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1 Übungen zum 6. Versuch 13. Dezember 01 Elektronik 1 - UT-Labor 1. Folgende Schaltung zeigt einen einfachen Differenzverstärker. i c1 i c U b R c R c u a1 i b1 i b u a u e1 u e U b u e R e a) Stellen Sie die Maschengleichungen für die Basisemitterspannungen der beiden Transistoren auf. Berücksichtigen Sie dabei die Eingangsspannungen. Lösung: Die Maschen können über die Massen geschlossen werden. Deshalb lassen sich folgende Gleichungen aufstellen: u be1 u obe = u e1 u e + U b = u e u e + U b (1) Ähnlich wie bei der Stromgegenkopplung sind die Basisemitterspannungen von der Differenz aus u e1 und u e abhängig. b) Stellen Sie die Maschengleichungen für die Ausgangsspannungen auf. Berücksichtigen Sie dabei die Spannungen an den jeweiligen Kollektorwiderständen. Lösung: Die Maschen können wieder über die Massen geschlossen werden. Deshalb lassen sich folgende Gleichungen aufstellen: u a1 u a = U b R c i c1 = U b R c i c 1

2 Elektronik 1 - UT-Labor 13. Dezember 01 Übungen zum 6. Versuch. Die Vorgänge im Differenzverstärker sollen nun zeitlich verlangsamt betrachtet werden. a) Die Eingangsspannungen u e1 und u e werden gleichzeitig erhöht. Vervollständigen Sie die untenstehende zeitliche Abfolge der Veränderungen. u e1, Ű u be1, i b1, i c1, u e u be1, i b1, i c1, Lösung: Ausgangspunkt ist Gl. 1. Werden beide Eingangsspannungen im gleichen Maße erhöht, vergrößern sich u be1,, i b1, und i c1, ebenfalls im gleichen Maß. Da u e = R e (i c1 +i c ) wird auch die Spannung am Emitterwiderstand größer und kompensiert die Erhöhung der Eingangsspannung. Deshalb: u e1, Ű u be1, Ű i b1, Ű i c1, Ű u e Ű u be1, Ů i b1, Ů i c1, Ů b) Verändern sich die Kollektorströme? Wie verändern sich die Ausgangsspannungen? Lösung: Die Änderung der Kollektorströme wird bei gleicher Änderung der Eingangsspannung durch den Emitterwiderstand weitestgehend aufgehoben. Die Ausgangsspannungen bleiben deshalb annähernd konstant. c) Wie verändert sich die Spannung an R e? Warum? Lösung: Die Änderung der Kollektorströme wird bei gleicher Änderung der Eingangsspannung durch den Emitterwiderstand weitestgehend aufgehoben. Die Spannung an R e bleibt ebenfalls annähernd konstant. d) Die Eingangsspannung u e1 wird erhöht. Die Eingangsspannung u e wird verringert. Vervollständigen Sie die untenstehende zeitliche Abfolge der Veränderungen. u e1 Ű u be1 i b1 i c1 u e u be1 i b1 i c1 u e Ů u be i b i c u e u be i b i c Lösung: Die Eingangsspannungen ändern sich gegensinnig. Während im linken Zweig der Kollektorstrom größer werden kann, wird der Kollektorstrom im rechten Zweig kleiner. Deren Summe und damit auch die Spannung u e bleibt annähernd konstant. Da sich die Kollektorströme gegensinnig ändern, ist die Stromgegenkopplung durch den Emitterwiderstand unwirksam. Die Spannung u be1 kann weiterhin größer werden, u be kleiner. u e1 Ű u be1 Ű i b1 Ű i c1 Ű u e konst. u be1 Ű i b1 Ű i c1 Ű u e Ů u be Ů i b Ů i c Ů u e konst. u be Ů i b Ů i c Ů

3 Übungen zum 6. Versuch 13. Dezember 01 Elektronik 1 - UT-Labor e) Verändern sich die Kollektorströme? Wie verändern sich die Ausgangsspannungen? Lösung: s.o. f) Wie verändert sich die Spannung an R e? Warum? Lösung: s.o. 3. Von zwei beliebigen Eingangsspannungen können Differenz- und Gleichtaktspannung gebildet werden. u D = u e1 u e u gl = u e1 +u e Drücken Sie die Eingangsspannungen als Funktion der Gleichtakt- und Differenzspannung aus. Welcher Spannungsanteil wird verstärkt? Lösung: u e1 = u gl + 1 u D u e = u gl 1 u D Beliebige Eingangsspannungen lassen sich also durch ihre Differenz und ihren Gleichtaktanteil ausdrücken. Dabei beschreibt die Differenz u D nur den Spannungsanteil, der aus einer gegensinnigen Änderung der Eingangsspannungen folgt und der Gleichtaktanteil u gl den Anteil der Eingangsspannungen, der aus einer gleichsinngen Änderung folgt. Der Differenzverstärker verstärkt im Idealfall nur den Differenzanteil. 3

4 13. Dezember 01 Elektronik 1 - UT-Labor U bungen zum 6. Versuch 4. In der obenstehenden Differenzversta rkerschaltung wurde ein Widerstand Re eingesetzt. Eine bessere Gleichtaktunterdru ckung erha lt man, wenn stattdessen folgende Schaltung eingesetzt wird. Ub = 40 V Ic Rb Ib Rc ube ZPD1 a) Ermitteln Sie die Kollektorstro me fu r die Lastwidersta nde aus der Tabelle. Wie groß ist die A nderung Ic? Lo sung: Hinweis: Die Betriebsspannung sollte bei Ub =40 V liegen. Ib 4 ma 6 ma Kollektorstrom in A fu r Rc = Ω 40 Ω Ω 100 Ω Ic b) Welche Eigenschaft hat die Schaltung? Lo sung: Die A nderung des Kollektorstroms ist trotz der A nderung des Kollektorwiderstands sehr klein. Da die Steigung der Kennlinie fu r Ib =6 ma gro ßer ist, ist auch die A nderung des Kollektorstroms gro ßer. c) Sie wollen die Eigenschaft der Schaltung verbessern, indem Sie den Transistor austauschen. Welcher Parameter des Transistors mu ßte deutlich besser sein? Lo sung: Der differentielle Kollektoremitterwiderstand des Austauschtransistors sollte gro ßer sein. Die Kennliniensteigung ist dann kleiner und damit auch die A nderung im 4

5 Übungen zum 6. Versuch 13. Dezember 01 Elektronik 1 - UT-Labor Kollektorstrom. u1(t)/mv u(t)/mv ud(t)/mv u1(t) u(t) ugl(t)/mv An einen Differenzverstärker mit einer Differenzverstärkung von v d =40 und einer Gleichtaktverstärkung v gl = 40dB werden die oben gezeigten Signale angeschlossen. t/s a) Bestimmen Sie graphisch den Verlauf der Differenzspannung und der Gleichtaktspannung. 5

6 Elektronik 1 - UT-Labor 13. Dezember 01 Übungen zum 6. Versuch b) Welche Größe haben die verstärkten Signalanteile? Lösung: Das Maximum der Differenzspannung sorgt für eine Ausgangsspannung von 400 mv, das Maximum der Gleichtaktspannung für eine Ausgangsspannung von 75 mv. 6

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