Arbeitsblatt Kleinsignalverhalten von Transistorverstärkern bei niedrigen Frequenzen. 1. Einleitung Ausgangspunkt der Betrachtungen...

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1 Facbc Elktotcnk nd Infomatonstcnk Ato: Pof. D. H. Kant Abtsblatt Klnsgnalaltn on Tansstostäkn b ndgn Fqnzn Inalt:. Enltng..... Asgangsnkt d Btactngn.... Hltng d Knngößn ds abgsclossnn Tansstools..... Dffntll Engangswdstand ds abgsclossnn Tansstools..... Dffntll Asgangswdstand a ds abgsclossnn Tansstools Stomstäkng ds abgsclossnn Tansstools Sannngsstäkng ds abgsclossnn Tansstools stngsstäkng ds abgsclossnn Tansstools Zsammnstllng d Knnwt Kontng d -Paamt Bcnng d Knngößn ns Vstäks n Emttscaltng Asgangsnkt Vallgmnng dffntll Engangswdstand dffntll Asgangswdstand Stomstäkng Sannngsstäkng stngsstäkng Dmnsonng d Kaaztätn n Tansstostäkn Allgmn Btactngn Bsl Vstäk n Emttscaltng nac Abbldng Bcnng ds Kolkondnsatos C Bcnng ds Kolkondnsatos C Dmnsonng d Emttkaaztät C E Bsl Vstäk n Bassscaltng nac Abbldng Vobtactng Dmnsonng d Basskaaztät C B... 9

2 . Enltng Abbldng : allgmnts Wcslstomsatzscaltbld.. Asgangsnkt d Btactngn Asgnd on n Esatzscaltng, d allgmn fü Tansstostäk nabängg on d ndscaltng glt, soll d Bcnng d Klnsgnalknngößn nd d Dmnsonng d Balmnt gltt wdn. Asgangsnkt st das Wcslstomsatzscaltbld ns Vstäks mt nm Tansstool ntscnd Abbldng. In ds Esatzscaltng snd all Wdständ o dm Engang nd nt dm Asgang ds Tansstools zsammngfaßt. D Sssannngsqll stllt fü dn Wcslstom nn Kzsclß da (Innnwdstand -> 0). Af ds Ebn d Vallgmnng glt das Esatzscaltbld fü jd ndscaltng nd jd At d Bscaltng mt assn Balmntn, sofn kn ac-gnkolng olgt. J nac Scaltng stztn sc, nd dann ands zsammn. D - Paamt müssn ntscnd d ndscaltng gwält wdn. D Tanssto wd als akt lna Vol bscbn. D - Paamt ds Vols wdn fü ndg Fqnzn als ll ößn bandlt. Asgangsbass d Bcnngn snd d Volglcngn ds Tansstools: // // D Vognsws st so, daß n lcng bzw. jwls d fü d Bcnng ds gsctn Paamts nbkannt öß dc bkannt ößn nd ast- bzw. natowdstand asgdückt wd. Znäcst wdn asgnd on dn Volaamtn d Knngößn ds abgsclossnn Tansstools gltt. D z bcnndn ößn snd d dffntll Engangswdstand, d dffntll Asgangswdstand, d Stomstäkng, d Sannngsstäkng nd d stngsstäkng.. Hltng d Knngößn ds abgsclossnn Tansstools.. Dffntll Engangswdstand ds abgsclossnn Tansstools Entscnd d Esatzscaltng n Abbldng glt: /3/ Nac lcng nd glt: nd /4/ /5/ Entscnd Abbldng kann asgdückt wdn als /6/ Damt gbt sc /7/ /8/ - -

3 Enstzn on lcng 6 nd wtn mt nd sow küzn on füt af Mt folgt /9/ /0/ * //.. Dffntll Asgangswdstand a ds abgsclossnn Tansstools a // Fü d Bstmmng on a wd dc d Sannngsqll stzt. Am Engang st d Sannngsqll ds natos kzzsclßn, so daß d Vol ngangsstg dc abgsclossn st (Abbldng ). /5/ Umstlln nac : /6/ /7/ Mltlzn mt, zsammnfassn on ntscnd lcng 0 nd Umstlln lft a.3. Stomstäkng ds abgsclossnn Tansstools /8/ /9/ Abbldng : Esatzscaltbld z Bcnng on a Fü gbt sc as lcng /0/ /3/ mt // wd wgn =0 alln dc d Sannngsückwkng on af dn Engang bdngt. wd also dc d af + wknd Sannngsqll sact. gbt sc // /4/ Enstzn d Bzng fü n lcng 3 lft dann Umstllng füt dann af /3/ - -

