Grundlagenpraktikum 2.Teil. Versuch : Transistorschaltungen. A: Vorbereitung Siehe hierzu auch die Laborordnung. (s. Anhang)

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1 Grundlagenpraktikum 2.Teil Versuch : Transistorschaltungen Fassung vom A: Vorbereitung Siehe hierzu auch die Laborordnung. (s. Anhang) Informieren Sie sich ausführlich über o Wirkungsweise des Bipolar- Transistors (z.b. Skript. Elektronik 1 oder entsprechende Literatur). o Kollektorschaltung: Eingangswiderstand, Ausgangswiderstand, Übertragungsverhalten. (Wie können diese Größen gemessen werden?). o Emitterschaltung: Arbeitspunkt- Einstellung, Spannungsverstärkung mit / ohne Gegenkopplung, Kleinsignal- Verhalten. o Transistor- Daten des BC 107B (s. Anhang). o Verwenden Sie einige Sorgfalt auf die Formulierung von erläuterndem Text.

2 B: Versuch: Transistorschaltungen Benötigte und verfügbare Geräte: 1 2- Kanal- Oszilloskop (+ Drucker), 2 Tastköpfe 1 Frequenzgenerator ( Sinus, Dreieck, Rechteck ) 1 2- fach Netzteil 2 Multimeter 1 Steckbrett, div. Kabel, Bauteile (Transistor BC 107B, Widerstände) Prüfen Sie zunächst die bereitgestellte Ausrüstung auf Vollständigkeit (evtl. an Betreuer wenden) 1. Die Kollektorschaltung (Emitterfolger) 1.1 Bauen Sie die Schaltung nach Abb. 1 auf: +U cc = 15V 270Ω BC 107 R B U e (t) R E 3,3K Ua (t) U EE Abb. 1 Transistorschaltungen Fassung vom Seite 2 von 19

3 1.2 Legen Sie eine sinusförmige Spannung U e (t) = Û e sin 2πf t an den Eingang der Schaltung. (Vorher Generator wie folgt einstellen: Û e = 5V, f 1kHz, DC- Offset = 0) 1.3 Stellen Sie Eingangssignal U e (t) und Ausgangssignal U a (t) am Bildschirm dar (Beide Null- Volt- Pegel auf gleiche Höhe stellen!) Bildschirm- Plot Erklären Sie den Verlauf des Ausgangssignals. Transistorschaltungen Fassung vom Seite 3 von 19

4 1.4 Erhöhen Sie die Amplitude der Eingangsspannung U e (t) auf Û e = 13V Bildschirm- Plot Erklären Sie das Zustandekommen der negativen Beulen Welcher negative Strom fließt maximal durch R E? Transistorschaltungen Fassung vom Seite 4 von 19

5 1.5 Legen Sie den Massepunkt (s.abb.1 : Pfeil U EE ) an -15V. Erklären Sie die Verbesserung. 1.6 Eingangs- /Ausgangswiderstand des Emitterfolgers (Kollektor- Schaltung) 1.61 Bauen Sie die Meßschaltung nach Abb. 2 auf: U CC +15V KΩ BC U e (t) R B 10μF - + R E 3,3K R L 1K r e r a U EE - 15V Abb. 2 Generatoreinstellungen: Û e = 0,5V, f = 1kHz, DC- Offset = 0 Transistorschaltungen Fassung vom Seite 5 von 19

6 1.6.2 Bestimmen Sie die statische Stromverstärkung B des Transistors (DC- Messung) Messen Sie die dynamische Stromverstärkung ß des Transistors Bestimmen Sie den Eingangswiderstand r e der Schaltung (s. Abb. 2). Der Lastwiderstand R L ist dabei nicht anzuschließen. Hinweis: Messung der Spannungsverläufe an den Punkten und Bildschirm- Plot Transistorschaltungen Fassung vom Seite 6 von 19

7 Forts : Ist das Ergebnis sinnvoll? Was wäre theoretisch für r e zu erwarten, wenn für ß der Wert aus genommen wird Messen Sie den Ausgangswiderstand r a der Schaltung (s. Abb. 2). Hinweis: Führen Sie Messungen mit und ohne Last R L durch (Meßpunkt ) Weshalb koppelt man kapazitiv aus? Transistorschaltungen Fassung vom Seite 7 von 19

