4. Berechnung von Transistorverstärkerschaltungen

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Silke Graf
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1 Prof. Dr.-ng. W.-P. Bchwald 4. Brchnng on Transistorrstärkrschaltngn 4. Arbitspnktinstllng Grndorasstzng für dn Entwrf inr Transistorrstärkrstf ist di alisirng ins Arbitspnkts, m dn hrm im Knnlininfld di dynamischn Vorgäng linarisirt bschribn wrdn könnn. All diffrntilln Elmnt as dr Virpolbschribng bzw. Giacoltto-Ersatzschaltbilds hängn in ihrr Größ hiron ab. Wichtig ist ach di Stabilisirng ds Arbitspnkts in Bzg af thrmisch Ändrngn. Da z.b. bi stigndr Tmpratr ds Transistors dr Basisstrom bzüglich inr fstn Basis-Emittrspannng anstigt, mss in dr Schaltng zr Arbitspnktinstllng in ntsprchnd Kompnsation rfolgn. Ein infach Arbitspnktinstllng für inn Transistorrstärkr in Emittrschaltng lässt sich mit inm inzign Widrstand on zr Basis ralisirn. Damit wird in dfinirtr Basis-Glichstrom als Arbitspnkt ingstllt. Das igntlich Ntzsignal, das als Wchslgröß orligt, wird übr inn Kondnsator ingkopplt. Bi dr Arbitpnktdiskssion brachn dahr nr Glichwrt btrachtt wrdn. C a B B CE BE Arbitpnktinstllng für di Emittrschaltng Di Tmpratrinflüss wrdn hir brits gt kompnsirt, da bi znhmndr Tmpratr dr Basisstrom anstigt, was widrm inn größrn Spannngsabfall übr rgibt, so dass ltztlich di Basis-Emittrspannng BE sinkt nd dr Basisstrom stabil blibt. Problmatisch ist hir, dass bi tolranzbhafttn Wrtn dr Glichstromrstärkng B= C / B dr Widrstand an dn jwilign Transistor in sinm Wrt angpasst wrdn mss, damit dr asgangssitig Glichspannngswrt CE im gwünschtn Brich ligt. 4-

2 Prof. Dr.-ng. W.-P. Bchwald Ein günstigr Variant dr Arbitspnktinstllng stllt in Basisspannngstilr in Vrbindng mit inm zsätzlichn Emittrwidrstand dar. Damit sich für das Ntzsignal als Wchslgröß kin Vrändrngn rgbn, wird disr Emittrwidrstand drch inn Kondnsator wchslspannngsmäßig übrbrückt. C a B CE B BE E E E Arbitpnktinstllng mittls Basisspannngstilr 4. Emittrschaltng, Basisschaltng nd Kollktorschaltng m folgndn sind di dri Grndschaltngn ds Transistors mit dn typischn Arbitspnktinstllngn nd dn zghörign Kopplkondnsatorn für das Ntzsignal dargstllt. Di Kapazitätn wirkn für das Ntzsignal als Krzschlüss. Allrdings mss hir bi nidrign Signalfrqnzn on disr idalisirtn Btrachtngswis abgrückt wrdn. m allgminn führn dis Einflüss z inr ntrn Grnzfrqnz dr Vrstärkrstf. 4-

C a B CE B BE E E E Arbitpnktinstllng mittls Basisspannngstilr 4.

3 Prof. Dr.-ng. W.-P. Bchwald Emittrschaltng: Basisschaltng: dirkt Strktr mgzichnt Strktr Kollktorschaltng: 4-3

4 Prof. Dr.-ng. W.-P. Bchwald Wchslstromrsatzschaltng dr Emittrschaltng: C S a (ückwirkngslitwrt nd Asgangslitwrt rnachlässigt) Spannngsrstärkng: S a Stromrstärkng: i C B g S jc Grnzfrqnz dr Stromrstärkng: f g g C Aswirkng dr Kollktor-Basis-Kapazität: C c C S a Di Analys diss Einflsss lässt sich übr das Millr-Thorm licht angbn, mit dr di orlignd Schaltng in zwi infach Tilstfn zrlgt wrdn kann. 4-4

rnachlässigt) Spannngsrstärkng: S a Stromrstärkng: i C B g S jc Grnzfrqnz dr Stromrstärkng: f g g C

5 Prof. Dr.-ng. W.-P. Bchwald Millr-Thorm: Di bidn Tilntzwrk shn in bidn Fälln di glichn Schnittstllnbdingngn mit idntischn Strömn nd Spannngn. Damit rgbn sich zwangsläfig di Größn dr bidn nn Widrständ nd : Qrstrom: Spannngn: bzw. bzw. / / Widrständ: nd 4-5

6 Prof. Dr.-ng. W.-P. Bchwald Di orlignd Schaltng nthält anstll ins Widrstands in Kapazität C cb. Es mss also di mpdanz /jc cb brücksichtigt wrdn. C c C C nd C Cc mit C C ' cb sltirnd Ersatzschaltng: C C S C a Di rsprünglich Eingangskapazität C b wird drch di paralll z brücksichtignd Kapazität C rgrößrt nd rringrt damit di Grnzfrqnz dr Stromrstärkng. Dabi litt sich C as dr klinn ückwirkngskapazität C cb ab, di abr drch dn Millr-Effkt m dn Faktor - rgößrt rschint. Da in dr Emittrschaltng ngati ist, rgibt sich als Vrgrößrngsfaktor dr Wrt

C c C C nd C Cc mit C C ' cb sltirnd Ersatzschaltng: C C S C a Di rsprünglich Eingangskapazität C b wird drch di paralll z

7 Prof. Dr.-ng. W.-P. Bchwald 4.3 Kopplng on Vrstärkrstfn Di Analys on zwi afinandrfolgndn Transistorstfn in Emittrschaltng soll xmplarisch di Brchnng on gkoppltn Vrstärkrstfn darstlln. Di igntlich Kopplng soll dabi rin wchslspannngsmäßig übr Kopplkondnsatorn rfolgn. Zsammn mit dn intrnn Kapazitätn dr Transistorn rgibt sich für das Gsamtsystm in Frqnzgang mit ntrr nd obrr Grnzfrqnz. a a C K Zwi gkopplt Vrstärkrstfn Jdr Transistor soll mit dm Giacoltto-Ersatzschaltbild ntr Vrnachlässigng ds Asgangslitwrts g c sowi ds ückwirkngslitwrts g cb nd dr Kollktor- Sprrschichtkapazität C cb bschribn wrdn. Witrhin soll angnommn wrdn, dass dr für di Arbitspnkinstllng rfordrlich Widrstand V shr groß ggnübr a ist. C K 3 4 C S a 3 C S 3 a 4 Giacoltto-Ersatzschaltbild dr bidn gkoppltn Vrstärkrstfn 4-7

a a C K 3 4 4 3 Zwi gkopplt Vrstärkrstfn Jdr Transistor soll mit dm Giacoltto-Ersatzschaltbild ntr Vrnachlässigng ds Asgangslitwrts g c sowi ds ückwirkngslitwrts g cb nd dr Kollktor-

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