Versuche. Welche Betriebsart ist erforderlich? 15 von 19 Sperrbetrieb j k l m n Normalbetrieb j k l m n Sättigungsbetrieb j k l m n Inversbetrieb j k l m n 15.03.2008 11:41 L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren http://wwwdevel.efi.fh-nuernberg.de/elearning/cgi-bin/print_lessons.pl?uid=siegl&sid=643820376d... E LEKTRONIK 2 – S CHALTUNGSTECHNIK L9-16/19 L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren © Prof. Dr.-Ing. Johann Siegl L9.6 Selbstständige Übungen L9.6 Selbstständige Übungen Arbeitspunkteinstellung 1: Gegeben ist ein Bipolartransistor, die Versorgungsspannung U B beträgt 10V. Der Arbeitspunkt soll bei I C(A) = 1mA liegen. Der Lastkreis ist so zu dimensionieren, dass größtmögliche Aussteuerbarkeit gegeben ist. Fragen: a) Geben Sie eine geeignete Beschaltung von Q1 an, so dass mittels DC-Seriengegenkopplung ein hinreichend stabiler Arbeitspunkt erzielt Bild L9-15: Lückenhafte Schaltung zur Arbeitspunkteinstellung des Transistors wird. b) Geben Sie eine geeignete Beschaltung von Q1 an, so dass mittels DC-Parallelgegenkopplung ein hinreichend stabiler Arbeitspunkt erzielt wird. 16 von 19 15.03.2008 11:41 L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren L9.6 Selbstständige Übungen http://wwwdevel.efi.fh-nuernberg.de/elearning/cgi-bin/print_lessons.pl?uid=siegl&sid=643820376d... E LEKTRONIK 2 – S CHALTUNGSTECHNIK L9-17/19 © Prof. Dr.-Ing. Johann Siegl Arbeitspunkteinstellung 2: Gegeben ist nachstehende Schaltung. Die Teilschaltung mit Q2 und Q3 ist dazu geeignet, um den Arbeitspunkt von Q1 einzustellen. Fragen: a) Geben Sie die erforderlichen 3 "Beschaltungsgleichungen" an, um die Arbeitspunkte von Q1, Q2 und Q3 zu bestimmen. b) Bestimmen Sie R2 und R3 so, dass Q1 größtmöglich aussteuerbar ist. c) Dimensionieren Sie R0 so, dass sich für Q1 ein Arbeitspunktstrom von ca. 1mA ergibt. Bild L9-16: Beispielschaltung zur Arbeitspunkteinstellung 17 von 19 15.03.2008 11:41 L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren http://wwwdevel.efi.fh-nuernberg.de/elearning/cgi-bin/print_lessons.pl?uid=siegl&sid=643820376d... E LEKTRONIK 2 – S CHALTUNGSTECHNIK L9-18/19 L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren © Prof. Dr.-Ing. Johann Siegl L9.6 Selbstständige Übungen Arbeitspunkteinstellung 3: Gegeben ist eine Kaskodeschaltung von zwei Transistoren Q1 und Q2, die Versorgungsspannung U B beträgt 10V. Fragen: a) Geben Sie eine geeignete Beschaltung von Q1 und Q2 an, so dass mittels DC-Seriengegenkopplung ein hinreichend stabiler Arbeitspunkt erzielt wird. Als Vorgabe soll U BE,Q1(A) = 1V sein. b) Geben Sie eine geeignete Beschaltung von Q1 und Q2 an, so dass mittels DC-Parallelgegenkopplung ein hinreichend stabiler Arbeitspunkt erzielt wird. Als Vorgabe soll U BE,Q1(A) = 1V sein. 18 von 19 Bild L9-17: Lückenhafte Kaskodeschaltung zur Ermittlung eines stabilen Arbeitspunktes 15.03.2008 11:41 L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren http://wwwdevel.efi.fh-nuernberg.de/elearning/cgi-bin/print_lessons.pl?uid=siegl&sid=643820376d... E LEKTRONIK 2 – S CHALTUNGSTECHNIK L9-19/19 L9 Arbeitspunkteinstellung von Transistoren © Prof. Dr.-Ing. Johann Siegl L9.6 Selbstständige Übungen Arbeitspunkteinstellung 4: Gegeben ist nebenstehende Schaltung mit den angegebenen Parametern. Fragen: a) An welchem Knoten liegt der Drainanschluss von J1? b) Geben Sie die zwei "Beschaltungsgleichungen" für die Bestimmung der Arbeitspunkte von J1 und Q1 an. c) Ermitteln Sie die Arbeitspunkte von J1 und Q1. Bild L9-18: Transistorschaltung mit P-JFET und Bipolartransistor J1: BETA = 625μA/V 2 LAMBDA = 0 VT0 = -4V IS = 10 -15A Q1: IS = 10 -15A B = 200 19 von 19 15.03.2008 11:41
