11. Übung Grundlagen der analogen Schaltungstechnik

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1 11. Übung Grundlagen der analogen Schaltungstechnik 1

2 Aufgabe (Klausur WS07/08: 40 min, 22 Punkte) - die Killeraufgabe, aber warum? Bootstrapschaltung und Kleinsignal-Transistormodell Gegeben ist die in der Abbildung gezeigte Bootstrapschaltung. Für den Transistor gelte im Arbeitspunkt: B=180, U BE (Q1)=0,7V I C (Q1)=10mA, U CE (Q1)=2,5V, V CC =5V. Der Transistor habe die Earlyspannung V A =74V. Die DC-Arbeitspunktspannung über R 3 sei 0,5V (Richtung von I B, d.h. von R2 zur Basis). a) Ermitteln Sie die Dimensionierung der Widerstände R 1, R 2, R 3, R E und zeichnen Sie dazu das Arbeitspunktersatzschaltbild und tragen Schritt für Schritt die sich ergebenden Spannungen und Ströme ein. Sie benötigen eine zusätzliche Heuristik - welche? Anhaltspunkt für die Größenordnungen 2

3 Arbeitspunkteinstellung 4R-Schaltung (Standard) 4-R-AP-Schaltung: 2 Freiheitsgrade, wenn AP festgelegt ist Querstromheuristik: 10I BA = I q = I R2 Halbe Speisespannung: V c = Vcc/2 (V C =Kollektorpotential) 1/3-Heuristik: U RC =U CE =U RE = Vcc/3, oft nur für eine Größe U RE -Heuristik VCC 0.7V VE U RE 10 3

4 Aufgabe (Klausur WS07/08: 40 min, 22 Punkte) - die Killeraufgabe b) Zeichnen Sie das Kleinsignalersatzschaltbild und berechnen Sie den Eingangswiderstand sowie die Spannungsverstärkung im Nutzfrequenzbereich. Benutzen Sie bei der Analyse unbedingt Vereinfachungen, d.h. Zusammenschaltungen von Widerständen durch ihren Ersatzwiderstand. Hinweis: Verwenden Sie unbedingt das nebenstehende Kleinsignalersatzschaltbild und rechnen Sie nicht mit stromgesteuerter Stromquelle ß! c) Welche Spannungsverstärkung ergibt sich für unendliche Verstärkung des Transistors? d) Welcher Unterschied ergibt sich für den Eingangswiderstand im Vergleich mit einer Kollektorschaltung (Hinweis: Basisspannungsteiler)? 4

5 Aufgabe (Klausur WS07/08: 40 min, 22 Punkte) - die Killeraufgabe Eine symbolische Analyse der Schaltung aus der PSpice-Simulation des Eingangswiderstandes Z ein ergab die approximierte Formel: g m r BE R 3 R E 1+ C 2 R 1 s Z ein = g m r BE R E + C 2 R 1 R 3 s 5

6 Aufgabe (Klausur WS07/08: 40 min, 22 Punkte) - die Killeraufgabe Erklären Sie das Verhalten qualitativ, indem Sie eine Betrachtung für f = 0 (Koppelkapazität C 1 kann als Kurzschluss gesehen werden) und f gegen unendlich durchführen. Bitte keine großen Analysen durchführen, nur kurz die Ergebnisse anhand von Größenordnungen nachvollziehen (falls Sie die Dimensionierungsaufgabe nicht gelöst haben, benutzen Sie die in a) angegebenen Größenordnungen). Die Grenzfrequenzen brauchen Sie dabei nicht zu betrachten oder zu erklären: 1.) Für f vergleichen Sie die Näherung mit Ihrem Ergebnis aus Aufgabenteil b). 2.) Wie erklärt sich das Ergebnis für f = 0? Zeigen bzw. erklären Sie das Ergebnis am besten mit einem kleinen Ersatzschaltbild und erklären Sie die Vernachlässigungen auch hier anhand der Größenordnung der Elemente. 6

7 WS 08/09 (60 min, 28 Punkte): Leitungstreiberschaltung I BE (Q1) 55mA U BE (Q1) 0,706V I C (Q1) 10mA U CE (Q1) 4V I BE (Q2) -460,8mA U BE (Q2) -0,851V I C (Q2) -100mA U CE (Q2) - 4V V CC 12V Zeichnen Sie den Signalweg und nennen Sie dabei, um welche Grundschaltungen es sich jeweils handelt (Basis-, Kollektor- oder Emitter-Grundschaltung)? Zeichnen Sie das Arbeitspunktersatzschaltbild und dimensionieren Sie die Schaltung mit den gegebenen Arbeitspunktwerten unter der Maßgabe, dass R 4 = R 5. Weiter seien bekannt: L 1 = 10mH und C 1 = C 2 = C 3 = C X = 100µF. Werden noch Heuristiken benötigt? Welche Bedeutung hat L 1 für die Dimensionierung? Bestimmen Sie die Übertragungsfunktion v = V out /V in im Nutzfrequenzbereich unter Verwendung des Nullor-ESB. Stellen Sie R X nun so ein, dass v = 20 erreicht wird. Falls Sie b) nicht gelöst haben, nehmen Sie bitte R 1 = 500W, R 2 = 300W, R 3 = 60kW, R 4 = R 5 = 40W an (das sind nicht die genauen Lösungen!). 7

8 WS12/13 8

9 Schaltungsblick-Übung: SS08: Aufgabe 3 9

10 Schaltungsblick-Übung: WS 11/12 A3 10

11 Schaltungsblick-Übung: WS 11/12 A2 11

12 Mehrstufige gegengekoppelte Verstärker Nulloranalysen A46 etwas schöner gezeichnet v 1 R2 R1 Berechnen Sie die Verstärkung des 3-stufigen Transistorverstärkers unter der Annahme unendlicher Verstärkung ß der Transistoren. Zeichnen Sie das Nullorersatzschaltbild für Nutzfrequenzen >> 1/(R D *C D ). A3 aus der Klausur im SS07 12