Diode I U R = R U I = P U I = ⋅ P R = −
Diode I U R = R U I = P U I = ⋅ P R = −
Diode I U R = R U I = P U I = ⋅ P R = −
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<strong>Diode</strong><br />
Schaltzeichen:<br />
k a<br />
<strong>Diode</strong>n Kennlinie / Grenzwerte:<br />
IR<br />
V<br />
5 V<br />
Sperrbereich<br />
IF<br />
mA<br />
Durchlassbereich<br />
IR<br />
µA<br />
0.6 V<br />
UF<br />
V<br />
UR<br />
URM<br />
IF<br />
IFM<br />
PTOT<br />
TJ<br />
TU<br />
N P<br />
= maximale Sperrspannung<br />
= maximale Spitzensperrspannung<br />
= maximaler Durchlasstrom<br />
= maximaler Spitzendurchlasstrom<br />
= Verlustleistung<br />
= maximale Sperrschichttemp. („Junction- Temp.“)<br />
= Umgebungstemperatur<br />
Wird eine <strong>Diode</strong> nicht mit sinusförmiger, sondern mit einer rechteckförmigen Betriebsspannung<br />
betrieben, so muss die zulässige Impulsbelastbarkeit beachtet werden.<br />
Temperaturverhalten:<br />
Mit steigender Temperatur nimmt der Sperrrstrom stark zu.<br />
Mit steigender Temperatur wird der Durchlasswiderstand geringer.<br />
Statischer Durchlasswiderstand:<br />
U<br />
R F =<br />
I<br />
F<br />
F<br />
RF<br />
UF<br />
IF<br />
= Stat. Durchlasswid. in Ω<br />
= Durchlasspannung in V<br />
= Durchlasstrom in A<br />
Der statische Durchlasswiderstand ist der Gleichstromwiderstand einer <strong>Diode</strong>. Er ist nicht konstant und<br />
hängt vom gewählten Arbeitspunkt ab.<br />
Dynamischer Durchlasswiderstand:<br />
r<br />
D<br />
= r<br />
F<br />
∆U<br />
=<br />
∆I<br />
Sperrwiderstand:<br />
R<br />
R<br />
U<br />
=<br />
I<br />
R<br />
R<br />
Verlustleistung:<br />
PV = UF <strong>⋅</strong> IF<br />
P<br />
V<br />
υ j <strong>−</strong> υ U<br />
=<br />
R<br />
thJU<br />
F<br />
F<br />
rF<br />
∆UF<br />
∆IF<br />
RR<br />
UR<br />
IR<br />
PV<br />
UF<br />
υj<br />
υU<br />
RthJU<br />
= Dyn. Durchlasswid. in Ω<br />
= Spannungsänderung in V<br />
= Stromänderung in A<br />
= Sperrwiderstand in Ω<br />
= Spannung in Sperrichtung in V<br />
= Strom in Sperrichtung in A<br />
= Verlustleistung in W<br />
= Spannung in Durchlassrichtung in V<br />
= Sperrschichttemperatur in °C<br />
= Umgebungstemperatur in °C<br />
= Wärmewiderstand zwischen Sperrschicht und Umgebung<br />
Seite 1
Z-<strong>Diode</strong><br />
Schaltzeichen:<br />
Allgemeines:<br />
k a<br />
Z-<strong>Diode</strong>n werden in Sperrichtung beim Erreichen<br />
der Zenerspannung niederohmig.<br />
Im Durchlassbereich verhalten sie sich wie<br />
normale Si-<strong>Diode</strong>n.<br />
Der niederohmige Zustand in Sperrichtung<br />
wird durch zwei Effekte hervorgerufen, durch<br />
den Zenereffekt und durch den Lawineneffekt.<br />
Der Arbeitsbereich einer Z–<strong>Diode</strong> verläuft<br />
zwischen IZmin und IZmax. Eine Z – <strong>Diode</strong> stabilisiert<br />
um so besser, je steiler die Kennlinie im<br />
Arbeitsberich verläuft.<br />
U Z/V<br />
5<br />
Z-<strong>Diode</strong>n Kennlinien:<br />
3<br />
Z - Bereich<br />
I F/mA<br />
80<br />
70<br />
60<br />
50<br />
40<br />
30<br />
20<br />
10<br />
50<br />
100<br />
I Z/mA<br />
