7. Aufgabenblatt mit Lösungsvorschlag

Transkript

1 + - Grundlagen der echnertechnologie Sommersemester 200 Wolfgang Heenes. Aufgabenblatt mit Lösungsvorschlag Schaltungen mit Bipolartransistoren Aufgabe : Analyse einer Schaltung mit Bipolartransistor Gegeben sei untenstehende Transistorschaltung mit den folgenden Größen: B C = 0 = U CC = 5 V U K = 0, V B N = 99 + * * - ) 5 a) Bestimmen Sie für 0V U EIN 5V:.) den Zustand der einzelnen Dioden 2.) den Transistorzustand 3.) die Ströme I B, I C und I E.) die Ausgangsspannung U AUS b) Welche logische Funktion stellt die Schaltung dar, wenn an Eingang und Ausgang Spannungen um 0V als Low-Pegel und Spannungen um 5V als High-Pegel interpretiert werden? a) Berechnungen für 0V U EIN 5V. Bereich: 0V U EIN U K = 0, V. Beide Dioden sind gesperrt 2. Transistor ist gesperrt Grundlagen der echnertechnologie - Sommersemester 200

2 3. I B = I C = I E = 0A. U AUS = U CC = 5V 2. Bereich: U K U EIN < U SAT T. BE-Diode ist offen, BC-Diode gesperrt 2. Transistor ist aktiv normal 3. I B = U B B = U EIN U K B I C = B N I B = 9, 9 U EIN I E = I B + I C = 0 U EIN = 0, U EIN 0, 0mA 6, 93mA ma. U AUS = U CC U C = U CC C I C =, 93V 9, 9 U EIN Berechnung der Sättigungsgrenze U SAT T (Für den gesättigten Zustand gilt: U AUS = 0V.) U CC C I C = 0V U CC C B K N UEIN U = 0V B U EIN = U CC B + U K, 2V= U SAT T C B N 3. Bereich: U SAT T U EIN 5V. Beide Dioden sind offen 2. Transistor ist gesättigt 3. I B = U B B = U EIN U K B = 0, U EIN I C = U C= U CC U AUS = U CC C C C I E = I B + I C = 0, U EIN. U AUS = 0V = 5mA 0, 0mA +, 93mA b) Bestimmung der logischen Funktion der Schaltung U EIN = 0 U AUS = U EIN = U AUS = 0 Negation Aufgabe 2: Analyse eines pnp-transistors Ein Transistor wird in der skizzierten Schaltung betrieben. Die Widerstände 2 und 3 sowie die Betriebsspannung U CC sind gegeben. Der Widerstand soll nun so eingestellt werden, daß ein Basisstrom von I B = 200µA fließt. Dabei ergibt sich ein Kollektorstrom von I C = 2 ma. Darüber hinaus ist auch eine charakteristische Kennlinie des Transistors gegeben. U CC = 5 V 2 = 0 = 2 3 Grundlagen der echnertechnologie - Sommersemester 200 2

3 ! * /ma )!! " $ & * H = I E I J H 5? D = J K C + D = H = J A H E I J E I? D A A E E A a) Um welchen Transistortyp handelt es sich bei dem dargestellten Baustein? b) Welche spezifische Bezeichnung kennen Sie für die gegebene charakteristische Kennlinie? c) Kennzeichnen Sie durch Eintrag der entsprechenden Kennbuchstaben und Indizes in die Schaltungsskizze die Kollektor-Basisspannung U CB, den Basisstrom I B, die Kollektor-Emitterspannung U C E, den Emitterstrom I E, die Basis-Emitterspannung U BE, den Kollektorstrom I C. Alle Kenngrößen sind hierbei mit einem positiven Vorzeichen in der Schaltungsskizze gemäß den angegebenen Zählpfeilen zu wählen. Ermitteln Sie nun für den gegebenen Betriebszustand d) die sich einstellende Kollektor-Emitterspannung U C E, e) die Basis-Emitterspannung U BE, f) den Strom I 2 durch den Widerstand 2, g) den hierfür zu wählenden, h) die Kollektor-Basisspannung U CB, i) den Stromverstärkungfaktorβ. j) Geben Sie einen allgemeinen Ausdruck für die im Transistor verbrauchte Leistung P T als Funktion von I C, I B, U C E und U BE an. Wie groß ist P T in diesem Fall? a) bipolar, pnp b) Eingangskennlinie C +! c) * * - + * d) U C E = U CC U 3 = U CC 3 I C = V e) aus Kennlinie: U BE = 500mV Grundlagen der echnertechnologie - Sommersemester 200 3

4 f) I 2 = U 2 = U BE= 50µA 2 2 g) = U I = U CC U 2 I = U CC U BE I h) U CB = U CC U BE U 3 = 0, 5V = U CC U BE I 2 +I B = 58 i) β= I C I B = 0 j) P T = U BE I B + U C E I C = 22, mw Aufgabe 3: Transistorschaltung Gegeben sei folgende Schaltung: U 2 C Q E Bestimmen sie I C und U C E der Schaltung. Die Widerstände haben folgende Werte: = 8, 2 = 36 C = 22, E = 6 Bei der Basis-Emitter-Diode handelt es sich um eine technisch ideale Diode mit einer Knickspannung von 0, V. Die Spannung U beträgt 2 V. Die Stromverstärkungβ F = 5. Hinweis: Sie können annehmen, dass sich der Transistor Q im aktiv normalen Betrieb befindet. eq I B C 2 U=2V U eq E Grundlagen der echnertechnologie - Sommersemester 200

5 U eq = U = V + 2 eq = = 2 Masche : U eq V mit U BE = 0, V,β F V = eq I B + U BE + E I E = 2 I B + U BE + 6 I E = 5 und I E =(β F + ) I B f ol g t = 2 I B + 0, V+ 6 (5+) V 0, V I B =, Ω I B = 2, 3µA I C =β F I B = 205µA I E = 208µA Masche 2: U C E U C E = U C I C E I E =, 62 V Grundlagen der echnertechnologie - Sommersemester 200 5