Dimensionierung vom Transistor Wechselspannungsverstärkern → mit NPN Transistor Schaltung Werte: V1 = BC141; RL = 1 kΩ UB = 15 V Vorgaben: – Der Arbeitspunkt des Transistors ist so einzustellen, dass UCE = UB/2 = 7,5V. – Der Basisstrom ist so festzulegen, dass bei einem Eingangswechselstrom von 40 µASS eine lineare Aussteuerung erreicht wird. – Beim Basisspannungsteiler soll das Querstromverhältnis etwa 10 betragen, das gleiche Verhältnis soll auch bei den Widerständen R3/R4 verwendet werden. – Die Kondensatoren sind für eine untere Grenzfrequenz von 40 Hz zu dimensionieren. → Kennlinienfeld BC141 160 16 140 120 100 80 60 40 20 00 2 4 6 8 10 Arbeitsgerade R3 +R4 U CE=5V 12 14 16 160 140 14 120 12 Ic/mA 0 U CE/V AP AP 10 80 ΔUCE 8 100 0 0 UCEA 2 0 UB 0,1 U BE/V 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 0,7 AP U CE=5V 0,8 160 140 120 100 ΔUBE ΔIB 80 60 40 20 0 I B/µA – Festlegungen aus Kennlinie: Bei IB = 100 µA ist eine lineare Aussteuerung gewährleistet. → UBEA = 0,69 V; ICA = 9,6 mA → Dimensionierung von R3 und R4 U R3 R4=U CEA U R3 R4 7,5 V R3R 4= = =781 I CA 9,6 mA R3 1 R R4 781 ≈ R3=10∗R4 R4 = 3 = =71 R4 10 11 11 ΔI10C 4 20 2 12 6 40 4 14 8 60 6 16 Ic/mA 0 I B/µA R3=10∗R 4=710 Widerstände aus der Reihe E12: – R3 = 680 Ω – R4 = 68 Ω → Dimensionierung von R1 und R2 q= I r2 ≈10 I BA R2= I R2=10∗I BA=10∗100µA=1mA U R2 U BEAU R4 U BEAR4 I BAI CA 0,69V 68 100µA9,6 mA = = = =1,35 k I R2 I R2 I R2 1mA Widerstand aus Reihe E12: 1,5 kΩ I R2 tats= R 1= U R2 U BEAR4 I BA I CA 0,69V 68 100µA9,6 mA = = =0,9 mA R2E12 R 2E12 1,5 k U R1 U B −U R2 U B−U BEA −R4 I BA I CA 15V −0,69V −68 100µA9,6 mA = = = =13,7 k I R1 I R2tats I BA I R2tats I BA 0,9 mA100µA Widerstand aus Reihe E12: 15 kΩ → Dimensionierung von C1 • Wechselstromersatzschaltbild ΔUBE und ΔIB im Arbeitspunkt aus Kennlinie ablesen U BE 85mV = =533 → r BE = I B 160µA → r e =R1∥R 2∥r e =383 RC Hochpass Bei fg gilt: X C1 =r e C 1= 1 1 = =10µF 2 f g∗r e 2 40 Hz∗383 → Problem: Die drei Kondensatoren in der Schaltung verursachen jeweils eine Dämpfung des Signals Auswirkung (Vereifacht): Betrachtung bei fg ue z.B. 1VSS 0,707VSS 0,5VSS 0,35VSS Bei drei Kondensatoren den berechneten Kondensator zwei Stufen in der Reihe E6 höher wählen Kondensator C1 aus Reihe E6: 22µF → Dimensionierung von C2 • Wechselstromersatzschaltbild ΔUCE und ΔIC im Arbeitspunkt aus Kennlinie ablesen → r CE = U CE 16,6 V = =40k I C 4,2 mA → r a=r CE∥R3=668 → r X =r a R L =1,7 k RC-Hochpass Bei fg gilt: X C2 =r x C 2= 1 1 = =2,3 µF 2 f g∗r x 2 40 Hz∗1,7 k Kondensator C2 aus Reihe E6: 4,7µF → Dimensionierung von C3 • Aufgabe: R4 wechselstrommäßig kurzschließen → bei fg → R4 = XC3 • üblich: X C3fgu R4 10 C 3= 10 10 = =585µF 2 f g∗R 4 2 40Hz∗68 C3=1000µF → Wechselstrommäßige