Bachelor Praktikum I: Lösung zum Aufgabensatz 5 (WS03/04)

Aufgabensatz 5
Bachelor Praktikum I, WS03/04
M.E.E. van Woerkom∗
Steinstr. 6
D–51429 Bergisch Gladbach
Matr.–Nr. 5480035
26. November 2003
Aufgabe 5 (Dimensionierung Transistorschaltung)
1.
(a) Wahl von RC :
Es soll die Ungleichung
IC =
UK
≤ 10 mA
RC
erfüllt werden, für U K = 5V ergibt dies
RC ≥ 500 Ω .
(b) Realisation von RC , IC :
Exakt 500 Ω sind als Einzelwiderstand nicht im Heimlabor vorhanden.
Eine nahe Kombination über 500 Ω in Reihenschaltung ist
558 Ω = 390 Ω + 100 Ω + 68 Ω .
Die Parallelschaltung zweier gleicher Widerstände R hat den Gesamtwiderstand R/2. Tatsächlich
können wir so 500 Ω realisieren, einmal 1 kΩ sind als Einzelwiderstand vorhanden, ein weiterer lässt
sich als Reihenschaltung
1000 Ω = 680 Ω + 220 Ω + 100 Ω
realisieren.
Die Frage ist, ob man nachher diese Widerstände für die Schaltung benötigt, evt. stehen sie nicht
zur Verfügung. Ausserdem ist die Fertigungstoleranz nicht so gut, dass dieser ideale Wert tatsächlich
erreicht wird.
∗
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1
Für den Strom ergibt sich dann rechnerisch
IC =
5V
= 8, 96 mA
558 Ω
und gemessen
RC = 555 Ω
IC = 8, 90 mA .
(c) Belastung mit LED
Für die Spannungen gilt bei gesperrtem Transistor und Widerstand RD vor der LED
U K = RC IC + RD IC + U D
wobei
IC =
U A = RD IC + U D
UK − UD
5 V − 1, 5 V
=
= 3, 95 mA
RC + RD
555 Ω + 330 Ω
und damit
U A = (U K − U D )
330 Ω
RD
+ U D = (5 V − 1, 5 V)
+ 1, 5 V = 2, 81 V
RC + RD
555 Ω + 330 Ω
2.
(a) Basisstrom bei Verstärkung 100
IB =
8, 90 mA
= 0, 0890 mA
100
(b) RB
RB =
U B U E − U BE 5 V − 0, 6 V
= 4944 Ω
=
=
IB
IB
0, 890 mA
Im Kasten kann man
4800 Ω = 3900 Ω + 680 Ω + 220 Ω
wählen, mit einem gemessenen Widerstand von 4930 Ω.
(c) U E
Mit dem gewählten RB folgt
U B = RB IB = 4930 Ω0, 089 mA = 0, 439 V
und
U E = U B + U BE = 0, 439 V + 0, 6 V = 1, 039 V .
3.
(a) und (b)
Leider wäre ein weiterer 68 Ω Widerstand nötig, daher messe ich mit 0
RC = 390 Ω + 100 Ω = 490 Ω .
2
Siehe Excel Datei.
(c)
Bei niedriger Spannung U E (sicher, wenn kleiner 0, 5 V) sperrt der Transistor, die Spannung U A an
der LED ist gross, dies ist der Low Zustand.
Bei hoher Spannung U E (sicher, wenn grösser 1, 4 V) leitet der Transistor, die Spannung U A an der
LED ist daher klein, dies ist der High Zustand.
4.
Berechnet wurden
IC =
5V
= 10, 20 mA U A max = 2, 81 V U E min = 1, 039 V ,
490 Ω
gemessen wurden
IC = 10, 05 mA U A max = 2, 97 V U E min = 1, 07 V .
Die Werte stimmen gut überein.
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