Wechselstrom-Gegenkopplung

Transkript

1 // Berechnung einer Emitterschaltung mit Wechselstrom-Gegenkopplung Diese Transistor-Schaltung stellt eine Abwandlung der " Emitterschaltung mit Arbeitspunktstabilisierung durch Stromgegenkopplung " dar. Unsere Schaltung unterscheidet sich von dieser nur dadurch, dass der Kondensator Ce parallel zu Re fehlt. Dieser Kondensator sorgte dafür, dass die Gegenkopplung nur langsame Änderungen des Kollektorstroms kompensierte - jedoch auf schnelle Spannungsänderungen des Eingangssignals nicht reagierte. Transistor-Grundschaltung Emitterschaltung mit Wechselspannungsgegenkopplung. Funktionsprinzip: Die Spannungsverstärkung V dieser Schaltung lässt sich überschlägig auf sehr einfache Weise bestimmen: Nachfolgende Formel sollte man anwenden, wenn 1/S groß im Vergleich zu Rc ist (Re und Rc in kohm; Ic in ma). // // 1 / 5

2 Warum ist -V = Rc / Re? Vereinfachend gehen wir davon aus, dass der Kollektorstrom Ic so hoch wie der Emitterstrom Ie ist. Durch Rc und Re fließt demnach der gleiche Strom Ic bzw. Ie. Durch Re und Rc fließt demnach auch ein Wechselstrom in gleicher Höhe. Nun kann man sich diese Formel wie folgt erklären: An Re muss immer eine Wechselspannung Ue in Höhe der Eingangswechselspannung Uein abfallen (vergleiche Kollektorschaltung bzw. Emitterfolger). Das heißt, wir könnten am Emitter eine Wechselspannung in Höhe der Eingangsspannung abgreifen. Durch Re fließt also der Wechselstrom IRe = Uein / Re. (1) Dieser Wechselstrom IRe fließt wie oben erklärt auch durch Rc. Folglich fällt an Rc die Wechselspannung Urc = Rc IRe (2) ab. Urc entspricht genau der Ausgangwechselspannung Uaus. Dann ist - Uaus = Rc IRe (3). Formel (1) lösen wir nun nach Uein auf und erhalten Uein = Re IRe (4). Als letzten Schritt müssen wir nur noch Formel (4) durch Formel (3) dividieren: IRe können wir herauskürzen und erhalten die gesuchte Formel: 2 / 5

3 Berechnung: Vorgegeben sei die Spannungsverstärkung V, die Speisespannung Ubb, der Kollektorruhestrom Ic und der minimale Stromverstärkungsfaktor ß des Transistors. Vereinfachend sei Ic=Ie. Gerechnet wird mit den Einheiten ma, Volt und kohm. Alle Spannungsangaben beziehen sich, wenn nicht anders angegeben, wie üblich auf die Masse als gemeinsames Bezugspotential. Für den Kollektorstrom Ic sind Werte zwischen 0.5 und 5 ma sinnvoll. Zu große und zu kleine Kollektorströme wirken sich nachteilig auf die Funktionsweise der Schaltung aus. Versuchungsaufbau der Emitterschaltung mit Wechselspannungsgegenkopplung. 1. Berechnung von Rc und Re: Dazu merkt man sich, dass in Ruhe an der Reihenschaltung der beiden Widerständen Rc und Re (also an Rc + Re) genau die halbe Speisespannung Ubb abfallen soll. Dann fällt zwischen Kollektor und Emitter ebenfalls die halbe Speisespannung ab. In Ruhe fließt durch die beiden Widerstände Re und Rc der Kollektorruhestrom Ic. Demnach ist Rc + Re = (0.5 Ubb) / Ic (A). Damit ist also die Summe von Rc und Re bekannt. Da die Spannungsverstärkung V gegeben ist, ist auch das Verhältnis zwischen Rc und Re bekannt: Die Gleichung können wir nach Re auflösen: V = Rc / Re. Re = Rc / V (B). 3 / 5

4 Diese Gleichung (B) setzen wir nun in die linke Seite der Gleichung (A) ein: Rc steht noch als 2 Summanden auf der linken Seite. Das ist unpraktisch, wenn wir Rc isolieren wollen. Durch eine weitere Umformung der Gleichung erhalten wir Schließlich ist Da wir bereits das Verhältnis von Rc zu Re kennen, ist es jetzt vergleichsweise einfach, Re zu bestimmen: Somit wären Re und Rc berechnet. 4 / 5