Durchlassbereich<br />
Zenereffekt:<br />
Die Sperrspannung verursacht ein elektrisches Feld in der Sperrschicht. Mit steigender Sperrspannung<br />
wird die Feldstärke des elektrischen Feldes immer grösser. Das elektrische Feld übt Kräfte auf die in<br />
den Kristallbindungen befindlichen Elektronen aus. Wird die Feldstärke zu gross, können sich viele in<br />
ihren Bindungen nicht mehr halten. Sie werden aus den Bindungen herausgerissen und stehen jetzt als<br />
freie Elektronen der Bildung eines Stromes zur Verfügung. Die Sperrschicht enthält freie Ladungsträger.<br />
Es gibt Z-<strong>Diode</strong>n mit Zenerspannungen von 2V bis 600V.<br />
Lawineneffekt:<br />
Die durch den Zenereffekt freigemachten Elektronen werden durch das elektrische Feld stark beschleunigt.<br />
Sie bekommen eine grosse Energie und schlagen andere Elektronen aus ihren Bindungen. Die<br />
Sperrschicht ist jetzt mit freien Ladungsträgern überschwemmt.<br />
Sperrbereich, Knickbereich, Durchbruchbereich:<br />
Die Kennlinie einer Z-<strong>Diode</strong> in Sperrichtung besteht aus dem Sperrbereich, dem Knickbereich und dem<br />
Durchbruchbereich. <strong>Diode</strong>n mit höherer Zenerspannung besitzen einen kleineren Knickbereich. Aus<br />
dem Anstieg der Durchbruchskennlinie erhält man den differenziellen Widerstand rZ:<br />
r<br />
Z<br />
UZ<br />
=<br />
IZ<br />
∆<br />
∆<br />
∆UZ<br />
∆IZ<br />
Das Temperaturverhalten von Z-<strong>Diode</strong>n:<br />
rZ<br />
= Spannungsänderung<br />
= Stromänderung<br />
= differentieller Widerstand<br />
UZ < 6V: Z-<strong>Diode</strong>n haben einen neg. Temp.koeffizienten (UZ wird kleiner bei Temperaturanstieg)<br />
UZ > 6V: Z-<strong>Diode</strong>n haben einen pos. Temp.koeffizienten (UZ wird grösser bei Temperaturanstieg)<br />
Stabilisierungsfaktor:<br />
∆UE*<br />
UZ<br />
⎛ Rvor<br />
⎞ UZ<br />
S = = ⎜1<br />
+ ⎟<br />
∆UZ*<br />
UE<br />
⎝ rZ<br />
⎠ UE<br />
Z-Spannung bei Temperaturerhöhung:<br />
S = Spannungsstabilisierungsfaktor<br />
∆UE = Eingangsspannungs-Änderung<br />
= Z-Spannung bei höheren Temperaturen als bei 25 °C<br />
UZwarm = UZ25 <strong>⋅</strong> ( 1 + TKuz<strong>⋅</strong>∆ T)<br />
= Nennspannung der Z-<strong>Diode</strong> bei 25°C<br />
= Temperaturbeiwert Z-<strong>Diode</strong> in 1/K<br />
= Temperaturerhöhung in K<br />
Dimensionierung des Vorwiderstandes:<br />
R<br />
R<br />
vor<br />
UE<br />
<strong>−</strong>UZ<br />
UE<br />
<strong>−</strong>UZ<br />
= =<br />
IZ<br />
+ IL<br />
IZ<br />
max<br />
vorMax<br />
U min <strong>−</strong> U<br />
=<br />
I + I<br />
E Z<br />
Zmin Lmax<br />
Uzwarm<br />
UZ25<br />
TKuz<br />
∆T<br />
Rvor<br />
UE<br />
UZ<br />
IZ<br />
IL<br />
= Vorwiderstand<br />
= unstabiliserte Eingangsspannung<br />
= Zenerspannung<br />
= Strom der Z-<strong>Diode</strong><br />
= Laststrom<br />
1<br />
I Zmin<br />
I Zmax<br />
Seite 2<br />
U F/V
Z-<strong>Diode</strong><br />
R<br />
vorMin<br />
U max <strong>−</strong> U<br />
=<br />
I + I<br />
E Z<br />
Zmax Lmin<br />
( )<br />
PRvor = UE<strong>−</strong>UZ<strong>⋅</strong>IZmax Verlustleistung:<br />
P<br />
tot<br />
