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Transistor als Schalter mit ohmscher Last
Aufgabenstellung
· Dimensionierung einer Transistorschaltung für eine ohmsche Last
· Messung von tpd, tr, tst und tf bei verschiedenen Sättigungswerten der Basis.
1 Dimensionierung der Schaltung
1.1 Angabe
Für einen Transistor vom Typ 2N3055 ist eine Schaltung für IC = 5 mA zu entwerfen.
Die Betriebsspannung UB beträgt 12 V, die Steuerspannung Ust 5 V.
Die Übersteuerung der Basis sollte bis zu einem Faktor von etwa 3..5 regelbar sein.
1.2 Schaltung
1.3 Dimensionierung
2.1 Vorgangsweise
Bei der Messung wurde immer zuerst als Steuersignal eine Gleichspannung von 5V angelegt und mithilfe des Potentiometers der Strom IB geregelt. Es wurden dabei die Spannungen UCE und UBE gemessen:
Verwendete Schaltung bei der DC-Messung :
Danach wurde ein rein positives Rechtecksignal mit einer Höhe von 5V angelegt und es wurden die Zeiten tpd, tr, tst und tf gemessen. Hierzu wurde am Oszilloskop auf A INTEN geschaltet und der darauf erscheinende hellere Bereich des Signals mithilfe der zweiten Zeitbasis sowie eines Drehreglers auf den interessanten Teil des Signal gestellt und mit B DELAYED der markierte Bereich herausgezoomt.
Verwendete Schaltung bei der Messung mit Eingangssignal:
2.2 Meßwerte
Während den verschiedenen Messungen wurde nur der Basiswiderstand verändert. Zuerst wurde mit RBfix (der für Ü = 5 dimensioniert war) gemessen, danach wurde RBS sowie das Potentiometer RBpoti hinzugeschaltet.
Alle Zeiten wurden selbstverständlich von 10%/50%/90%-Grenzen laut Definition gemessen.
Da die Spannung UCE und nicht der Strom, auf den die Schaltzeiten eigentlich bezogen sind, gemessen wurde, mußte darauf geachtet werden, daß bei fallendem IC die Spannung UCE steigt u. umgekehrt.
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Messung mit |
1. Messung |
1. Messung |
1. Messung |
1. Messung |
1. Messung |
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UCE [V] |
DC |
gegen 0 1 |
0,08 |
0,10 |
0,60 |
3,20 |
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UBE [V] |
DC |
nicht gemessen, etwa 0,63 |
0,61 |
0,61 |
0,60 |
0,59 |
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tpd [ms] |
Signal |
3 |
4 |
5 |
8 |
8 |
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tr [ms] |
Signal |
14 |
30 |
50 |
55 |
125 |
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tst [ms] |
Signal |
32 |
10 |
10 |
fast 0 2 |
0 |
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tf [ms] |
Signal |
26 |
28 |
33 |
40 |
100 |
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RB [W] 3 |
(Farbcode) |
8,06 k |
8,06k + 18k |
8,06k + 18k |
8,06k + 18k |
8,06k + 18k |
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RBpoti [W] |
(Schätzung) 4 |
Poti nicht verwendet |
0 (Anschlag) |
5 k |
15k |
25k (Anschlag) |
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IB [mA] 5 |
Rechnung |
546 |
168 |
141 |
107 |
86,4 |
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IC [mA] 6 |
Rechnung |
5,46 |
5,42 |
5,41 |
5,18 |
4,00 |
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B [1] 7 |
Rechnung |
10,0 |
32,3 |
38,4 |
48,4 |
46,3 |
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Ü [1] 8 |
Rechnung |
5,1 |
1,6 |
1,3 |
1,0 |
0,81 |
1 wurde nicht genauer betrachtet
2 praktisch nicht mehr vorhanden
3 diese Zeile gibt den Wert des verwendeten RB ohne Berücksichtigung des Potis an
4 aufgrund der Schleiferstellung wurde der Widerstand geschätzt (25k-Poti war linear!)
5 nach der Formel
rechnerisch ermittelt.
6 nach der Formel
rechnerisch ermittelt.
7 nach der Formel
rechnerisch ermittelt.
8 nach der Formel
rechnerisch ermittelt,
wobei als IB0 der Strom bei UCE = UBE
eingesetzt wurde (also bei einer Übersteuerung von 1,0).
2.3 Diagramm
(siehe nächste Seite)
3 Interpretation der Meßergebnisse
Die Schaltzeiten eines Transistors sind sehr stark von der Übersteuerung abhängig. Besonders die Speicherzeit tst der Basis wächst mit steigendem Ü von Null weg bis auf einen Wert, der schließlich über den fallenden tr und tf-Zeiten liegt. Die Zeit tpd erfährt fast keine Änderung.
Ein solches Verhalten muß besonders bei höheren Frequenzen berücksichtigt werden.
Woher die Ausbuchtung kommt, die besonders stark bei tr hervortritt, ist rätselhaft, möglicherweise könnte sie über ein Ersatzschaltbild des Transistors geklärt werden. Ein Meßfehler ist wohl auszuschließen.
Das Verhalten von B war zu erwarten: Im Verstärkerbetrieb ist es höher als im stark gesättigten Bereich.