5 erfolgt Stromgegenkopplung. Spannungsteiler, Gleichspannung, befindet. Gleichspannungsabfall gleichsetzen, Welche Ub Das 2. setzt ersten Berechnungsprogramm im Prinzip Aufgabe sich Schritt zusammen bei welcher haben bestimmen von der URe Rbo Emitterschaltung wir eine eigentlich aus von an und in feste wir der Re. der Rbu: die Emitter-Basis-Spannung Rbo Basisvorspannung Durch " Höhe Die und messen Re Berechnung E1 dieser Rbu? Arbeitspunktstabilisierung fließt - Das können, Basisvorspannung Sie der interaktive bilden Ub Strom der wenn liefert. Ube Basiswiderstände einen Ie. Elektronikprogramm und sich Wenn fast dem die Ub. unbelasteten durch wir Schaltung Ub Ic ist mit Rbo eine Ieund ". Ströme Basisvorspannung Als Jetzt die nächsten Basisgleichspannung können des gilt: wir Schritt Transistors die Gleichströme, berechnen Ub hineinfließt: ist wir nun welche den bekannt. maximalen Ibmax Ub durch = Ube 0.7 = Ic Rbo Volt Basisgleichstrom + / ßmin ( URe und + ( Re Rbu Ie ) Ie) fließen Ibmax, sollen, welcher wählen. Ruhe in Rbu jetzt und Durch Die An Welche nur R Ströme, = sollen Rbu noch U Spannung fällt / I soll genau genügend welche die Spannungsabfälle Widerstandswerte Ub fällt die 10-fache, durch stabil Basisvorspannung groß dann Rbu bleibt. im durch und Vergleich Rbo von berechnen. Rbo ab? Rbo fließen, der IRbu IRbo Wir zum Ub URbu und 11-fache wissen, ab. Basisstrom Rbu. 10 haben = Ub Ibmax haben dass Wenn Basisstrom wir Ibmax an damit wir der bereits diese sein, berechnet. Ibmax Reihenschaltung kennen, damit bestimmt. fließen: Es die können fehlen aus wir uns Die Ruhe nach Gesetz Schaltung Basiswiderstände in Ub Jetzt So 3. Rbu Eingangswiderstand werden bzw. URbo kennen anwenden: die URbu berechnet auf, gesamte Eingangswiderstand, wir um haben Rbo alle die Speisespannung Ströme und noch wir re: bereits Rbu. fehlende und Wenn ist bestimmt. Ausgangswiderstand Spannungen Rbo Rbu Ubb Eingangswiderstand URbu URbo Stromverstärkungsfaktor = abfallen Ubb URbo URbu + = von URbo kennen Ubb / muss: Rbu ( = - zur und Ubb und wir Ic) erhalten. Koppel-Kondensator ohne auch. Rbo Berücksichtigung und Wir ß viel können lösen größer obige das als dieser Ohmsche Gleichung der 1 ist Rbo Stromverstärkungsfaktor Schaltung. Rbu. Meistens Diese Beispiel: 4. Gesamteingangswiderstand Praxis Formel ß Er ist = meistens setzt 100 kann Emitterwiderstand und sich man größer Re zusammen ß sich "herauftransformiert". = 3 als wie kohm. 100), folgt Rg: aus Re re Wie re gilt: merken: der viel mit re ß groß ist Parallelschaltung größer S=40 Ic der ( ß Re+ kohm ist Der 3 Eingangswiderstand Re re? kohm als (1/S)) Emitterwiderstand und man drei kann Widerstände Re vereinfachen: gesamten wird quasi re, um Rbo den (ß und ist Grenzfrequenz Faustformel eine eingeprägten Ausgangswiderstand wesentlich schreiben: wie Ck Wechselstrommäßig Koppelkondensator Konstantstromquelle Änderung nf; Rg anwenden: Strom. für kohm. Tonübertragungen Emitter--Kollektor-Spannung Dies des parallel Transistors betrachten. entspricht Ck: raus: Ck zu dem bildet Vereinfachend dem etwa Das Ck Ausgangsgwiderstand zusammen also Rg Verhalten = heißt, 5000 = sehr Rbo Hz beeinflussen dass kann / sein hoch. // rein mit eines Rbu soll. man Rg // sehr Kollektorstrom einen Für re den lässt. des hohen diesen Tiefpass, Transistors Man Widerstands. Fall spricht Ic eines dessen lässt sich liegt Transistors von sich nicht Rc. untere Der einem folgende Schaltung // Max. Gleichspannungsabfall Eingangsspannung Ausgangsspannung noch kleiner unverzerrt als der Transistorausgangswiderstand abgeben Uein: Uaus: Re: kann. Die Dies Uaus Uein maximale raus = V die Re = Re Uein maximale Eingangsspannung Ic ist, kann Spannung man vereinfachend Vs, darf welche so hoch durch die Da Rc sein als 5 / 5