ϑj<strong>−</strong>ϑ u<br />
=<br />
RthJU<br />
PV = U Z <strong>⋅</strong>IZ ≤ Ptot<br />
Lichtemittierende <strong>Diode</strong>n (LED):<br />
PRvor<br />
RvorMax<br />
UEmin<br />
IZmax<br />
ILmin<br />
ϑj<br />
ϑu<br />
RthJU<br />
= Leistung am Rvor<br />
= maximaler Vorwiderstand<br />
= minimale Eingangsspannung<br />
= maximaler Zenerstrom<br />
= minimaler Laststrom<br />
= Sperrschichttemperatur in °C<br />
= Umgebungstemperatur in °C<br />
= Wärmewid. zwischen Sperrschicht und Umgebung<br />
Die lichtemitierende <strong>Diode</strong> ist, wie alle <strong>Diode</strong>n, aus einer p- und einer n-Schicht aufgebaut. Die Wellenlänge<br />
und damit auch die Farbe des abgestrahlten Lichts hängt von der Art des verwendeten Halbleitermaterials ab.<br />
Die verschiedenfarbigen Led’s müssen mit verschiedenen Spannungen angesteuert werden. (gn = ca. 1.8V,<br />
ge = ca. 1.6V, rt = ca. 1.5V, bl = ca. 2.5V).<br />
Eine LED emittiert (sendet aus) optische Strahlung im Durchlassbereich. Die Strahlung kann im sichtbaren,<br />
oder im IR -Bereich liegen! Sperrspannug bei ca. 5V. XX = Farbangabe z.B bl.<br />
Fotodiode:<br />
Die Sperrschicht einer Fotodiode ist dem Licht zugänglich. Wenn auf die Sperrschicht kein Licht kommt,<br />
fliesst durch die pn -Sperrschicht wie bei einer normanlen <strong>Diode</strong> ein Sperrstrom. Trifft Licht auf die Sperrschicht,<br />
fliesst ein zusätlicher Fotostrom. Fotodioden werden meist in Sperrichtung betrieben.<br />
Der Sperrstrom (= Fotostrom) nimmt linear zur Stärke der Beleuchtung zu.<br />
Kapazitätsdiode (Varicap):<br />
Jeder in Sperrichtung betriebene pn-Übergang hat eine Sperrschicht- Kapazität. Bei den Kapazitätsdioden<br />
wird diese Sperrschichtkapazität als spezielle Eigenschaft ausgenutzt. Kapazitätsdioden werden in Sperrichtung<br />
betrieben. Die Bereite der Sperrschicht kann durch die Grösse der Spannung variiert werden ⇒ Kapazitätsänderung.<br />
Schottky-<strong>Diode</strong>n:<br />
Die Schottky - <strong>Diode</strong> hat kein p-Silizium sondern eine auf dem n-Silizium liegende Metall- elektrode. Dazwischen<br />
befindet sich die Raumladungszonde. Die Schottky-<strong>Diode</strong>n schalten sehr schnell und haben eine<br />
sehr kleine Schleusenspannung (< 0.4V) ⇒ Man hat kleine Verlustleistungen.<br />
XX<br />
Seite 3
Spannungsstabilisierung<br />
Spannungsstabilisierung (IL konstant, UE veränderlich):<br />
U E<br />
I<br />
U RV<br />
U Z<br />
R V<br />
I Z<br />
U A<br />
I L<br />
Unterhalb der Z–Spannung steigt die Ausgangsspannung<br />
Proporional zur Eingangsspannung an. Erreicht UE UZ, so<br />
steigt UA nicht mehr an. Wird UE noch grösser, dann wird IZ<br />
grösser. Die Stromaufnahme ist unabhängig von RL. IL und<br />
IZ halten sich die Wage.<br />
Max. Verlustleistung der Z – <strong>Diode</strong> (bei UEmax)<br />
P = U <strong>⋅</strong> I<br />
V max Z Z max<br />
PV = U Z <strong>⋅</strong> I Z<br />
Spannungsstabilisierung (UF konstant, IL veränderlich):<br />
U E<br />
I<br />
U RV<br />
U Z<br />
R V<br />
I Z<br />
U A<br />
I L<br />
R L<br />
R L<br />
UZ<br />
IZ<br />
PVmax<br />
PV<br />
UZ<br />
IZ<br />
