Dimensionierung vom Transistor Wechselspannungsverstärkern

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1 Dimensionierung vom Transistor Wechselspannungsverstärkern mit NPN Transistor Schaltung Werte: V 1 = BC141; R L = 1 kω U B = 15 V Vorgaben: Der Arbeitspunkt des Transistors ist so einzustellen, dass U CE = U B /2 = 7,5V. Der Basisstrom ist so festzulegen, dass bei einem Eingangswechselstrom von 4 µa SS eine lineare Aussteuerung erreicht wird. Beim Basisspannungsteiler soll das Querstromverhältnis etwa 1 betragen, das gleiche Verhältnis soll auch bei den Widerständen R 3 /R 4 verwendet werden. Die Kondensatoren sind für eine untere Grenzfrequenz von 4 Hz zu dimensionieren.

2 Kennlinienfeld BC I B/µA U CE/V U CE =5V Arbeitsgerade R 3 +R Ic/mA 1 8 AP ΔU CE AP 1 8 ΔI1 C 8 Ic/mA U CEA U B,1,2 U BE/V,3,4,5,6,7 U CE =5V AP ΔU BE, ΔI B I B/µA Festlegungen aus Kennlinie: Bei I B = 1 µa ist eine lineare Aussteuerung gewährleistet. U BEA =,69 V; I CA = 9,6 ma Dimensionierung von R 3 und R 4 U R3 R4 =U CEA R 3 R 4 = U R3 R4 = 7,5V I CA 9,6 ma =781 R 3 1 R 4 1 R =1 R 3 4 R 4 = R R = =71

3 R 3 =1 R 4 =71 Widerstände aus der Reihe E12: R 3 = 68 Ω R 4 = 68 Ω Dimensionierung von R 1 und R 2 q= I r2 I BA 1 =1 I BA =1 1µA=1mA R 2 = U R2 = U U BEA R4 = U R I I BEA 4 BA CA = Widerstand aus Reihe E12: 1,5 kω R 2E12,69V 68 1µA 9,6 ma =1,35k 1mA tats = U R2 = U R I I BEA 4 BA CA,69V 68 1µA 9,6mA = =,9 ma R 2E12 1,5 k R 1 = U R1 = U U B R2 = U U R I I B BEA 4 BA CA I R1 tats I BA tats I BA Widerstand aus Reihe E12: 15 kω = 15V,69V 68 1µA 9,6 ma =13,7k,9mA 1µA Dimensionierung von C 1 Wechselstromersatzschaltbild ΔU BE und ΔI B im Arbeitspunkt aus Kennlinie ablesen r BE = U BE = 85mV I B 16µA =533 r e =R 1 R 2 r e =383 RC Hochpass

4 1 1 Bei f g gilt: X C1 =r e C 1 = = 2 f g r e 2 4 Hz 383 =1µF Problem: Die drei Kondensatoren in der Schaltung verursachen jeweils eine Dämpfung des Signals Auswirkung (Vereifacht): Betrachtung bei f g u e z.b. 1V SS,77V SS,5V SS,35V SS Bei drei Kondensatoren den berechneten Kondensator zwei Stufen in der Reihe E6 höher wählen Kondensator C 1 aus Reihe E6: 22µF Dimensionierung von C 2 Wechselstromersatzschaltbild ΔU CE und ΔI C im Arbeitspunkt aus Kennlinie ablesen r CE = U CE = 16,6V I C 4,2 ma =4k r a =r CE R 3 =668

5 r X =r a R L =1,7 k RC-Hochpass 1 1 Bei f g gilt: X C2 =r x C 2 = = 2 f g r x 2 4 Hz 1,7 k =2,3µF Kondensator C 2 aus Reihe E6: 4,7µF Dimensionierung von C 3 Aufgabe: R 4 wechselstrommäßig kurzschließen bei f g R 4 = X C3 üblich: X C3fgu R C 3 = = 2 f g R 4 2 4Hz 68 =585µF C3=1µF Wechselstrommäßige Untersuchung des Verstärkers Messung des Eingangsstroms mit dem Oszilloskop Verwendung eines Messwiderstands R V i e = u Rv R v mit u Rv =u G u e (durch Differenzmessung)