4 .4. Sannngsstäkng ds abgsclossnn Tansstools mt nd folgt /4/ (s /5/) /5/ /6/ /7/ Ewtn mt nd, küzn on nd zsammnfassn on ntscnd lcng 0 füt af /9/ /8/.5. stngsstäkng ds abgsclossnn Tansstools D stngsstäkng st das Vältns as d Vlstlstng am ffktn astwdstand * /30/ nd d Vlstlstng am dffntlln Engangswdstand * /3/ /3/ * * /33/ Mt d Stomstäkng as lcng 3 nd dm Engangswdstand as lcng ält man * /34/ /35/.6. Zsammnstllng d Knnwt. dffntll Engangswdstand * // *. dffntll Asgangswdstand a /8/ * 3. Stomstäkng * 4. Sannngsstäkng * * 5. stngsstäkng * * /3/ /9/ * /35/ Tabll : Zsammnstllng d Knngößn ds abgsclossnn Tansstools - 3 -

5 .7. Kontng d -Paamt D Knnwt ds Tansstools bcnn sc znäcst nabängg on d ndscaltng ds Vstäks. Wdn d Knngößn ds Vstäks bcnt, müssn d -Paamt d jwlgn ndscaltng wndt wdn. Snd on nm Tanssto d -Paamt n Emttscaltng bkannt, so lassn sc d Paamt fü Bass- nd Kollktoscaltng ntscnd Tabll mcnn. B kt Ut mt Ut IC q nd U 300K 0,03V t mttlt wdn. /36/ Fü kann b Klnsgnaltansston n Wt on... 4*0-4 angnommn wdn, lgt m Bc Emttscaltng Bassscaltng Kollktoscaltng Engangsmdanz b c = ückwkngsfakto b c =- Klnsgnalstomstäkng Asgangsadmttanz b b - c =+ c = Tabll : Kontng d -Paamt Als Bsl snd n Tabll 3 d ntscndn Datn fü dn Tanssto BCW 6 B on ITT nd d fü Bass- nd Kollktoscaltng mgcntn ößn afgfüt (fü IC= ma, UCE=5 V). Snd d -Paamt ns Tansstos nct fügba, kann man sc fü Übsclagscnngn mt ngn Nängn blfn. So st mt d lcstomstäkng B glcba. kann as dm Kollktostom m Abtsnkt mt d Näng: Wt bacba Nängn z Kontng on -Paamtn on Knntns ds ollständgn Paamtsatzs snd: b b /37/ c b /38/ b /39/ c /40/ c /4/ c /4/ Emttscaltng Bassscaltng Kollktoscaltng [] 3,6*0 3 3,8 3,6*0 3 *0-4,37*0-4 0, ,996-6 [S],44*0-5 9,*0-8,4*0-5 = - 3,44*0 -,3*0-4 6 Tabll 3: -Paamt fü dn Tanssto BCW 6 B - 4 -

6 3. Bcnng d Knngößn ns Vstäks n Emttscaltng 3.. Asgangsnkt Am Bsl ns Vstäks n Emttscaltng ntscnd Abbldng 3 solln d Klnsgnalknngößn ds Vstäks bcnt wdn. D Enstllng nd Stablsng ds Abtsnkts folgt mt dm 5. stngsstäkngsfakto ast /47/ tot n Ds ößn wdn bstmmt dc - d At d ndscaltng (Emtt-, Bass-, Kollktoscaltng) +U b C as n C C as n E C E Abbldng 3: Vstäk n Emttscaltng Basssannngstl, nd Emttwdstand E. D Kondnsaton C, C nd CE snd so dmnsont, daß s fü Wcslstöm m ntssndn Fqnzbc als Kzsclß btactt wdn könnn. - d Volaamt m Abtsnkt - d assn Balmnt d Scaltng - dn astwdstand - dn Innnwdstand d Sgnalqll Tansstool C Abbldng 4: Wcslstomsatzscaltbld D z bcnndn Klnsgnalknngößn ds Vstäks snd:. dffntll Engangswdstand n n /43/ n. dffntll Asgangswdstand as as /44/ as 3. Stomstäkngsfakto as /45/ tot n 4. Sannngsstäkngsfakto as /46/ tot n 3.. Vallgmnng Z Bcnng d Vstäkknngößn wd zm Wcslstomsatzscaltbld übggangn nd d Tanssto dc dn aktn Vol dagstllt. D Sssannngsqll stllt fü dn Wcslstom nn Kzsclß da. Damt ält man fü dn Vstäk das Esatzscaltbld nac Abbldng 4. Bzogn af das allgmnt Esatzscaltbld nac Abbldng gbt sc fü dn Vstäk ds Bsls nac Abbldng 3: - d Innnwdstand d ffktn Sgnalqll - 5 -