Die Eingangsspannung UE teilt sich in URV und UZ auf.<br />
Der fliessende Gesamtstrom I in IZ und IL. Die Ströme IZ<br />
und IL verhalten sich wie eine Waage.<br />
Damit die Z–<strong>Diode</strong> nicht überlastet wird:<br />
I ≥ I + I<br />
Z max Z min L max<br />
Max. Verlustleistung der Z–<strong>Diode</strong> (bei RL = ∞)<br />
( )<br />
P = U <strong>⋅</strong> I + I<br />
V max Z Zmin Lmax<br />
UZ<br />
IZ<br />
IL<br />
PV<br />
U Z in V<br />
Ptot<br />
U E<br />
URV UA = UZ + UE U -<br />
E U + E UZ - UZ A1<br />
A2<br />
A0<br />
Rvmin<br />
R v =const<br />
I Z in mA<br />
= Zenerspannung in V<br />
= Zenerstrom in A<br />
= Max. Verlustleistung in W<br />
= Verlustleistung in W<br />
= Spannung der Z–<strong>Diode</strong> in V<br />
= Strom der Z–<strong>Diode</strong> in A<br />
UZ in V<br />
UE<br />
U RV<br />
Ptot<br />
Rv<br />
U E<br />
A1<br />
U A = U Z<br />
A2<br />
U Z<br />
I Z in mA<br />
= Spannung der Z–<strong>Diode</strong> in V<br />
= Strom der Z–<strong>Diode</strong> in A<br />
= Laststrom der Z–<strong>Diode</strong> in A<br />
= Verlustleistung in W<br />
I Zmin<br />
I Zmax<br />
I ZMIN<br />
IL<br />
I ZMAX<br />
IZ<br />
IL<br />
IL<br />
Iges.<br />
Seite 4
Einweggleichrichterschaltung<br />
Mit ohmscher Belastung:<br />
Bei einer Einweg-Gleichrichterschaltung mit ohmscher Last entspricht der Verlauf der Ausgangspannung<br />
UA dem Verlauf des Stromes I.<br />
UA = I*RL<br />
I<br />
UE RL<br />
UA<br />
Gleichspannungsanteit<br />
Gleichstromanteil:<br />
Welligkeitsspannung:<br />
Welligkeit:<br />
Up Ueff<br />
U _ = =<br />
π 222 .<br />
Ip<br />
I _ =<br />
π<br />
U = 121 .. * U_ = 054 . * U<br />
W eff<br />
w Uw<br />
= = 121 .<br />
U _<br />
Mit kapazitiver Belastung und Stromentnahme:<br />
U E<br />
U A<br />
Ohne RL: UA = ÛE = U_<br />
ID<br />
IC<br />
C L<br />
Mit RL: Keine rein kapazitive Belastung, untenstehende Formeln verwenden.<br />
Während des Entladezeitraumes:<br />
iC = iL<br />
Stromflusswinkel oder Ladewinkel α immer zwischen 60° und 90°.<br />
Der Laststrom IL ist proportional der Spannung UA.<br />
Ueff ≈ 09 . * U_<br />
Ieff ≈ 25 .* I_= ID<br />
15 .* I _<br />
UW<br />
≈<br />
ωg*<br />
CL<br />
Ueff<br />
*cosα<br />
U _ =<br />
2<br />
071 .<br />
U_<br />
ID<br />
Uw<br />
ωg<br />
α<br />
IL<br />
R L<br />
U<br />
U E<br />
U A<br />
U E<br />
UE<br />
T Lad<br />
T Ent<br />
U A<br />
U A<br />
U_<br />
α α t<br />
t<br />
T Lad<br />
Während des Ladezeitraumes:<br />
iD = iC+iL<br />
= Gleichspannungsanteil der Ausgangspannung<br />
= Effektivwert des <strong>Diode</strong>nstromes<br />
= Welligkeitsspannung / Effektivwert<br />
= Kreisfrequenz der Grundschwingung<br />
= Stromflusswinkel<br />
Seite 5
Brückengleichrichterschaltung / Grätz<br />
Mit ohmscher Belastung:<br />
UE<br />
Gleichspannungsanteil:<br />
Gleichstromanteil:<br />
Welligkeitsspannung:<br />
Welligkeit:<br />
RL<br />
UA<br />
Pos. Halbwelle<br />
Neg. Halbwelle<br />
Up U<br />
U<br />
Ip<br />
I<br />
I<br />
U U U<br />
w U<br />
2 *<br />
eff<br />
_ = =<br />
π 222 .<br />
_ = = 064 . * eff<br />
π<br />
= 0. 485* _ = 0. 437 *<br />
W<br />
= = 0483 .<br />
