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 h11e, h21e und h22e sind vom AP IC, UCE abhängig und sind den Datenblättern zu entnehmen:

Aus DB für IC = 2 mA; UCE = 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 IC/UCE

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