7 * /48/ C /58/ C - d lafsannng d ffktn Sgnalqll * /49/ - d ffkt astwdstand ds Tansstools /50/ C 3.3. dffntll Engangswdstand D dffntll Engangswdstand ds Vstäks st dc d Paalllscaltng ds Engangswdstands ds Tansstools mt dn Wdständn ds Basssannngstls bstmmt. n /5/ n /5/ n st d Smm as, dm Engangsstom ds abgsclossnn Tansstools, nd dm Stom dc dn Basssannngstl. Es glt * /59/ st dab d Engangswdstand ds abgsclossnn Tansstools. /60/ tot tot 3 /6/ C as C * /6/ n C C /63/ 3.4. dffntll Asgangswdstand 3.6. Sannngsstäkng as a C a C a C /53/ tot as n /64/ Fü d Bass- nd Emttscaltng glt n d gl a>c nd somt asc. Fü d Kollktoscaltng wd daggn d Asgangswdstand sgnfkant gng als E, d dm Asgang ds Vols aalll lgnd Emttwdstand 3.5. Stomstäkng tot as /54/ n as st d Antl on, d dc dn astwdstand flßt. Wgn C /55/ st * * /56/ C C /57/ Wgn /65/ C stmmt as mt übn. n st dntsc mt, da nd wcslstommäßg aalll zm Engang ds Vols lgn. Alldngs kann kln als d lafsannng d Sgnalqll sn, wnn dn Innnwdstand ggnüb dm Engangswdstand ds Vstäks nct z naclässgn st stngsstäkng Ptot ast /66/ n D an d ast abggbn stng st ggbn dc ast * /67/ D om nato afgnommn stng n ält man as - 6 -

8 n * n n /68/ tot * /70/ tot n Somt st tot as n * /69/ n In ds lcng st tot as lcng 63 nd n as lcng 5 nzstzn. 4. Dmnsonng d Kaaztätn n Tansstostäkn 4.. allgmn Btactngn Unt Pnkt.. wd n allgmnts Esatzscaltbld (Abbldng ) fü Vstäk bstmmt. Dss kann noc wt nfact wdn, ndm d Vstäkngang dc nn Engangswdstand n nd d Asgang ds Vstäks als Sannngsqll mt dm Innnwdstand as dagstllt wd. Danac gbt sc d Pnzscaltng ntscnd Abbldng 5 mt dn bdn Kolkondnsaton C nd C. Wd znäcst, w n ln Fomlsammlngn angfüt, daon asggangn, daß XC b d ntn nzfqnz fmn glc d Smm d Wdständ n dm ntscndn Ks st, dann wd das Sgnal mt jdm Kondnsato m j 3 db gdämft (Sannngstl) nd d Pas m -45 gdt. Damt d Dämfng möglcst gng galtn wd nd d Pasnwnkl möglcst 0 btägt, soll XC b d ntn nzfqnz dtlc kln als d Smm d Wdständ sn, d.. n d Paxs m dn Fakto Fü d Dmnsonng d Kolkondnsaton gt man so o, daß n d jwlgn C C as n Abbldng 5: Pnzscaltng ds Vstäks mt Kolkondnsaton Afgab d Kolkondnsaton st d Potntaltnnng on nato nd Vstäk am Engang bzw. Vstäk nd ast am Asgang. Dab soll das z übtagnd Sgnal möglcst nct bnflßt wdn. D ktsc öß st d Blndwdstand ds Kolkondnsatos X C f /7/ d ac b d ndgstn z übtagndn Sgnalfqnz noc ascnd kln sn mß. Ascnd kln ßt, daß XC ggnüb d Smm d Wdständ m jwlgn Stomks naclässgba st. konktn Scaltng d ößn on nd n bzw. as nd bstmmt wdn. 4.. Bsl Vstäk n Emttscaltng nac Abbldng Bcnng ds Kolkondnsatos C Entscnd dn Vobtactngn glt m Engangsks: X C n /7/ Entscnd dm Wcslstomsatzscaltbld stzt sc n zsammn as: /73/ n - 7 -

