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Transistor AP-Stabilisierung
Aufgabenstellung
· Dimensionierung der untenstehenden Transistorschaltung.
· Vergleich der errechneten Werte, eventuelle Korrektur.
· Ermittlung des Verlaufs von IC bei einer Erwärmung des Transistors.
· Ermittlung der Temperaturkoeffizienten für UBE und IC jeweils durch Messung und Berechnung.
1 Dimensionierung der Schaltung
1.1 Angabe:
Es ist ein Transistor vom Typ 2N2219A zu verwenden. Die Betriebsspannung beträgt 20 Volt, die Spannung vom Emitter nach Masse UE ca. 2V, die Spannung UCE 7 Volt (oder etwas mehr für eine höhere Verlustleistung und somit Erwärmung) und der Kollektorstrom IC 10 mA.
Die Spannung an R2 soll UE + 4V betragen.
1.2 Schaltung
Die Werte der Berechnung wurden bereits eingetragen.
1.3 Dimensionierung der Schaltung
2.1 An der laut Berechnung aufgebauten Schaltung
Die Schaltung wurde auf einer Lötleiste aufgebaut und danach wurden folgende Größen mit P3 gemessen:
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UCE [V] |
IC [mA] |
IB [mA] |
UBE [V] |
URE [V] |
UR2 [V] |
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3,83 |
13,67 |
52,0 |
0,6 |
2,5 |
5,69 |
Die Werte wichen so stark von der Berechnung ab, daß eine Korrektur nötig wurde.
Da der Basisstrom kleiner und der Kollektorstrom größer war, mußte die Dimensionierung bezüglich der Stromverstärkung B verändert werden, die weit über dem im Datenblatt angegebenen Wert lag.
2.2 Mit korrigierter Schaltung
Es wurde das neue, real vorhandene B berechnet und RB für den geforderten IC von 10 mA dimensioniert.
Die neue ermittelten Meßergebnisse lagen innerhalb vertretbarer Toleranzen:
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UCE [V] |
IC [mA] |
IB [mA] |
UBE [V] |
URE [V] |
UR2 [V] |
|
7,76 |
10,48 |
37,7 |
0,66 |
1,91 |
5,73 |
2.3 Mit verzogenem Spannungsteiler
Durch einen Parallelwiderstand zu R1 wurde die Spannung UR2 angehoben. Mit einem RP von 20kW ergibt sich etwa eine Änderung von 10% bei einem R1 von 6,8kW.
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UR2 [V] |
IR1 [mA] |
IC [mA] |
|
6,87 |
2,58 |
12,75 |
2.4 Messung des zeitlichen Verlaufs von IC, Messung von UBE
Hierzu ließ man den Transistor etwa 4-5 Minuten abkühlen und legte danach die Betriebsspannung wieder an, wobei alle 5 Sekunden der Wert von IC notiert wurde, bis nur mehr eine minimale Änderung vorhanden war.
Bei der 2. Meßreihe wurde außerdem am Anfang und am Ende die Gehäusebodentemperatur mit P2 gemessen.
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t [s] |
IC - 1. Meßreihe |
IC - 2. Meßreihe |
|||
|
0 |
10,25 mA |
63 |
10,15 mA |
60 |
|
|
5 |
10,27 mA |
63 |
10,18 mA |
61 |
|
|
10 |
30 |
64 |
22 |
62 |
|
|
15 |
33 |
64 |
24 |
62 |
|
|
etc. |
35 |
64 |
28 |
62 |
|
|
38 |
65 |
30 |
63 |
||
|
40 |
65 |
33 |
63 |
||
|
42 |
66 |
35 |
64 |
||
|
43 |
66 |
37 |
64 |
||
|
44 |
66 |
40 |
65 |
||
|
45 |
67 |
41 |
65 |
||
|
46 |
68 |
43 |
65 |
||
|
48 |
67 |
44 |
65 |
||
|
50 |
68 |
46 |
66 |
||
|
51 |
68 |
47 |
66 |
||
|
51 |
68 |
48 |
66 |
||
|
53 |
50 |
66 |
|||
|
54 |
51 |
67 |
|||
|
55 |
52 |
67 |
|||
|
56 |
53 |
67 |
|||
|
56 |
54 |
67 |
|||
|
57 |
55 |
67 |
|||
|
58 |
56 |
67 |
|||
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59 |
57 |
68 |
|||
|
60 |
58 |
60 |
|||
|
60 |
58 |
58 |
|||
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61 |
58 |
56 |
|||
|
61 |
59 |
55 |
|||
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62 |
60 |
||||
einfüge ic-t-verlauf
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TC [°C] 1 |
Benennung |
Wert [V] |
|
19 |
UBEkalt |
0,678 |
|
27 |
UBEwarm |
0,662 |
1 Gehäusebodentemperatur
3 Temperaturkoeffizienten
Ableitung von TKIc siehe beigelegtes Blatt.
4 Interpretation der Meßergebnisse
Die Schaltung funktionierte im allgemeinen zufriedenstellend.
4.1 Korrekturen
Ein größeres Problem trat hier im Prinzip nur aufgrund der viel zu großen Verstärkung auf. Sie verursachte bei einem kleineren Basisstrom einen größeren Kollektorstrom, der den Spannungsabfall an RC und RE erhöhte und somit eine kleinere Spannung der CE-Strecke des Transistors verursachte. Ob sie mit fast dem doppelten Wert noch in eine vernünftige Exemplarstreuung einzureihen ist, bleibt fraglich.
4.2 Spannungsteiler R1-R2
Mit dem verzogenen Spannungsteiler stieg durch die höhere Eingangsspannung der Basis logischerweise IB und somit IC an.
Desweiteren könnte man den Querstrom von 2 mA noch senken, im allg. reicht der zehnfache Wert von IB.
4.3 Strom-Zeit-Verlauf
Der Kollektorstrom stabilisiert sich nach etwa 4-5 Minuten.
Der fallende Kurvenast am Ende der 2. Messung kam durch den kleinen Metallfühler des Temperaturmeßgeräts P2 zustande, mit dem die Endtemperatur des Transistorgehäusebodens gemessen wurde. Hier ist durch eine kleine Kühlung bereits eine starke Änderung des Kollektorstroms in Richtung ICAP verursacht worden, weshalb die Stabilität in der Praxis durch eine Ausreichende Kühlung noch verbesserbar wäre
4.4 Temperaturkoeffizienten
Der rechnerisch ermittelte Wert liegt mit einem Achtzehntel des gemessenen Werts weit unter diesem (34 zu 1,8 mA/K). Möglicherweise ist hier neben mehreren Bauteiltoleranzen ein anderer Wert von RTHja schuld. Im Datenblatt wurde der Maximalwert vom 188 angegeben. Falls dieser darunter liegen sollte, wäre DT kleiner und die Änderung pro °C somit größer:
Hierdurch sinkt der Unterschied auf 1:7,5 , was möglicherweise durch andere Faktoren erklärbar ist
