Bachelor Praktikum I: Lösung zum Aufgabensatz 5 (WS03/04)
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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. ∗ e-mail: [email protected] 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. 3