U _<br />
w eff<br />
Mit kapazitiver Belastung und Stromentnahme:<br />
Für die Gleichrichterschaltungen mit nicht rein kapazitiver Belastung werden für einen<br />
mittleren Stromflusswinkel folgende Gleichungen angegeben:<br />
Ueff ≈ 085 . * U_<br />
Ieff ≈ 175 . * I_<br />
ID≈124 . * I_<br />
12 . * I _<br />
UW<br />
≈<br />
ω * g<br />
U_ = Gleichspannungsanteil der Ausgangspannung<br />
I_ = Gleichstromanteil des Ausgangsstromes<br />
ID = Effektivwert des <strong>Diode</strong>nstromes<br />
U<br />
UE<br />
ωg = Kreisfrequenz der Grundschwingung<br />
Der Gleichspannungsanteil der Ausgangsspannung kann für alle drei Gleichrichterschaltungen nach der<br />
folgenden Formel verwendet werden:<br />
U _ =<br />
Ueff<br />
*cosα<br />
2<br />
071 .<br />
α = Stromflusswinkel<br />
UA<br />
t<br />
U_<br />
Seite 6
Delonschaltung / Villardschaltung<br />
Delonschaltung:<br />
U E<br />
I ≈ <strong>⋅</strong>I<br />
14 .<br />
gl<br />
U 1<br />
U = 2<strong>⋅</strong> 2<strong>⋅</strong><br />
U<br />
U<br />
2 1<br />
Breff<br />
I<br />
04 . <strong>⋅</strong> I<br />
=<br />
C<strong>⋅</strong>f f = 2 <strong>⋅</strong> f<br />
Br Netz<br />
gl<br />
Br<br />
Villardschaltung:<br />
U E<br />
Igl ≈05 . <strong>⋅</strong>I<br />
2<br />
C 1<br />
U = n<strong>⋅</strong><br />
2 <strong>⋅</strong>U<br />
D 1<br />
D 2<br />
C 1<br />
C 2<br />
I gl<br />
R L<br />
U 2<br />
U2<br />
U1<br />
Igl<br />
I<br />
CL<br />
UBreff<br />
UBrss<br />
fNetz<br />
fBr<br />
U1 D1 D2 D3 D D 4 5 D6 1<br />
C 2<br />
URM = <strong>⋅</strong> <strong>⋅</strong>U<br />
2 2 1<br />
U<br />
Breff<br />
I<br />
=<br />
f<br />
gl<br />
Br<br />
fBr = fNetz<br />
C 3<br />
C 4<br />
⎛ 1 1 1 ⎞<br />
⎜ + + ... +<br />
⎟<br />
⎝ C1<br />
C2<br />
Cn<br />
⎠<br />
C 5<br />
C 6<br />
- Leerlaufspannung max. <strong>Diode</strong>nspannung<br />
- Brummspannung bei C1 = C2 = C<br />
= Ausgangsgleichspannung<br />
= Effektivwert der Eingangswechselspannung<br />
= Ausgangsgleichstrom<br />
= Effektivwert des Eingangswechselstromes<br />
= Ladekondensator<br />
= Effektivwert der Brummspannung<br />
= Spitzen-Spitzenwert der Brummspannung<br />
= Netzfrequenz<br />
= Frequenz der Brummspannung<br />
R L U2<br />
U2<br />
U1<br />
Igl<br />
I<br />
URM<br />
CL<br />
Ubreff<br />
Ubrss<br />
fNetz<br />
fBr<br />
n<br />
- Leerlaufspannung max. <strong>Diode</strong>nspannung<br />
- Brummspannung.<br />
= Ausgangsgleichspannung<br />
= Effektivwert der Eingangswechselspannung<br />
= Ausgangsgleichstrom<br />
= Effektivwert des Eingangswechselstromes<br />
= max. <strong>Diode</strong>nsperrspannung<br />
= Ladekondensator [ F ]<br />
= Effektivwert der Brummspannung<br />
= Spitzen-Spitzenwert der Brummspannung<br />
= Netzfrequenz<br />
= Frequenz der Brummspannung<br />
= Anzahl <strong>Diode</strong>n<br />
Seite 7
Mittelpunkt-Zweiweg-Gleichrichter / Brummspannung<br />
Mittelpunkt-Zweiweg-Gleichrichterschaltung:<br />
Mit ohmscher Belastung:<br />
U E<br />
U E<br />
U E*<br />
Pos. Halbwelle<br />
Neg. Halbwelle<br />
R L<br />
U A<br />
Für die Mittelpunkt-Zweiweg-Gleichrichterschaltung ergeben sich dieselben Gleichungen wie für die<br />
