5.3 Möglichkeiten zur Arbeitspunkteinstellung

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1 5 Einfache Verstärkerschaltungen 5.3. Arbeitspunkteinstellung 50 Verschiebung des AP zufolge Temperaturschwankungen Schwankungen der Versorgungsspannung U 0 Aufgabe 22 Berechnung des Temperatureinflusses mithilfe des KSESB Berechnen Sie den Einfluss äußerer Temperaturschwankungen auf den Kollektorstrom für die stromgegengekoppelte Emitterschaltung a) allgemein, mit (endlichem) R E und ohne R E (d.h. R E 0) um die temperaturstabilisierende Wirkung des R E zu zeigen, b) mit den Bauteilwerten aus Aufgabe 20. Berücksichtigen Sie die Temperaturabhängigkeit der Transferkennlinie des BC 546 B mit U BE ( T )= 1.55 mv/k T. U T =25mV 5.3 Möglichkeiten zur Arbeitspunkteinstellung Wir wollen an dieser Stelle drei Fälle zur Dimensionierung der gleichstromgegengekoppelten Emitterschaltung, vgl. Abb. 5.2 erwähnen und diskutieren: 1. Vorgabe des Spannungsabfalls am Emitter, z.b. U RE = 1 V und des Kollektorstromes im AP vgl. Aufgabe Vorgabe der Aussteueramplituden und Forderung, dass der Emitterwiderstand R E möglichst groß sein soll, um eine bestmögliche temperaturstabilisierende Wirkung zu erreichen. 3. Vorgabe der maximal zulässigen Arbeitspunktverschiebung in einem gewissen Temperaturbereich. Aufgabe 23 Möglichst großer Emitterwiderstand bei vorgegebenen Aussteueramplituden Gegeben ist die gleichstromgegengekoppelte Emitterschaltung, vgl. Abb Gegeben: BC 546 B, Datenblatt (!) U 0 =15V Gefordert: Symmetrische Aussteueramplituden U a =6V R E möglichst groß

2 5 Einfache Verstärkerschaltungen 5.3. Arbeitspunkteinstellung 51 a) Überlegen Sie sich mithilfe des Datenblattes die Betriebsgrenzen im Ausgangskennlinienfeld. (U CE, min, I C, max, P V, max,) b) Schränken Sie die Grenzen für U CE, min und I C, max zusätzlich (sinnvoll) ein und zeichnen Sie die Arbeitsgerade ein. c) Dimensionieren Sie die Widerstände R E, R C, R 1 und R 2. Annahme: I 2 =10 I B. Hinweis: Sie müssen dafür den Kollektorstrom I C, 0 im AP berechnen. Berechnen Sie des Weiteren die Kollektor-Emitterspannung U CE, 0 im AP. d) Wählen Sie geeignete Widerstände aus der E-12 Normreihe aus: Aufgabe 24 Vorgabe der maximal zulässigen Arbeitspunktverschiebung In diesem Beispiel ist abzuschätzen wie die Widerstände in der gleichstromgegengekoppelten Emitterschaltung zu dimensionieren sind um folgende Rahmenbedingungen zu erfüllen: I C, 0 = C, U 0 =15V ±1% maximal erlaubte Verschiebung des AP für Anwendungen im Industriebereich (-40 C bis 85 C, vlg. en.wikipedia.org: Operating temperature) BC 546 B, Datenblatt (!) a) Schätzen Sie den Widerstand R E ab. b) Dimensionieren Sie den Widerstand R C so, dass der Aussteuerbereich möglichst gut ausgenützt wird. Annahme: U RE =1V. c) Berechnen Sie die Widerstände R 1 und R 2. d) Berechnen Sie den minimalen und maximalen Kollektorstrom.

3 5 Einfache Verstärkerschaltungen 5.4. Spannungsgegenkopplung Spannungsgegengekoppelte Emitterschaltung Betriebsparameter KSESB Aufgabe 25 Spannungsgegengekoppelte Emitterschaltung BC 546 B, U 0 =15V,R i =50Ω, R 1 =1kΩ, R 2 =2kΩ, R C =1kΩ, R L =1kΩ a) Berechnen Sie die Arbeitspunktgrößen I C, 0 und U C, 0. b) Berechnen Sie die Betriebsparameter A 0, r e und r a und versuchen Sie die analytischen Ausdrücke durch Abschätzung zu vereinfachen.

4 5 Einfache Verstärkerschaltungen 5.5. Kollektorschaltung Kollektorschaltung Abbildung 5.4: Kollektorschaltung mit Spannungseinstellung Aufgabe 26 Kollektorschaltung a) Dimensionieren Sie die Widerstände R 1, R 2 und R E für folgenden Arbeitspunkt: I C, 0 =50mA U RE, 0 = U 0 /2 U 0 =15V I 2 =10I B B =300 b) Wählen Sie geeignete Widerstände aus der E-12 Normreihe aus und berechnen Sie den AP, der sich für diese Werte einstellt c) Berechnen Sie die Betriebsparameter (r e,a 0,r a ) der Kollektorschaltung. (R i =50Ω)

5 5 Einfache Verstärkerschaltungen 5.6. Basisschaltung Basisschaltung Abbildung 5.5: Basisschaltung Abbildung 5.6: Alternative Darstellung der Basisschaltung Aufgabe 27 Basisschaltung a) Dimensionieren Sie die Widerstände R 1, R 2, R C und R E für folgenden Arbeitspunkt: I C, 0 =10mA U CE, 0 =5V U RE, 0 =1V U 0 =15V I 2 =100I B B =300 b) Wählen Sie geeignete Widerstände aus der E-12 Normreihe aus und berechnen Sie den AP, der sich für diese Werte einstellt

6 5 Einfache Verstärkerschaltungen 5.6. Basisschaltung 55 c) Berechnen Sie die Betriebsparameter (r e,a 0,r a ) der Basisschaltung mit und ohne C B für hinreichend hohe Frequenzen. Aufgabe 28 Zusammenfassung Einfache Verstärkerschaltungen Vervollständigen Sie die folgende Tabelle

7 5 Einfache Verstärkerschaltungen 5.6. Basisschaltung 56 ohne CE Emittersch. (Stromgegk.) mit CE Emittersch. (Spgegk.) Kollektorsch. ohne CB Basissch. mit CB Schaltung A0 re ra

8 6 Zweistufige Verstärkerschaltungen Abbildung 6.1: Zweistufiger Transistorverstärker 1. Stufe 2. Stufe Abbildung 6.2: KSESB: Zweistufiger Transistorverstärker Aufgabe 29 Zweistufiger Transistorverstärker R i =50Ω R L =10Ω a) Berechnen Sie die Verstärkung u a /U g des zweistufigen Transistorverstärkers aus Abb Verwenden Sie hierfür die Werte der Kleinsignalparameter, die Sie aus den Aufgaben 21 (Emitterschaltung) und 26 (Kollektorschaltung) erhalten haben. b) Zeichnen Sie das KSESB der gesamten Schaltung (mit Early-Widerständen) und berechnen Sie die Verstärkung u a /U g mit und ohne Early-Widerstand. 57