6 Dimensionierung von R V Generator Begrenzung durch maximale Generatorspannung R v max = u gmax = 3V SS =75k i e 4µA SS Messgenauigkeit max. vertikale Auslenkung des Oszilloskops: Y=8cm entspricht Messbereich i MB = 5µA cm leichte Umrechenbarkeit: U-MB z.b.,5v/cm R V = U,5 V MB cm = i MB 5 µa =1k cm 4µA SS = 4V SS Messungen bei i e = 4 µa SS : u e = 15 mv SS i a = 1,7 ma SS u a = 1,7 V SS f gu =41 Hz; f go = 168 khz Rechnungen V u = u e u a = 15mV SS 1,7 V SS =133 V i = i e i a = 4µA SS 1,7 ma SS =42,5 V P =V u V i =113 42,5=483 r a = u a RL1 u a RL2 i a RL2 i a RL1 = 1,7 V SS,42 V SS 4,2 ma SS 1,7 ma SS =512 mit PNP Transistor Kurzarbeit 28 Gegeben ist das nachstehend dargestellte Schaltbild eines Wechselspannungverstärkers sowie als Anlage das Vierquadrantenkennlinienfeld des PNP Transistors BC161.

7 Schaltung Aufgabe 1 Dimensionieren sie die Widerstände R 3 und R 4 gemäß der Normreihe E12 so, dass die folgenden Bedingungen erfüllt sind: die Betriebsspannung U B soll 18V betragen der Basisstrom im AP soll ca. -12µA betragen die Kollektor Emitterspannung im Arbeitspunkt soll -1V betragen das Widerstandsverhältnis R 3 : R 4 soll ca. 5 : 1 betragen Aufgabe 2 Geben sie die Arbeitspunktwerte des Transistors unter Verwendung der in Aufgabe 1 ermittelten Widerstands Nennwerte an. Aufgabe 3 Dimensionieren Sie die Widerstände R 1 und R 2 gemäß der Normreihe E24 so, dass unter Verwendung des in Aufgabe 2 gewählten Arbeitspunktes ein Querstromverhältnis von etwa 9 vorliegt. Anlage 1: Widerstandsnormreihen Reihe E6, E12, E24 (guck ins Tabellenbuch)

8 Anlage 2: Vierquadranten-Kennlinienfeld 1) R 3 R 4 = U U B CEA = 18V 1V I CA 11,9mA =672 R 4 = R R 3 4 = 672 = Widerstand aus Reihe E12: R 4E12 =12 Ω R 3 =5 R 4 =56 Widerstand 56 Ω ist in Reihe E12 enthalten

9 2) Da nicht die berechneten Widerstände verwendet werden, verschiebt sich der AP leicht. Die Spannung U CE soll konstant bleiben, I B darf sich leicht verändern (= soll -1V betragen und soll ca. -12µA betragen in der Aufgabenstellung) I Etats = U CE = 8V R 3E12 R 4E12 68 =11,7 ma= I CEA Basisstrom wird vernachlässigt U CE =1V I BA =119µA U BE =,7 V 3) q=9= I BA = I BA q=119µa 9=1,7mA R 2 = U R2 = U U BEA R4 =,7V 1,42V =1,98 k 1,7 ma U R4 =R 4 I BA I CEA =12 119µA 11,7mA =1,42V Widerstand aus Reihe E24: 2 kω tats = U R2 = 2,12 V =1,6 ma R 2E24 2k I R1 =tats I BA =1,6 ma 119µA=1,18 ma U R1 =U B U R2 =18V 2,12 V=15,9 V R 1 = U R1 I R1 = 15,9 V 1,18 ma =13,5 k Widerstand aus Reihe E24: 13 kω Wagner 28