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La17-ww6

Transistor - Kollektorschaltung

Aufgabenstellung

· Dimensionierung einer Transistor - Kollektorschaltung.

· Einstellung des Arbeitspunktes.

· Messung der Spannungs und Stromverstärkung.

· Messung des Ein- und Ausgangswiderstands.

1 Dimensionierung der Schaltung

1.1 Angabe:

Es ist ein Transistor vom Typ BC550 zu verwenden. Die Betriebsspannung U_B beträgt 12 Volt, die Spannung vom Emitter nach Masse U_E ca. 6V und der Kollektorstrom I_C 5 mA.

1.2 Schaltung

Die Werte der Berechnung wurden bereits eingetragen.

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.

Als Eingangssignale wurden Sinusschwingungen verwendet.

2.2 Arbeitspunkteinstellung

Folgende Größen wurden mit P2 gemessen:

Da die Werte zu von den geforderten abwichen, wurde mit dem Trimmer R₂ die Spannung U_E auf 6V geregelt und die Werte gemessen:

Der Kollektorstrom I_C betrug nach der Korrektur 5,04 mA.

2.3 Messung der Spannungsverstärkung

Hierzu wurde folgende Schaltung mit den Kondensatoren aufgebaut:

Die Spannung des Generators wurde auf ein u_ess von 200 mV eingestellt, welche bei der gesamten Messung auf diesen Wert nachgeregelt wurde. Da Elkos verwendet worden sind, wurde vorsichtshalber ein Gleichanteil beigegeben und das Oszilloskop auf AC gestellt.

Es wurde kein Lastwiderstand verwendet.

Nun wurde die Ausgangsspannung und die Phase bei verschiedenen Frequenzen gemessen. Als Minimalfrequenz wurde 1 kHz verwendet (s. Berechnung):

2.4 Messung der Stromverstärkung

2.4.1 mit Multimeter

Die Ströme wurden mit den Multimetern P2 und P3 gemessen.

Die Spannung des Generators wurde auf ein u_Gss von 200 mV eingestellt, welche bei der gesamten Messung auf diesen Wert nachgeregelt wurde. Da Elkos verwendet worden sind, wurde wie bei A_u ein Gleichanteil beigegeben.

Der Lastwiderstand wurde verwendet.

Als Frequenz wurde der laut Meßgeräteanleitung max. zul. Wert von 1 kHz verwendet.

¹ schwankend bei 2 Messungen

2.4.2 mit Oszilloskop

Hierzu wurde der untere Teil des Lastwiderstands als Meßwiderstand verwendet, auf der Eingangsseite wurde ein 220W-Widerstand in Serie zum Generator (mit R_i 600W) geschaltet.

Die Spannung des Generators wurde auf ein u_Gss von 200 mV eingestellt, welche bei der gesamten Messung auf diesen Wert nachgeregelt wurde. Der Spannungsabfall am Meßwiderstand wurde nicht berücksichtigt. Da Elkos verwendet worden sind, wurde wie bei A_u ein Gleichanteil beigegeben.

Der Lastwiderstand wurde verwendet.

Als Frequenz wurde 1 kHz verwendet, aus der Oszilloskopspannung wurden die Ströme berechnet.

2.5 Messung des Eingangswiderstands

Die Meßfrequenz betrug 1 kHz.

Zuerst wurde eine Messung über den R_i des Frequenzgenerators G1 vorgenommen. Es wurde eine Leerlaufspannung von 200 mV Spitze-Spitze eingestellt und die Veränderung beim Anschalten der Transistorschaltung beobachtet. Da der Eingangswiderstand jedoch sehr groß gegenüber R_i war, konnte mit dem Oszilloskop keine Änderung der Amplitude festgestellt werden.

Deshalb wurde in Serie zum R_i ein Trimmer geschaltet, dessen Widerstand solange erhöht wurde, bis der Spannungsteiler aus R_i/R_s und X_Cin/r_e so eingestellt war, daß die Eingangsspannung u_e die Hälfte der Generatorspannung (mit Oszilloskop gemessen) betrug.

Somit waren R_i/R_s und X_Cin/r_e gleich groß. Der Trimmer wurde mit dem Ohmmeter gemessen und war auf 19,25kW eingestellt.

Addiert man noch R_i, erhält man für r_e = 19,85kW.

2.6 Messung des Ausgangswiderstands

Als Schaltung wurde diegleiche wie bei A_u verwendet, wobei zuerst im Leerlauf und dann mit versch. Lastwiderständen gemessen wurde.

Die Spannung des Frequenzgenerators wurde nicht gemessen.

Am Ausgangswiderstand fallen 10 mV bei einem Strom von 225 mV · 220W^-1 = 1,02 mA ab.

Somit beträgt r_a = 10 mV · 1,02 mA^-1 = 9,8W

3 Interpretation der Meßergebnisse

Die Schaltung funktionierte im allgemeinen sehr zufriedenstellend.

3.1 Arbeitspunkteinstellung

Sie war kein Problem. Auch ohne Korrektur stimmten die Werte sehr gut, was auch auf die vorhergehende Messung von B zurückzuführen ist.

3.2 Spannungsverstärkung

Die Spannungsverstärkung lag im erwarteten Bereich um Eins und wurde mit steigender Frequenz geringer (von 0dB auf -2dB), obwohl die beiden Kondensatoren mit r_e/R_L eigentlich einen Hochpaß darstellen. Sie veränderte sich jedoch nicht so stark wie bei der Basisschaltung.

3.3 Stromverstärkung

Die Messung mit dem Multimeter ist wahrscheinlich deshalb so ungenau, weil der Eingangsstrom für den Meßbereich bei dieser hohen Frequenz zu klein war.

Mit 4 liegt ist sie fast etwas klein.

3.4 Eingangswiderstand

Der Eingangswiderstand liegt im erwarteten hohen Bereich.

3.5 Ausgangswiderstand

Der Ausgangswiderstand ist wie erwartet sehr niederohmig, wobei der hier gemessene Wert etwas klein ist. Da die Änderung der Spannung nur sehr gering war, kann eine Ableseungenauigkeit am Oszilloskop auch im Bereich doppelt bis dreifacher Wert von r_a dazu beigetragen haben. Der Kondensator Cout wurde bereits auf 12W dimensioniert.

Es ist eindeutig erkennbar, daß sich die Kollektorschaltung sehr gut als Impedanzwandler eignet.

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Letztes Update vom 25. Jul. 1999 von Florian Rosenauer