8 Erläutern Sie die Meßmethode und berechnen Sie anhand der gemessenen Daten den Ausgangswiderstand r a der Schaltung Wie lautet der theoretische Ausdruck für r a? Berechnen Sie hieraus r a unter Verwendug des unter gemessenen ß- Wertes. Transistorschaltungen Fassung vom Seite 8 von 19

9 2. Stromquelle mit Transistor 2.1 Bauen Sie folgende Schaltung (Abb. 3) auf: I C A 10kΩ + 15V Last R L 1 A 390Ω BC 107 R B I B 5V 2 R E 1K Abb. 3 Die Schaltung soll als Stromquelle arbeiten, also in den Lastwiderstand R L (10kΩ- Poti) in einem weiten Widerstandsbereich einen möglichst konstanten Strom prägen Die Spannungen an den Meßpunkten und sollen mit dem Oszilloskop (DC- Einstellung, auf beiden Kanälen gleiche Verstärkung, Null- Volt- Pegel auf gleiche Höhe, 10:1 Tastköpfe) gemessen werden. Wählen Sie zur Messung der Ströme I C und I B jeweils geeignete Meßbereiche Nehmen Sie die Schaltung in Betrieb. Variieren Sie den Wert der Last im möglichen Stellbereich und beobachten Sie Ströme und Spannungen. Transistorschaltungen Fassung vom Seite 9 von 19

10 2.1.3 Beschreiben und erklären Sie Ihre Beobachtungen Füllen Sie die vorbereitete Tabelle mit Meßwerten aus. Teilen Sie dabei den verfügbaren Meßbereich in geeigneter Weise ein. Tabelle: 1 I C / ma 2 I B / μa 3 B/gerechnet 4 U / 5 U / 6 I E =I C + I B 7 I E =U 2 R E Hinweis: Messungen bitte zügig durchführen! Transistorschaltungen Fassung vom Seite 10 von 19

11 2.1.5 Ermitteln Sie aus den Messwerten nach den Lastwiderstandsbereich, in dem die Stromquelle gut funktioniert. Wie groß ist in diesem Bereich der Innenwiderstand r iq der Stromquelle? 3. Kleinsignal- Verstärker in Emitterschaltung 3.1 Bauen Sie die folgende Schaltung (Abb.4) auf: +15V R 2 82K R C 6,8K 3 0,68μF BC 107 U a (t) 1 2 U G (t) R 1 10K R E 1K 10μF C E Abb.4 Transistorschaltungen Fassung vom Seite 11 von 19

12 3.2 Messen Sie die Gleichspannungen an den Meßpunkten und, (ohne Generatorsignal U G (t) ). Welcher Kollektor- Ruhestrom I C fließt? Entspricht die Spannung an MP der des unbelasteten Teilers aus R 2 und R 1? (Erläuterung!) 3.3 Stellen Sie den Generator (Dreieck- Signal) bei f 10kHz amplitudenmäßig so ein, daß das Ausgangssignal U a (t) gerade noch nicht in die Übersteuerung gerät. Hinweis: Die Amplitude des Generators muß sehr klein sein (-40dB oder mehr Dämpfung!) Oszillografieren Sie die Signale U e (t) (MP ) und U a (t) (MP ). Bildschirm- Plot: Transistorschaltungen Fassung vom Seite 12 von 19

13 3.3.1 Erklären Sie das Zustandekommen der Nichtlinearität in der Ausgangsspannung U a (t) 3.4 Ziehen Sie den Kondensator C E (10μF) heraus; erhöhen Sie die Generator- Amplitude, bis ein Ausgangssignal U a (t) von einigen Volt U ass entsteht. U ass Was beobachten Sie? Wie groß ist die Verstärkung v u =? Uess Entspricht dies Ihren Erwartungen? (Begründung) Transistorschaltungen Fassung vom Seite 13 von 19