Brücken-Gleichrichterschaltung (Seite14), wenn als Eingangsspannung UE nur die Spannung zwischen<br />
einem äusseren Punkt der Sekundärwicklung und der Mittelanzapfung angenommen wird.<br />
UE* = 2*UE<br />
Mit kapazitiver Belastung und Stromentnahme:<br />
Gleiche Formeln wie Brücken-Gleichrichterschaltung mit kapazitiver Belastung (Seite 7).<br />
Brummspannung:<br />
Die hinter einem Netzgleichrichter stehende Gleichspannung ist mit einer Wechselspannung überlagert.<br />
Diese Welligkeit nennt man Brummspannung UBr.<br />
U<br />
Br<br />
k I<br />
=<br />
CL<br />
*<br />
I<br />
UBr<br />
CL<br />
k<br />
U<br />
= Laststrom<br />
= Ueff oder Upp der Brummspannung<br />
= Lade- oder Glättungskondensator<br />
= Schaltungskonstante siehe untenstehende Tabelle<br />
Schaltung Einweg Mittelpunkt Brücke Verdoppler Kaskade<br />
für UBreff<br />
k<br />
in s<br />
4.8*10 -3<br />
1.8*10 -3<br />
1.8*10 -3<br />
bei C1 = C2<br />
UBr<br />
=<br />
I<br />
f<br />
für UBrss<br />
k<br />
in s<br />
14*10 -3<br />
7*10 -3<br />
7*10 -3<br />
I<br />
UBr<br />
=<br />
C fBr<br />
04 . *<br />
*<br />
Diese Faktoren gelten nur für 50 Hz Netzfrequenz!<br />
Theoretisch ist die Grösse des Ladekondensators unbegrenzt. In der Praxis darf eine bestimmte Grösse<br />
nicht überschritten werden, um den Gleichrichter nicht zu zerstören. Die Grösse des zulässigen Ladekondensators<br />
ist aus den Datenblättern für Gleichrichter zu entnehmen.<br />
U E<br />
U A<br />
Br<br />
t<br />
U_<br />
Seite 8
Transistor<br />
Symbole und Bezeichnung:<br />
B<br />
N P N<br />
UBE = 0.7V<br />
C<br />
E<br />
UCE = 0.2V<br />
B<br />
B: Basis<br />
C: Kollektor<br />
E: Emitter<br />
Statisches Kennwerte:<br />
n<br />
p<br />
C<br />
n<br />
E<br />
B<br />
C<br />
E<br />
P N P<br />
B<br />
UEB = 0.7V<br />
C<br />
E<br />
UEC = 0.2V<br />
Der Bipolar-Transistor ist ein stromgesteuertes<br />
Bauelemnt und hat einen<br />
positiven Temperaturkoeffizienten.<br />
Statische Kennwerte geben Auskunft über das Gleichstromverhalten eines Transistors:<br />
B = hFE<br />
=<br />
I<br />
I<br />
U <strong>−</strong><br />
C<br />
B<br />
CE = UBE<br />
UBC<br />
P = = U *<br />
f *<br />
T = β fG<br />
CE * IC<br />
+ UBE<br />
IB<br />
Dynamische Kennwerte: => Tangente<br />
B<br />
IC<br />
IB<br />
UCE<br />
UBE<br />
UBC<br />
P=<br />
UCE<br />
IC<br />
UBE<br />
IB<br />
fT<br />
b<br />
fG<br />
= Gleichstromverstärkung<br />
= Kollektorstrom in A<br />
= Basisstrom in A<br />
= Spannung Kollektor- Emitter in V<br />
= Spannung Basis- Emitter in V<br />
= Spannung Basis- Kollektor in V<br />
= Gleichstromleistung in W<br />
= Spannung Kollektor- Emitter in V<br />
= Kollektorstrom in A<br />
= Spannung Basis- Emitter in V<br />
= Basisstrom in A<br />
= Transitfrequenz in Hz<br />
= Stromverstärkung<br />
= Grenzfrequenz in Hz<br />
Die dynamischen Kennwerte eines Transistros gelten nur für einen bestimmten Arbeitspunkt und eine<br />
bestimmte Frequenz. Die Kenngrössen für einen bestimmten Arbeitspunkt lassen sich aus den Kennlinien<br />
ermitteln.<br />
B<br />
C<br />
p<br />
n<br />