Untersuchung des Verstärkers – Messung des Eingangsstroms mit dem Oszilloskop → Verwendung eines Messwiderstands RV ie = u Rv Rv mit u Rv =u G −u e (durch Differenzmessung) – Dimensionierung von RV • Generator R v max= • → Begrenzung durch maximale Generatorspannung u gmax 30V SS = =750k ie 40µASS Messgenauigkeit → max. vertikale Auslenkung des Oszilloskops: Y=8cm → entspricht Messbereich 5µA i MB = cm → leichte Umrechenbarkeit: U-MB z.B. 0,5V/cm U MB = → RV= i MB – Messungen bei ie = 40 µASS: ue = 15 mVSS ia = 1,7 mASS ua = 1,7 VSS fgu=41 Hz; fgo = 168 kHz – Rechnungen V cm =100k µA 5 cm 0,5 40µA SS = 4VSS ue 15mV SS = =133 ua 1,7 VSS ● Vu= ● i 40µA SS V i= e = =42,5 i a 1,7 mASS ● V P =V u∗V i=113∗42,5=4803 ● ra= u a RL1 −u a RL2 1,7 VSS−0,42 VSS = =512 i a RL2 −i a RL1 4,2 mASS−1,7 mASS → mit PNP Transistor Kurzarbeit 2008 Gegeben ist das nachstehend dargestellte Schaltbild eines Wechselspannungverstärkers sowie als Anlage das Vierquadrantenkennlinienfeld des PNP Transistors BC161. Schaltung Aufgabe 1 Dimensionieren sie die Widerstände R3 und R4 gemäß der Normreihe E12 so, dass die folgenden Bedingungen erfüllt sind: • die Betriebsspannung UB soll 18V betragen • der Basisstrom im AP soll ca. -120µA betragen • die Kollektor – Emitterspannung im Arbeitspunkt soll -10V betragen • das Widerstandsverhältnis R3 : R4 soll ca. 5 : 1 betragen Aufgabe 2 Geben sie die Arbeitspunktwerte des Transistors unter Verwendung der in Aufgabe 1 ermittelten Widerstands Nennwerte an. Aufgabe 3 Dimensionieren Sie die Widerstände R1 und R2 gemäß der Normreihe E24 so, dass unter Verwendung des in Aufgabe 2 gewählten Arbeitspunktes ein Querstromverhältnis von etwa 9 vorliegt. Anlage 1: Widerstandsnormreihen Reihe E6, E12, E24 (guck ins Tabellenbuch) Anlage 2: Vierquadranten-Kennlinienfeld 1) R 3R 4= R4= −UB −−UCEA −18V10V = =672 −ICA 11,9 mA R3 R 4 672 = =112 6 6 → Widerstand aus Reihe E12: R4E12 =120 Ω R 3=5∗R 4=560 → Widerstand 560 Ω ist in Reihe E12 enthalten 2) Da nicht die berechneten Widerstände verwendet werden, verschiebt sich der AP leicht. Die Spannung UCE soll konstant bleiben, IB darf sich leicht verändern (= „soll -10V betragen“ und „soll ca. -120µA betragen“ in der Aufgabenstellung) 3) −UCE 8V = =11,7 mA=−I CEA R 3E12R 4E12 680 ➢ −I E tats = ➢ −UCE =10V ➢ −I BA=119µA ➢ −U BE=0,7 V Basisstrom wird vernachlässigt I R2 −I BA I R2 =−I BA∗q=119µA∗9=1,07 mA q=9= UR2 −U BEA U R4 0,7 V1,42 V = = =1,98 k I R2 I R2 1,07 mA U R4 =R 4∗−I BA −I CEA =120 119µA11,7 mA =1,42 V R 2= → Widerstand aus Reihe E24: 2 kΩ UR2 2,12 V = =1,06 mA R 2E24 2k I R1 =I R2tats −I BA =1,06 mA119µA=1,18 mA I R2tats = UR1=U B−U R2=18V−2,12 V=15,9 V U 15,9 V R 1= R1 = =13,5 k I R1 1,18 mA → Widerstand aus Reihe E24: 13 kΩ © Wagner 2008