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Transistorverstärker
Aufgabenstellung
· Dimensionierung einer Kaskode-Schaltung
· Prüfung und Einstellung des Arbeitspunktes.
· Messung der Spannungsverstärkung (Bode-Diagramm).
1 Dimensionierung der Schaltung
1.1 Angabe:
Es sind Transistoren vom Typ 2N2219A zu verwenden. Die Betriebsspannung UB beträgt 12 Volt, der Kollektorstrom IC 10 mA, die Spannungsverstärkung A soll ein Maximum von 8 erreichen.
1.2 Schaltung
Bei der Kaskode-Schaltung handelt es sich im Prinzip um eine gekoppelte Emitter-Basisschaltung, die Spannungsverstärkung wird praktisch nur durch die Basisschaltung bestimmt.
Die Werte der Berechnung wurden bereits eingetragen.
1.3 Dimensionierung der Schaltung
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 immer Sinusschwingungen verwendet.
2.2 Arbeitspunkteinstellung
Die Schaltung wurde ohne Kondensatoren aufgebaut. Alle Größen wurden mit dem Multimeter P2 gemessen.
|
Nr. |
RC |
R1 |
R2 |
IC |
IC1 |
UCE1 |
UCE2 |
UBE1 |
UBE2 |
UR2 |
UR3 |
URC |
UE |
IB1 |
IB2 |
|
1 |
-- |
-- |
-- |
19,6m |
32m |
-- |
-- |
0,39 |
0,79 |
0,4 |
0,38 |
11,2 |
-- |
-- |
-- |
|
2 |
1120 |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
11,6 |
-- |
-- |
-- |
|
3 |
-- |
-- |
85 |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
|
4 |
-- |
-- |
1k2 |
-- |
-- |
0,88 |
0,03 |
0,71 |
0,78 |
0,94 |
-- |
10,6 |
-- |
-- |
-- |
|
5 |
-- |
22k |
1k2 |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
-- |
2,61 |
-- |
-- |
-- |
|
6 |
-- |
23,8k |
1k2 |
10,83 |
-- |
0,65 |
5,1 |
0,70 |
0,68 |
-- |
-- |
6,03 |
0,16 |
48,2 m |
01,2 m |
Alle Widerstände in W, alle Spannungen in Volt, alle Ströme in A.
Nicht eingetragene Widerstände waren laut Schaltung/Berechnung eingebaut (RC=560W; R1=8,2kW, R2=560W).
Bemerkungen zu Messungen:
Nr.
1. Die Schaltung wurde mit allen Werten laut Berechnung aufgebaut. Hierbei wurde allerdings versehentlich bei RE statt 150W ein 15W Widerstand eingebaut, was erst beim Messen von AU bemerkt wurde.
2. Um IC zu senken wurde für RC eine Serienschaltung zweier 560W Widerstände verwendet. Dies bewirkte keine nennenswerte Änderung.
3. Um UBE2 und damit die gegenüber V1 zu große Aussteuerung zu reduzieren, wurden zu R2 100W parallelgeschaltet, es ergab sich jedoch keine Änderung.
4. Deshalb wurde R2 auf 1,2kW erhöht.
5. R1 wurde von 8,2kW auf 22kW erhöht, um die Spannung an R2/R3 zu und somit die Austeuerung sowie IC und URC zu senken.
6. Mit einer Serienschaltung von 8,2kW
und 11kW//11kW
und einem Potentiometer (4,5kW
nach Messung) wurde URC auf 6V geregelt.
Nach dieser Einstellung stimmte der Arbeitspunkt, auch die Spannung an RE
zeigte, daß dort 10mA flossen.
2.3 Messung der Spannungsverstärkung
Beim Oszilloskop wurde ohne AC-Stellung gemessen, der Ausgangskondensator wurde nicht eingebaut. Bei dem Frequenzgenerator wurde kein DC-Anteil eingestellt, der Innenwiderstand betrug 50W.
Die Spannung des Frequenzgenerators wurde auf Null gestellt (f = 100kHz) und hochgeregelt. Ab Uess=2,5V wurden am Ausgang deutliche Signalverzerrungen erkennbar, so daß für die Messung weniger als ¼ dieser Spannung, hier 100mV verwendet wurden, welche im Verlauf der Messung immer konstant gehalten wurde.
Die Phase wurde mit der unkalibrierten Zeitablenkungseinstellung des Oszilloskops gemessen. Es wurde kein Lastwiderstand verwendet.
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f [Hz] |
Cin [F] |
Uess [mV] |
Uass [mV] |
j |
errechnetes Au[1] |
Au[dB] |
|
1k |
220p |
5 |
90 |
0,05 |
-26 |
|
|
10k |
220p |
50 |
90 |
0,5 |
-6 |
|
|
100k |
220p |
100 |
420 |
90 |
4,2 |
12,5 |
|
100k |
68n |
geregelt |
3000 |
-- |
30 |
29,5 |
|
100k |
220n |
3000 |
-- |
30 |
29,5 |
|
|
500k |
220p |
1200 |
140 |
12 |
21,6 |
|
|
1M |
220p |
1400 |
180 |
14 |
23 |
Pos. j: Ausgangsspannung nacheilend.
Cin lt. Berechnung 220pF
Bode-Diagramm:
Bodediagramm
3 Interpretation der Meßergebnisse
3.1 Arbeitspunkteinstellung
Die Arbeitspunkteinstellung ist nicht mehr so einfach wie bei einer einstufigen Transistorschaltung. Aufgrund des falsch eingebauten RE mußten einige andere Widerstände ersetzt werden.
3.2 Spannungsverstärkung
Die Spannungsverstärkung zeigt ein deutliches Hochpaßverhalten, welches durch den Eingangsspannungsteiler aus Cin und R3 entsteht. Daß bei der angenommenen Grenzfrequenz von 100kHz nicht ganz der angestrebte Wert für AU von 8 erreicht wird, liegt sicherlich an den Bauteiltoleranzen sowie der leichten Veränderung durch den Querstrom sowie innere Hochpässe/Tiefpässe.
