Praktikum: Schaltungstechnik II Vorlesung: Prof. Dr.-Ing. Matthias Viehmann

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1 Fachbereich Ingenieurwissenschaften Institut für Informatik, Automatisierung und Elektronik Praktikum: Schaltungstechnik II Vorlesung: Prof. Dr.-Ing. Matthias Viehmann Versuch: ST II-1, 90 min Thema: Transistorschaltungen mit Gegenkopplung Betreuung: Prof. Dr.-Ing. Matthias Viehmann Dipl.-Ing. (FH) Marco Hartung aum: Haus 20 / Labor Schaltungs- und Prozessortechnik 1. Versuchsziel Auf der Grundlage einer Aufgabenstellung zu Transistorschaltungen mit Gegenkopplung werden der Schaltungsentwurf und der praktische Test durchgeführt, mit dem Ziel, die Fähigkeiten und Fertigkeiten in der Schaltungstechnik sowie bei der Anwendung der Messtechnik weiter auszuprägen. In diesem Zusammenhang werden exemplarisch das Gegenkopplungsprinzip der Emitterschaltung mit ihren Varianten der Strom- und Spannungsrückkopplung und die Kollektorschaltung näher betrachtet. 2. Vorbereitung 2.1 Schaltungen und Gesetzmäßigkeiten 1. Emitterschaltung mit Varianten der Stromgegenkopplung Abbildung 1: Emitterschaltung mit Varianten der Stromgegenkopplung 1 von 5

2 a) Emitterschaltung mit Stromgegenkopplung Bei der Ausführung der Emitterbeschaltung gemäß Variante a) ergibt sich eine Stromgegenkopplung für Gleich- bzw. Driftgrößen und Wechselgrößen. Die Spannungsverstärkung vu berechnet sich nach Gleichung (1). v u = E (1) b) Emitterschaltung mit Gleichstromgegenkopplung Bei der Ausführung der Emitterbeschaltung gemäß Variante b) ergibt sich eine gegenkoppelnde Wirkung für Gleich- bzw. Driftgrößen mit zugehöriger Spannungsverstärkung vu= nach Gleichung (1), wobei die Gegenkopplung für Wechselgrößen durch den dynamischen Kurzschluss des E mittels E aufgehoben wird. Mithin liegt für Wechselgrößen die Spannungsverstärkung der normalen Emitterschaltung vor, siehe Gleichung (2). b v u r BE (2) c) Emitterschaltung mit unterteiltem Emitterwiderstand Bei der Ausführung der Emitterbeschaltung gemäß Variante c) ergibt sich für Gleichbzw. Driftgrößen und Wechselgrößen eine gegenkoppelnde Wirkung, wobei die daraus resultierenden Spannungsverstärkungen verschieden sind, siehe Gleichungen (3) und (4). v = u= + E1 E 2 (3) v = u E1 (4) 2. Emitterschaltung mit Spannungsgegenkopplung Abbildung 2: Emitterschaltung mit Spannungsgegenkopplung 2 von 5

3 Bei der Emitterschaltung gemäß Abbildung 2 wird ein Teil der Ausgangsspannung auf die Basis rückgekoppelt, so dass daraus eine Spannungsgegenkopplung resultiert. Die Verstärkung berechnet sich nach Gleichung (5). v u 2 1 (5) 3. Kollektorschaltung Abbildung 3: Kollektorschaltung Eine Kollektorschaltung gemäß Abbildung 3, auch bezeichnet als Emitterfolger oder Impedanzwandler, besitzt eine Spannungsverstärkung vu 1 sowie einen sehr hohen Eingangswiderstand und einen deutlich kleineren Ausgangswiderstand (Anwendung als Impedanzwandler). 2.2 Aufgaben zur Vorbereitung 1. Berechnen Sie die Spannungsverstärkungen der Emitterschaltung aus Abbildung 1 für Gleich-, Drift- und Wechselgrößen bei den Emitter- Beschaltungsvarianten a) und c). Gehen Sie dabei von folgenden Werten aus: = 2 kω; E = 500 Ω (extern); E1 = 250 Ω (extern); E2 = 250 Ω (extern); E = 9,9 µf (Dekade); K1 = 10 µf; K2 über A-Betrieb Oszilloskop realisieren; 1 = 22 kω (extern); 2 = 4,25 kω (extern)! 2. Informieren Sie sich über messtechnische Möglichkeiten zur Bestimmung von Grenzfrequenzen! 3. Informieren Sie sich über den Einfluss der Emitterbeschaltung auf die untere Grenzfrequenz fgu! 4. Berechnen Sie die Spannungsverstärkung der Emitterschaltung aus Abbildung 2 bei folgender Beschaltung: = 3 kω (extern); 1 = 1 kω; 2 = 2 kω; K1 = 10 µf; K2 über A-Betrieb Oszilloskop realisieren. 5. Weisen Sie formelmäßig die Näherung vu 1 für die Kollektorschaltung nach! 3 von 5

