Electrical Engineering Lab Year 1983-84 Lab-No.: 27/28

Details: Written by Gottfried Rudorfer; Category: Lab reports in Electronics; Published: 22 January 2011

27./28. Aufgabe: RC-Verstärker

Höhere Technische Bundes- Lehr- und Versuchsanstalt (Bulme) Graz-Gösting
Elektrotechnisches Laboratorium Jahrgang 1983 / 1984

Klasse: 3AN
Gruppe: 7

1. Aufgabenstellung:

Drei Verstärkerschaltungen sind nach den unten angegebenen Anleitungen zu berechnen und anschließend aufzubauen. Danach sind die angegebenen Rechenwerte messtechnisch zu überprüfen.

2. Emittergrundschaltung mit Basisspannungsteiler:

Diese Schaltung ist in der Praxis unbrauchbar, da ihre Eigenschaften sehr stark von Bauteilstreuungen und Temperaturschwankungen abhängen. Gerade diese Abhängigkeiten sollen untersucht werden.

2.1. Arbeitspunkteinstellung

2.1.1. Schaltbild

siehe Übungsprotokoll

2.1.2. Berechnung von R1, R2, R3

Gegeben:

$U_B=15\ V$

Symmetrische Aussteuerung $\Rightarrow U_{CE} = U_3 = 7,5\ V$

Kollektorstrom $I_C = 2\ mA$

Querstrom $I_2 = 10 \cdot{} I_B$

R₃:

$U_B = I_C \cdot{} R_3 + U_{CE} ;\ U_{CE} = 7,5\ V (sym.)$

$R_3 = \frac{U_B - U_{CE}}{I_C} = \frac{7,5}{2 \cdot{} 10^{-3}} = 3,75\ k \Omega$

$\text{Normwert} = 3600\ \Omega;\ \text{ausgemessen}\ 3570\ \Omega$

R₂:

$I_2 \cdot{} R_2 = U_{BE};$	$U_{BE} = 0,66\ V; B = 280 \text{... aus DB}$
$I_2 = 10 \cdot{} I_B =$	$I_B = \frac{I_C}{B} = \frac{2 \cdot{} 10^{-3}}{280}=7,14\ \mu A$
$\ \ \ = 10 \cdot{} 7,14 \cdot{} 10^{-6} = 71,4\ \mu A$
$R_2= \frac{U_{BE}}{I_2} = \frac{0,66}{71,4 \cdot{} 10^{-6}} = 9,2\ k \Omega$

$\text{Normwert} = 9090\ \Omega;\ \text{ausgemessen}\ 9040\ \Omega$

R₁:

$U_B = I_1 \cdot{} R_1 + I_2 \cdot{} R_2 = I_1 \cdot{} R_1 + U_{BE}$

$I_1 = I_B + I_2 = (7,14 + 71,4) \cdot{} 10^{-6} = 78,5\ \mu A$

$R_1 = \frac{U_B - U_{BE}}{I_1} = \frac{15-0,66}{78,5 \cdot{} 10^{-6}} = 182,7\ k \Omega$

$\text{Normwert} = 180\ k \Omega;\ \text{ausgemessen}\ 181,5\ k \Omega$

2.2. Wechselstromrechungen

2.2.1. Wechselstromersatzschaltung

siehe Übungsprotokoll

2.2.2. Berechnungen

Die Transistorgrößen h_11e, h_21e und h_22e sind vom AP I_C, U_CE abhängig und sind den Datenblättern zu entnehmen:

Aus DB für I_C = 2 mA; U_CE = 7,5 V

Eingangswiderstand: $h_{11e} = 4000\ \Omega$

Wechselstrom-Verstärkung: $h_{21e} = 350\ \text{; Ausgangsleitwert: } h_{22e} = 30\ \mu S$

Eingangswiderstand:

$\frac{1}{r_e} = \frac{1}{R_1} + \frac{1}{R_2} + \frac{1}{h_{11e}} = \frac{1}{180 \cdot{} 10^3} + \frac{1}{9090} + \frac{1}{4000} \Rightarrow r_e = 2740\ \Omega$

Ausgangwiderstand:

$\frac{1}{r_a} = h_{22e} + \frac{1}{R_3} = 30 \cdot{} 10^{-6} + \frac{1}{3600} \Rightarrow r_a = 3250\ \Omega$

Leerlaufverstärkung:

$V_{U0} = \frac{u_{a0}}{u_e} = - \frac{h_{21e}}{h_{11e}} \cdot{} r_a = - \frac{350}{4000} \cdot{} 3250 = - 284$

$V_{U0}^{dB} = 20 \cdot{} lg \lvert V_u \rvert = 43\ dB$

2.3. Messungen

2.3.1. Arbeitspunkt I_C/U_CE

Schaltung 2.1.1. mit den unter 2.1.2. berechneten Normwerten für R₁... R₃ aufbauen.

$I_C = \frac{U_B - U_{CE}}{R_{3ist}} = \frac{15 - 9,58}{3570} = 1,52\ mA;$

$U_{CE} = 9,58 V \text{ gemessen; } R_{3ist} = 3570\ \Omega;\ U_{BE} = 0,6551\ V \text{ gemessen}$

Arbeitspunkt	$\frac{U_{CE}}{V}$	$\frac{I_C}{mA}$	$\frac{U_{BE}}{V}$
gerechnet	7,5	2	0,66
gemessen	2	1,52	0,651

2.3.2 Korrektur des Arbeitspunktes

Schaltplan siehe Übungsprotokoll, Werte von C₁ und C₂ siehe 2.3.3. R₁, R₂, R₃ ... NW, so wie unter 2.1.2.

Wert des Trimmers $R_4 \geq 5% \text{ von } R_4$ so lange verändern, bis $U_{CE} = 7,5\ V$ ist.

Temperatureinfluss:

Transistor - Luft: $U_{CEL} = 7,5\ V$

Transistor - Hand: $U_{CEH} = 6,9\ V$

2.3.3. Abschätzung der Koppelkondensatoren

Vereinfachte Ersatzschaltung siehe Übungsprotokoll

Definition der Grenzfrequenz

$\omega_g = 2 \pi f_g$ jene Frequenz, bei der die Verstärkung um 3 dB abgesunken ist.

3. Gegenkopplung durch Emitterwiderstand:

siehe Übungsprotokoll

4. Verstärker mit Spannungsgegenkopplung

siehe Übungsprotokoll

5. Geräte

Netzgerät 3/B2

Funktionsgenerator 4/B5

Oszilloskop 1/D3

Digitalmultimeter 1/A3

6. Anmerkungen

Wegen Messgerätemangel konnte am ersten Übungstrag keine Schaltung ausgemessen werden. Dadurch konnten am zweiten Übungstag wegen Zeitmangel nicht alle Messungen durchgeführt werden.

Tabellen und Diagramme: siehe Übungsprotokoll

10. Aufgabe: Übungsprotokoll

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