p<br />
E<br />
B<br />
C<br />
E<br />
Seite 9
Transistor<br />
r<br />
BE = h11<br />
e<br />
∆U<br />
=<br />
∆I<br />
Bei UCE = konstant<br />
β<br />
= h21e<br />
∆I<br />
=<br />
∆I<br />
Bei UCE = konstant<br />
r<br />
1<br />
h<br />
CE =<br />
22e<br />
Bei IR = konstant<br />
D<br />
U = h12<br />
e<br />
Bei IR = konstant<br />
Kennlinien:<br />
C<br />
B<br />
BE<br />
B<br />
∆U<br />
=<br />
∆I<br />
∆U<br />
=<br />
∆U<br />
CE<br />
C<br />
BE<br />
CE<br />
IC UCE<br />
rCE<br />
=<br />
IB<br />
Sättigungsbereich<br />
∆<br />
Stromverstärkungskennlinien Ausgangskennlinien<br />
∆<br />
IC<br />
B =<br />
IB<br />
I B<br />
r<br />
BE<br />
U<br />
=<br />
I<br />
∆<br />
∆<br />
Eingangskennlinien<br />
Grenzwerte:<br />
β= ∆IC<br />
∆IB<br />
BE<br />
B<br />
U BE<br />
D<br />
U<br />
U<br />
=<br />
U<br />
∆<br />
∆<br />
BE<br />
CE<br />
rBE<br />
∆UB<br />
∆IB<br />
β<br />
∆IC<br />
∆IB<br />
rCE<br />
∆UCE<br />
∆IC<br />
DU<br />
∆UBE<br />
∆UCE<br />
I B = 50 µA<br />
I B = 40 µA<br />
I B = 30 µA<br />
I B = 20 µA<br />
Spannungsrückwirkung<br />
= Eingangswiderstand in Ω<br />
= Basisspg.änderung in V<br />
= Basisstromänderung in A<br />
= Stromverstärkung<br />
= Kollektorstromänderung in A<br />
= Basisstromänderung in A<br />
U CE<br />
= Ausgangswiderstand in Ω<br />
= Kollektor-Emitterspg.änderung in V<br />
= Kollektorstromänderung in A<br />
= Spannungsrückwirkung<br />
= Basis-Emitterspg.änderung in V<br />
= Kollektor-Emitterspg.änderung in V<br />
Ausgangskennlinie (1. Quadrant):<br />
Der Zusammenhang I C = f (UCE) bei IB = konstant wird<br />
als Ausgangskennlinie(n) des Transistors bezeichnet.<br />
Sie zeigen, dass der Kollektorstrom fast nur vom Basisstrom<br />
bestimmt wird.<br />
Stromsteuerkennlinie (2. Quadrant):<br />
Der Zusammenhang I C = f(I B) bei U CE = Konstant wird<br />
als Stromsteuerkennlinie bezeichnet.<br />
Eingangskennlinie (3. Quadrant):<br />
Der Zusammenhang I B = f (UBE) bei UCE = konstant<br />
wird als Eingangskennlinie des Transistors bezeichnet.<br />
Sie verläuft wie bei einer Siliziumdiode.<br />
Spannungsrückwirkung (4. Quadrant):<br />
Diese Rückwirkung ist unerwünscht. Je flacher die<br />
Kurve, desto besser.<br />
Beim Überschreiten dieser Grenzwerte kann der Transistor zerstört werden. Die wichtigsten werden<br />
vom Hersteller angegeben.<br />
I max<br />
I C<br />
P tot<br />
SOA<br />
U max<br />
U CE<br />
Der sichere Arbeitsbereich (Safe Operating Area) ist<br />
der Bereich, in dem der Transistor betrieben werden<br />
darf, ohne dass er zerstört wird. Er wird begrenzt durch<br />
ICmax, UCEmax und PVmax. Diese Werte sind Grenzwerte<br />
und dürfen nicht überschritten werden!<br />
Seite 10
Transistor-Grundschaltungen<br />
U1<br />
r<br />
r<br />
C1<br />
Emitterschaltung Kollektorschaltung Basisschaltung<br />
R1<br />
1 BE<br />
¦¦ 1 ¦¦<br />
= r<br />
≈ r<br />
RC<br />
C2<br />
R2 RE CE<br />
R<br />
R<br />
1 BE<br />
ohne CE<br />
r1 = rBE<br />
+ β * RE)<br />
¦¦ R1<br />
¦¦<br />
2 C ¦¦ CE<br />
r<br />
( R<br />
= R r<br />
r 2 ≈ RC<br />
β r<br />
Vu<br />
= *<br />
rBE<br />
r<br />
β * RC<br />
Vu<br />