14 3.5 Setzen Sie den Kondensator C E wieder ein. Reduzieren Sie die Generatorspannung U G (t) auf den minimal erreichbaren (aber noch gut meßbaren) Wert. U ass Wie groß ist jetzt die Spannungsverstärkung v u =? Uess Berechnen Sie aus Meßdaten die Steilheit g m des Transistors im Arbeitspunkt und ermitteln U ass Sie mit Hilfe dieses Wertes die Spannungsverstärkung v u =? Uess Stimmt das Ergebnis mit dem unter 3.5 gemessenen Wert für v u überein? (Diskutieren Sie evtl. Unterschiede!) Transistorschaltungen Fassung vom Seite 14 von 19

15 Anhang / BC 107B Transistorschaltungen Fassung vom Seite 15 von 19

16 Anhang / BC 107B Transistorschaltungen Fassung vom Seite 16 von 19

17 Anhang / BC 107B Transistorschaltungen Fassung vom Seite 17 von 19

18 Anhang / BC 107B Transistorschaltungen Fassung vom Seite 18 von 19

19 Laborordnung für A317 und A Den Anweisungen des Praktikums/Übungsleiters und dessen Beauftragten ist Folge zu leisten. Der Studierende soll sich an dem ihm zugewiesenen Arbeitsplatz aufhalten. 2. Unbefugter Aufenthalt im Labor ist verboten. Es müssen immer mindestens zwei Personen im Labor arbeiten - der Aufenthalt einer Einzelperson im Labor ist verboten! Für Unfälle bei unbefugtem Aufenthalt wird keine Haftung übernommen. 3. Verlassen die letzten beiden Personen das Labor, so ist dafür Sorge zu tragen, dass die Laborspannung abgeschaltet wird und der Raum abgeschlossen wird. 4. Die Durchführung elektrischer Versuche birgt besondere Gefahren. So kann das Berühren spannungsführender Teile, die unter höherer Spannung als 50V Wechsel- bzw. 120V Gleichspannung stehen, unter ungünstigen Verhältnissen bereits tödlich sein. Es ist streng verboten, fremde Aufbauten und Messanordnungen zu berühren, irgendwelche Veränderungen vorzunehmen oder Messgeräte und Leitungen daraus zu entfernen, sowie Geräte von anderen (evtl. z. Zt. nicht benutzten) Plätzen zu entnehmen. Auf das Gefahrenpotential wird nochmals ausdrücklich hingewiesen. Versuchsbedingte Umbauten dürfen nur im spannungslosen Zustand erfolgen. Für Aufbauten mit Spannungen über 40V sind ausnahmslos Sicherheitslaborleitungen zu verwenden. Alte Laborleitungen dürfen in diesen Aufbauten nicht mehr verwendet werden, auch nicht für Schaltungsteile, die mit kleinerer Spannung betrieben werden. 5. Mit den Laboreinrichtungen und Geräten ist sorgfältig umzugehen. Verursachte oder festgestellte Schäden an Geräten, Einrichtungen oder an Personen sind sofort dem Aufsichtsführenden zu melden. Für vorsätzlich oder fahrlässig verursachte Schäden haftet der Benutzer persönlich! 6. Um einen Praktikumsversuch sicher, mit der nötigen Sachkompetenz und im vorgegebenen Zeitrahmen durchführen zu können und Gefährdungen von Teilnehmern und Laboreinrichtungen zu vermeiden, wird von jedem Teilnehmer zum jeweiligen Versuchsthema eine sorgfältige Vorbereitung erwartet. Die Vorkenntnisse der Teilnehmer können durch studienleitende Maßnahmen (z.b. Eingangskolloquium, Fragen während des Versuches) überprüft werden. 7. Verstößt ein Laborbenutzer gegen diese Richtlinien, so kann er vom Laborleiter bis zur Dauer eines Semesters von der weiteren Nutzung des Labors ausgeschlossen werden. HINWEIS auf notwendiges Verhalten im GEFAHRENFALL: Bei Unfällen mit elektrischem Strom ist der STROMKREIS SOFORT zu UNTERBRECHEN. (Not-Aus-Schalter). Im Übrigen gelten die Bestimmungen für das Verhalten bei Bränden und anderen Gefahren gemäß der Hausordnung. Nürnberg, den Prof. Dr. Sebald Transistorschaltungen Fassung vom Seite 19 von 19