Analog-Elektronik Protokoll - Transitorgrundschaltungen. Janko Lötzsch Versuch: 07. Januar 2002 Protokoll: 25. Januar 2002

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1 Analog-Elekronik Prookoll - Transiorgrundschalungen André Grüneberg Janko Lözsch Versuch: 07. Januar 2002 Prookoll: 25. Januar 2002

2 1 Vorberachungen Bei Verwendung verschiedene Transisor-Grundschalungen sind unerschiedliche Einflüsse auf Beriebsgrößen, wie Srom- und Spannungsversärkung sowie Ein- und Ausgangswidersand zu beobachen. Diese Einflüsse sollen in diesem Versuch bearache werden. Es kamen zwei bipolare Transisoren BC550 zum Einsaz, mi deren Hilfe auch die Wirksamkei der Arbeispunk-Sabilisierung vermessen werden solle. Zur Ermilung der Kenngrößen einer Transisorschalung müssen folgende Were ermiel werden: Spannungsversärkung v u, Eingangswidersand r ein und der Ausgangswidersand r aus. Die weieren Kenngrößen lassen sich dann berechnen: v i = r ein v u r aus (1) v p = v u v i (2) Zur Besimmung von v u miss man den Spize-Spize-Wer der Ausgangsspannung u ausss und berechneen v u daraufhin mi Hilfe des Spize-Spize-Weres der eingesellen Eingangsspannung. 2 Versuchsdurchführung v u = u aus ss u einss (3) 2.1 Nachweis der hermischen Sabilisierung des Arbeispunkes Da Transisoren, wie alle Halbleierbauelemene, emperaurabhängig sind, is es ineressan zu unersuchen, wie sich eine Temperaurveränderung auf eine Schalung in Abhängigkei weierer Schalungsparameer auswirk. Dazu wurde mi beiden Transisorproben bei normaler Arbeisemperaur, wie auch nach Erwärmung mi einem Fön jeweils mi einem Emierwidersand R E von 180Ω und 1kΩ, die Ausgangsspannung, die vorher miels eines Basisspannungseilers auf 6V eingesell wurde, gemessen. Das Ergebnis zeig Tabelle 1. Tabelle 1: Ausgangsspannung in Abhängigkei der Temperaur Transisorprobe R E in Ω u aus in V , , , ,68 Dieses Ergebnis ensprich nich ganz den Erwarungen - normalerweise solle auf bei der zweien Transisorprobe mi einem größeren R E die Spannung weniger absinken, als ohne. Die Ursache könne eine rech unkonrolliere Wärmeabgabe des Föns sein, was zu einem rech großen Temperaurunerschied beider Messungen geführ haben könne. 2.2 Ermiellung des opimalen Arbeispunkes Um den opimalen Arbeispunk der Schalung zu ermieln, kann man sich der Trial-and-Error- Mehode bedienen. Man läss dazu einfach ein definieres Signal durch die Transisor-Schalung versärken und berache das Ausgangssignal auf einem Oszilloskop. Je nach eingesellen Basisspannungseiler erhäl man dann Verzerrungen (Überseuerung - siehe Abbildung 1) oder nich vollsändig ausgeseure (Unerseuerung - siehe Abbildung 2). In einem Bereich dazwischen kann das Signal dagegen als korrek (siehe Abbildung 3) angesehen werden. 1

3 Wir sellen denjenigen Fall ein, der gerade nich überseuer. Dabei maßen wir ein U CE = 3, 5V. Dieser Wer diene in den folgenden Versuchen als Richwer, um die Schalung ses im Arbeispunk bereiben zu können. 2.3 Kenngrößen einer Emierschalung Eine Emierschalung kann man in verschiedenen Konfiguraionen aufbauen. Hier wird sowohl eine Schalung mir Basisvorwidersand (im Folgenden S1 genann), als auch mi Basisspannungeiler (S2) berache. In beiden Konfiguraionen wurden jeweils zwei Fälle berache: Emierwidersand R E = 820Ω alleine Emierwidersand R E mi einem Kondensaor C E überbrück Wir führen die Messungen bei f = 1kHz und mi u einss = 20mV mi beiden Transisorproben durch. Die Ergebnisse zeig Tabelle 2. Tabelle 2: Kenngrößen der Emierschalung Schalung r ein r aus v u v i v p S1, Probe1, ohne C E 230kΩ 2, 5kΩ 2, S1, Probe1, mi C E 40kΩ 2, 4kΩ S1, Probe2, ohne C E 250kΩ 2, 4kΩ 2, S1, Probe2, mi C E 60kΩ 2, 2kΩ 13, S2, Probe1, ohne C E 12kΩ 2, 7kΩ 2, S2, Probe1, mi C E 9kΩ 2, 6kΩ 12, S2, Probe2, ohne C E 13kΩ 2, 6kΩ 2, S2, Probe2, mi C E 10kΩ 2, 6kΩ Weierhin maßen wir die Phasenverschiebung zwischen Ein- und Ausgangssignal. Diese lag immer bei ca Kenngrößen einer Basisschalung Bei der Basisschalung gib es nich so viele Schalungsmöglichkeien. Diesmal zogen wir auch nur Transisorprobe 1 zur Messung heran. Dabei wurden die in Tabelle 3 aufgeführen Ergenisse ermiel. Tabelle 3: Kenngrößen der Basisschalung r ein 170Ω r aus 2, 7kΩ v u 10 v i 0,6 v p 6,3 ϕ Kenngrößen einer Kollekorschalung Ähnlich wie bei der Basisschalung is auch bei der Kollekorschalung nur eine Konfiguraion vorgesehen. Die Ergebnisse der Messung finden sich in Tabelle 4. 2

4 u ou Abbildung 1: Überseuerung u ou Abbildung 2: Unerseuerung u ou Abbildung 3: Korrekes Signal 3

5 Tabelle 4: Kenngrößen der Kollekorschalung r ein 160kΩ r aus 140Ω v u 0,85 v i 971 v p 826 ϕ 0 3 Auswerung Um die gemessenen Were auszuweren, is es nowendig, feszusellen, dass es sich dabei um die Were für die gesame Sufe handel. Also misam der vorhandenen Widersände. Deshalb müssen aus diesen Weren die Were für den Transisor berechne werden. Dies is für den Eingangswidersand nich mglich, da hierbei Poeniomeer genuz wurden, deren genauer Wer schalungsechnisch nich rivial besimm werden kann. Zur Berechnung des Ausgangswidersandes muss jeweils eine Parallelschalung mi einem Widersand zurückgerechne werden. Dazu dien folgende Formel: R g = R 1 R 2 (4) R g = R 1 R 2 R 1 + R 2 (5) R g (R 1 + R 2 ) = R 1 R 2 (6) R 1 (R 2 R g ) = R g R 2 (7) R 1 = R g R 2 R 2 R g (8) Bei der Emier- und Basisschalung sell R C = 2, 7kΩ und bei der Kollekorschalung R E = 1kΩ den ensprechenden Parallelwidersand R 2 dar. Somi komm man zu folgenden Weren: r aemier = 33, 75kΩ (9) r abasis = (10) r akollekor = 163Ω (11) Somi ergib sich als Gesamübersich Tabelle 5. Tabelle 5: Vergleich der Grundschalungen Kenngröße Basisschalung Emierschalung S1 Emierschalung S2 Kollekorschalung r e 170Ω 250kΩ 13kΩ 160kΩ r a 34kΩ 34kΩ 163Ω v i 0, v u 10 2,5 2,5 0,85 v p 6, ϕ Diese Ergebnisse ensprechen vollsändig den Erwarungen. 4

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