9 Nac lcng bcnt sc d dffntll Engangswdstand ds Tansstos: mt * C // /50/ Da nd s kln snd (ößnodnng 0 - bzw. 0-5 ) nd solang dn Wt on ngn k nct übstgt, kann lcng n d Paxs nfact wdn z: b /74/ D Engangswdstand n gbt sc nac lcng 73 as d Paalllscaltng d Wdständ z Abtsnktnstllng nd mt. Snd ds Wdständ goß ggn b, gbt sc fü dn Engangswdstand ds Vstäks d Näng: n b /75/ Wd wtn d natowdstand mt =0 angnommn, folgt b /76/ Fü d Bcnng ds Kondnsatos glt dann: X C b /77/ X C /78/ mn b C /79/ * * f * b 4... Bcnng ds Kolkondnsatos C Fü dn Asgangsks glt d Bzng: X /80/ C as Entscnd dm Wcslstomsatzscaltbd stzt sc as as d Paalllscaltng ds Kollktowdstands nd dm Asgangswdstand a ds abgsclossnn Tansstools zsammn: as C a /8/ mt a /8/ /8/ D natowdstand st n d Paxs ndomg. Damt at Wt m Bc 0... k (wost cas =0 ). Fü a folgt daas: a /83/ 3 0 a 0 /84/ a 0 5 /85/ Slbst fü nn s on natowdstand, z.b. b Stomstng, gbt sc as lcng 8: a /86/ a /87/ 0 5 S a 0 5 /88/ D Kollktowdstand C st mt ngn k kln ggnüb a, womt fü as folgt: as C /89/ Z Bcnng ds Kolkondnsatos st damt anzstzn: X C C /90/ Im Fall n Sannngsanassng glt mst, daß d astwdstand ocomg ggnüb dm Kollktowdstand st. Damt glt d Näng: X C /9/ X C 0... /9/ 00 mn C /93/ * * f * D dffntll Asgangswdstand ds Tansstos bcnt sc nac lcng 8: - 8 -

10 4..3. Dmnsonng d Emttkaaztät C E Vom Emtt as gsn st dm Kondnsato CE d Asgangswdstand ns Tansstostäks n Kollktoscaltng asc aalll gscaltt. Dab kann C naclässgt wdn, da n d gl kln ggnüb dm dffntlln Asgangswdstand ds Tansstools st. Fü d Dmnsonng d Emttkaaztät glt dann: X CE asc /94/ D Asgangswdstand stzt sc zsammn as: asc E ac /95/ ac st dab d dffntll Asgangswdstand ds mt dm natowdstand abgsclossnn Tansstools n Kollktoscaltng, d sc analog lcng 8 bcnt: ac /96/ c c c Mt /98/ folgt fü d Bcnng ds Kondnsatos: b X CE E /99/ b X CE /00/ E C E /0/ b * * fmn * E 4.3. Bsl Vstäk n Bassscaltng nac Abbldng Vobtactng B d Dmnsonng d Kolkondnsaton st analog w b dm Vstäk n Emttscaltng ozgn. D Dmnsonng d Basskaaztät soll m folgndn gltt wdn. +U b C C C as n E CB Abbldng 6: Vstäk n Bassscaltng Entscnd dn n Pnkt.7. afgfütn Nängn Dmnsonng d Basskaaztät C B folgt: c b c 5 * 0 S c c ac b /97/ Von d Bass as gsn st d on d Basskaaztät kzzsclßnd Paalllwdstand d dffntll Engangswdstand ns Vstäks n Kollktoscaltng. Hb wd d on C sact ückwkng als naclässgba angsn, da C kln ggn cb st. Fü d Bcnng glt da: X CB /0/ nc D Engangswdstand stzt sc zsammn as: - 9 -

11 /03/ nc c st dab d dffntll Engangswdstand ds abgsclossnn Tansstools n Kollktoscaltng, d sc analog lcng bcnt: c * c c c c /04/ Entscnd dn m Pnkt.7. afgfütn Nängn folgt: c b c * 0 c 5 Mt c E /06/ folgt fü d Bcnng ds Kondnsatos: X CB b E /07/ t man on dm Fall as, daß d natowdstand =0 st (wost cas), nfact sc d Bcnng z: CB X /08/ CB b X /09/ C B /0/ * * f * mn b b b b c /05/ c Abtsblatt Klnsgnalaltn on Tansstostäkn b ndgn Fqnzn Ato: Pof. D.. nat. abl. Hanno Kant Enst-Abb-Hocscl Jna Facbc Elktotcnk nd Infomatonstcnk Übabtng: Pof. D.-Ing. Matn Hoffmann BE/AB//

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