Übung 3 - Institut für Elektrische Energiewandlung

Universität
Stuttgart
Institut für Leistungselektronik
und Elektrische Antriebe
Abt. Elektrische Energiewandlung
Prof. Dr.-Ing. N. Parspour
Übung 3
Bipolartransistor
Linearisierung
Arbeitspunkteinstellung
Aufgabe 3.1
(Linearisierung von Bipolartransistor-Kennlinien)
Gegeben ist die Eingangskennlinie IB = f(UBE) und eine Ausgangskennlinie IC = f(UCE,IB) für einen
Basisstrom von IB = 0,15 mA eines npn-Bipolar-Transistors. Die Kennlinien sind jeweils in Tabellenform
gegeben.
UBE [V]
0
0,1
0,2
0,3
0,4
0,5
0,6
0,63
0,66
0,69
0,72
IB [µA]
0
0
0
3
5
9
30
100
170
250
330
Tabelle 3.1: Eingangskennlinie IB = f(UBE) des Bipolartransistors
UCE [V]
0
1
2
3
4
5
6
7
8
9
10
IC [mA]
0
36
40
41
42
43
44
45
46
47
48
Tabelle 3.2: Ausgangskennlinie IC = f(UCE,IB) des Bipolartransistors für IB = 0,15 mA
Fragen
1.
Zeichnen Sie die Kennlinie IB = f(UBE) in das vorbereitete Diagramm ein und linearisieren Sie die
Kennlinie grafisch um den Arbeitspunkt, welcher bei IB(AP) = 0,15 mA liegen soll.
Bestimmen Sie das elektrische Ersatzschaltbild für den Basis-Emitter-Kreis des linearisierten
Transistors und bestimmen Sie die Werte der darin vorkommenden Elemente.
2.
Zeichnen Sie die Kennlinie IC = f(UCE, IB) für einen Basisstrom von IB = 0,15 mA in das vorbereitete
Diagramm ein und linearisieren Sie die Kennlinie grafisch um den Arbeitspunkt, welcher bei
IC(AP) = 44 mA und UCE(AP) = 6 V liegen soll.
Bestimmen Sie das elektrische Ersatzschaltbild für den Kollektor-Emitter-Kreis des linearisierten
Transistors und bestimmen Sie die Werte der darin vorkommenden Elemente.
3.
Zeichnen Sie das gesamte Ersatzschaltbild für den um den gegebenen Arbeitspunkt linearisierten
Transistor.
4.
Welche weiteren Vereinfachungen sind denkbar?
Einführung in die Elektrotechnik 2
Übung 3: Bipolartransistor, Linearisierung, Arbeitspunkteinstellung
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Bild 3.1 Eingangskennlinie IB = f(UBE) des Bipolartransistors
Bild 3.2 Ausgangskennlinie IC = f(UCE,IB) des Bipolartransistors für IB = 0,15 mA
Einführung in die Elektrotechnik 2
Übung 3: Bipolartransistor, Linearisierung, Arbeitspunkteinstellung
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Aufgabe 3.2
(Arbeitspunkteinstellung)
Im Bild 3.3 ist das Ersatzschaltbild einer elektrischen Schaltung mit einem npn-Bipolartransistor gegeben.
Bild 3.3 Schaltung mit npn-Transistor und Glühlampe
Von der Schaltung sind folgende Daten bekannt:
Spannungsquellen
U Bat1
3V
U Bat 2
npn-Transistor
U BE0
0, 62 V
B 250
Glühlampe (GL)
UN
10 V
PN
12 V
R BE
390
R CE
500 mW
Fragen
1.
Welche Funktion erfüllt der Transistor in dieser Schaltung?
2.
Zeichnen Sie das obige Ersatzschaltbild erneut auf, indem Sie den Transistor durch sein
linearisiertes Ersatzschaltbild ersetzen.
3.
Berechnen Sie den Kollektorstrom IC(AP), sodass die Glühbirne im Nennbetriebspunkt betrieben
wird.
4.
Berechnen Sie den Basisvorwiderstand RB, sodass im Kollektor-Emitter-Kreis der geforderte
Kollektorstrom IC(AP) fließt.
5.
Welche Spannung UCE(AP) fällt in diesem Arbeitspunkt an der Kollektor-Emitter-Strecke des
Transistors ab. Welche Leistung (Verlustleistung) wird im Transistor in diesem Arbeitspunkt in
Wärme umgesetzt?
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Aufgabe 3.3
(Arbeitspunkteinstellung)
Im Bild 3.4 ist das Ersatzschaltbild einer elektrischen Schaltung mit einem npn-Bipolartransistor gegeben.
Bild 3.4 Schaltung mit npn-Transistor und Glühlampe
Von der Schaltung sind folgende Daten bekannt:
Spannungsquellen
U Bat
npn-Transistor
U BE0
Glühlampe (GL)
UN
12 V
0, 62 V
10 V
B 250
PN
R BE
390
R CE
1, 0 k
500 mW
Fragen
1.
Zeichnen Sie das obige Ersatzschaltbild erneut auf, indem Sie den Transistor durch sein
linearisiertes Ersatzschaltbild ersetzen.
2.
Berechnen Sie den Kollektorstrom IC(AP) und den Basisvorwiderstand RB, sodass die Glühbirne im
Nennbetriebspunkt betrieben wird.
3.
Welche Leistung (Verlustleistung) wird im Transistor in diesem Arbeitspunkt in Wärme
umgesetzt?
4.
Bestimmen Sie den Basisstrom IB und den Kollektorstrom IC, wenn der Basisvorwiderstand auf
den doppelten Wert wie in Frage 2 berechnet, eingestellt wird.
5.
Welche Spannung UCE fällt in dem unter Frage 4 berechneten Arbeitspunkt an der KollektorEmitter-Strecke des Transistors ab? Welche Leistung (Verlustleistung) wird im Transistor in
diesem Arbeitspunkt in Wärme umgesetzt?
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