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LA16-WW6

Transistor - Basisschaltung

Aufgabenstellung

· Dimensionierung einer Transistor-Basisschaltung.

· Vergleich mit den errechneten Werten und, falls nötig, Korrektur.

· Ermittlung des Eingangswiderstands mit Frequenzverhalten.

· Erstellung eines Bode-Diagramms für die Spannungsverstärkung.

1 Dimensionierung der Schaltung

1.1 Angabe:

Es ist ein Transistor vom Typ 2N2219A zu verwenden. Die Betriebsspannung U_B beträgt 24 Volt, die Spannung vom Emitter nach Masse U_E ca. 3V, die Spannung U_CE 7,5 Volt und der Kollektorstrom I_C 15 mA.

1.2 Schaltung

Die Werte der Berechnung wurden bereits eingetragen.

Kondensatoren und R_E1 wurden noch nicht berücksichtigt.

1.3 Dimensionierung der Schaltung

2 Messungen

2.1 Allgemeines

Die Schaltung wurde auf einer Lötleiste aufgebaut. Vor der Inbetriebnahme der Schaltung wurde mit dem Multimeter P2 die Betriebsspannung eingestellt und die Tastköpfe wurden abgeglichen. Es wurde darauf geachtet, daß sich der Transistor nicht durch einen zu langen Betrieb erwärmte.

2.2 Gemäß der Berechnung aufgebaute Schaltung

Folgende Größen wurden mit P3 gemessen, wobei für R₁ noch der berechnete 18k Widerstand eingesetzt war (vergl. nächster Punkt):

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.

2.3 Korrigierte Schaltung

Es wurde das neue, real vorhandene B berechnet:

Da keine Korrektur eines Basiswiderstands möglich war, wurde über den Spannungsteiler R₁/R₂ die Spannung U_BE verändert.

Durch eine Erhöhung von R₁ wurde die Spannung an R₂ und somit U_BE gesenkt, wodurch in Folge I_C geringer wurde. Einmal wurde auch R_C erhöht.

Es wurden nacheinander folgende Werte probiert:

Bemerkungen zu den Messungen:

1. Mit den berechneten Werten (siehe auch voriger Punkt).

2. Es wurden 27k für R₁ probiert, wodurch U_CE zu stark stieg, weshalb

3. ein kleinerer Wert probiert wurde (22k), welcher nochmals auf

4. 20k verringert wurde, wobei nun I_C noch etwas zu groß war während U_CE etwa stimmte.

5. Eine Änderung von R_C brachte nicht den gewünschten Erfolg.

6. Versehentlich wurde R₁ verringert, wodurch I_C stieg.

7. Mit R₁ = 22k // 470k = 21,02k sank I_C, während U_CE wieder stieg.

Für die weiteren Messungen wurden deshalb für R₁ 20kW und für R_C 820W verwendet.

2.4 Betrieb der Schaltung mit Eingangssignal

Der Schaltung wurden die Kondensatoren C₁ und C₃ hinzugefügt (C₂ beim Ausgang gleich 0, da bei CH2 von P1 auf AC-Betrieb gestellt wurde) sowie R_E1. Bei den zu messenden Spannungen wurde immer der Spitze-Spitze-Wert gemessen. Der Gleichanteil des Eingangssignals ist wegen der Kondensatoren egal.

Schaltung

(mit korr. Wert für R₁ = 2x10kW):

U_st wurde sollte solange erhöht werden, bis der angelegte Sinus oben bzw. unten abgeschnitten wurde und dann auf ¼ reduziert werden. Da dies bei uns nicht auftrat, auch nicht bei max. Ausgangsspannung von G1, wurde eine Spannung von 1V Spitze-Spitze verwendet. Sie wurde während der ganzen Messung immer nachgeregelt.

2.5 Bestimmung des Eingangswiderstands incl. Frequenzverhalten

Hierzu wurde die Leerlaufspannung von G1 auf 1V eingestellt, der Innenwiderstand auf 50W geschaltet. Nun wurde bei verschiedenen Frequenzen die Belastung gemessen und aus der belasteten Spannung u_e (vergl. Schaltung) auf r_e zurückgerechnet.

Hier ist natürlich der Anteil R_E1 enthalten.

¹ rechnerisch aus

² rechnerisch aus

kleines D.

2.6 Aufnahme des Bode-Diagramms für die Spannungsverstärkung.

Es wurden die Eingangsspannung, die Ausgangsspannung und die Phase zwischen diesen ermittelt. Die Eingangsspannung wurde auf konstanten 1V Spitze-Spitze gehalten.

A_u = u_e/u_a

Bei 400 kHz war deutlich der Übergang der Phase von voreilend zu nacheilend deutlich erkennbar.

bode

3 Interpretation

Die Schaltung funktionierte im allgemeinen zufriedenstellend.

3.1 Korrekturen der Berechnung

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 R_C und R_E erhöhte und somit eine kleinere Spannung der CE-Strecke des Transistors verursachte. Sie war mehr als doppelt so groß wie im Datenblatt angegeben.

Im Gegensatz zu einer Schaltung mit einem Basiswiderstand (vergl. Laborbericht 14) war der AP schwerer einzustellen, da bereits eine kleine Änderung von R₁ eine starke Änderung von U_CE und I_C hervorrief. Hier wäre ein kleiner Basiswiderstand vielleicht hilfreich, um die geforderten Werte ohne Korrektur (ausg. Stromverstärkung) zu erreichen.

3.2 Eingangswiderstand

Mit steigender Frequenz sinkt der Eingangswiderstand, besonders im höheren Frequenzbereich wird er sehr niederohmig, wodurch die Signalquelle stark belastet wird.

Rechnerisch ergibt sich ein Wert von:

Dieser kommt dem Wert im hohen Frequenzbereich recht nahe (50W). C₁ verursacht hier keine große Änderung, sein X_C liegt bei 100Hz ,bereits bei 3,4W, Tendenz fallend.

Im unteren Bereich ist die Messung ungenau, die Änderung von u_e auf dem Oszilloskop hier noch schwer erkennbar war.

3.3 Spannungsverstärkung

Die Spannungsverstärkung sinkt ebenfalls mit steigender Frequenz. Bei der Phase ist offensichtlich ein Schwingkreis höherer Ordnung im Spiel, d.h. es gibt mehrmalige Wendepunkte und möglicherweise (schlecht erkennbar) 3 Nullstellen.

Rechnerisch ergibt sich für A_u:

Warum bei dieser Messung nur ein Wert von 0,8 oder geringer auftrat, ist nur schwer erklärbar. Auch laut Friedrich sollten die Werte zwischen 100 und 10 000 liegen. Möglicherweise saugt C₃ bei höheren Frequenzen Basisstrom ab.

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Letztes Update vom 25. Jul. 1999 von Florian Rosenauer