4 3. Ausrüstung Ausrüstungsgrundlage bildet das hps Analogboard. Weiterhin kommen folgende Geräte und Anordnungen zum Einsatz: Zweikanaloszilloskop Signalgenerator Labornetzteil Digitalmultimeter Laborleitungen Widerstands- und Kapazitätsdekaden, externe Festwiderstände 4. Literatur Vorlesungsmitschriften und Übungen Bauelemente und Grundschaltungen" und Schaltungstechnik II" Siehe Liste Literaturempfehlungen im Lektorenverzeichnis 5. Versuchsdurchführung und Auswertung Für alle Teilversuche gilt: +UB = +15V! 1. Kollektorschaltung ealisieren Sie die Schaltung und ermitteln Sie messtechnisch die Spannungsverstärkung! Gehen Sie dabei von folgenden Werten aus: E = 4,25 kω (extern); K1 = 10 µf; K2 über A-Betrieb Oszilloskop realisieren; 1 = 22 kω (extern); 2 = 4,25 kω (extern)! Hinweis: Einstellung der Verzerrungsfreiheit am Ausgang bei sinusförmiger Wechselspannung mit f = 1 khz am Eingang. Auswertung: Vergleichen Sie den gemessenen Wert mit der Theorie! 2. Emitterschaltung mit Varianten der Stromgegenkopplung ealisieren Sie die Schaltung mit der Beschaltungsvariante a) des Emitters (vgl. Werte von 2.2) und ermitteln Sie messtechnisch die Arbeitspunktgrößen UBEAP, UEAP, IBAP, IAP (Messung ohne Eingangssignal)! Auswertung: Berechnen Sie die Gleichstromverstärkung B des Transistors! Ermitteln Sie messtechnisch die untere Grenzfrequenz fgu und die obere Grenzfrequenz fgo bei der Beschaltungsvariante a)! Hinweis: Beginn mit Einstellung der Verzerrungsfreiheit am Ausgang bei sinusförmiger Wechselspannung mit f = 1 khz am Eingang. Auswertung: Berechnen Sie die Bandbreite B! 4 von 5

5 ealisieren Sie die Schaltung mit der Beschaltungsvariante c) (vgl. Werte von 2.2) und ermitteln Sie messtechnisch die Werte der Spannungsverstärkung für Wechselgrößen ohne E und mit E bei einer sinusförmigen Messfrequenz von f = 1 khz! Hinweis: Einstellung der Eingangsamplitude für Verzerrungsfreiheit am Ausgang. Auswertung: Vergleichen Sie die gemessenen Werte mit den berechneten Werten unter Punkt 2.2! ealisieren Sie die Emitterschaltung mit der Beschaltungsvariante c), variieren Sie den Wert des Kondensators E (9,9 µf 0,9 µf, Vorkommastelle an Dekade ändern) und messen Sie jeweils die untere Grenzfrequenz fgu! Auswertung: Vergleichen Sie die gemessenen Werte und beurteilen Sie den Einfluss des Emitterkondensators auf die untere Grenzfrequenz fgu! 3. Emitterschaltung mit Spannungsgegenkopplung ealisieren Sie die Schaltung mit der Beschaltungsvariante gemäß Punkt 2.2 und ermitteln Sie messtechnisch die Spannungsverstärkung bei einer sinusförmigen Messfrequenz von f = 1 khz sowie die obere Grenzfrequenz fgo! Hinweis: Einstellung der Eingangsamplitude für Verzerrungsfreiheit am Ausgang. Auswertung: Vergleichen Sie die gemessenen Verstärkungswerte mit den berechneten Werten unter Punkt 2.2! 5 von 5