≈<br />
rBE<br />
ohne CE:<br />
CE<br />
CE<br />
VU ≈<br />
2<br />
* R<br />
+ R<br />
R<br />
R<br />
C<br />
E<br />
C<br />
C<br />
U2<br />
2<br />
U1<br />
C1<br />
R1<br />
C2<br />
R E U2<br />
r1 = rBE<br />
+ β * RE)<br />
¦¦<br />
( R<br />
rBE<br />
+ Ri<br />
r 2 = ¦¦ R<br />
β<br />
V<br />
V<br />
u<br />
u<br />
β * RE<br />
=<br />
β * RE<br />
+ r<br />
≈ 1<br />
BE<br />
E<br />
1<br />
U1<br />
C1<br />
R2<br />
rBE<br />
r 1 = ¦¦ R<br />
β<br />
r<br />
r<br />
V<br />
V<br />
2 = C ¦¦<br />
2<br />
u<br />
u<br />
R<br />
≈ R<br />
C<br />
r<br />
R1<br />
RE<br />
E<br />
CE<br />
β r<br />
= *<br />
rBE<br />
r<br />
β * RC<br />
≈<br />
rBE<br />
CE<br />
CE<br />
* R<br />
+ R<br />
β * rCE<br />
Vi<br />
=<br />
RC<br />
+ rCE<br />
rCE(<br />
1+<br />
β )<br />
Vi<br />
=<br />
RE<br />
+ rCE<br />
β<br />
Vi<br />
=<br />
1+<br />
β<br />
Vi<br />
≈ β<br />
Vi<br />
≈ β<br />
Vi<br />
≈ 1<br />
Vp<br />
= Vu<br />
* Vi<br />
V p = Vu<br />
* Vi<br />
Vp<br />
= Vu<br />
* Vi<br />
2 RC<br />
Vp<br />
≈ β *<br />
rBE<br />
Vp<br />
≈ β<br />
Vp<br />
≈ Vu<br />
ϕ = 180°<br />
ϕ = 0°<br />
ϕ = 0°<br />
Standartschaltungen für NF- Impedanzwandler NF- HF-Verstärker besonders bei<br />
und HF-Schaltungen<br />
Eingangstufen<br />
f > 100 MHz<br />
Vu, Vi, Vp = gross<br />
Vi, Vp = gross, Vu < 1 Vi = < 1<br />
Vi = Stromverstärkung<br />
Vu = Spannungsverstärkung<br />
Vp = Leistungsverstärkung<br />
r1 = Wechselstrom-Eingangswiderstand<br />
r2 = Wechselstromausgangswiderstand<br />
β = h21e ; rCE = 1/h22e ; rBE = h11e<br />
C<br />
C<br />
C2<br />
RC<br />
U2<br />
Seite 11
Arbeitspunkteinstellung<br />
Vorgehen beim Demissionieren eines Arbeitspunktes:<br />
1.) Speisung definieren:<br />
2.) Transistor auswählen:<br />
3.) Verstärkung definieren:<br />
4.) Arbeitspunkt bestimmen:<br />
5.) Arbeitspunkt einstellen:<br />
21V<br />
BC 141 β ≈ 100<br />
VU = 10<br />
UCE = 10V<br />
RC & RE bestimmen => IC = 100 mA<br />
R1 & R2 berechnen<br />
Name Basisvorwiderstand Basisspannungsteiler Vorwiderstand<br />
Kollektor / Basis<br />
Schaltung<br />
Formel<br />
R1<br />
UBE<br />
UB<br />
<strong>−</strong>U<br />
RC<br />
=<br />
IC<br />
UB<br />
<strong>−</strong>U<br />
R1<br />
=<br />
IB<br />
IC<br />
IB<br />
=<br />
B<br />
Zweck der Winderstanände:<br />
R1; R2:<br />
RC:<br />
RE:<br />
CE<br />
BE<br />
Arbeitspunkteinstellung<br />
I∼U Wandlung<br />
GK-Arbeitspunktstabilisierung<br />
RC<br />
UB<br />
R1<br />
R2<br />
RE<br />
UB<br />
<strong>−</strong>UCE<br />
<strong>−</strong>URE<br />
RC<br />
=<br />
IC<br />
URE<br />
URE<br />
RE<br />
= ≈<br />
IC<br />
+ IB<br />
IC<br />
UB<br />
<strong>−</strong>UBE<br />
<strong>−</strong>URE<br />
R1<br />
=<br />
Iq<br />
+ IB<br />
UBE<br />
+ URE<br />
R2<br />
=<br />
Iq<br />
β<br />
CE<br />
=<br />
2π<br />
* fgu<br />
* ( rBE<br />
+ Ri)<br />
RC<br />
CE<br />
UB<br />
R2<br />
R1<br />
RC<br />
UB<br />
<strong>−</strong> UCE<br />
RC<br />
=<br />
IC<br />
+ IB<br />
+ I<br />
UCE<br />
<strong>−</strong> UBE<br />
R1<br />
=<br />
IB<br />
+ Iq<br />
UBE<br />
R2<br />
=<br />
Iq<br />
Iq<br />
= IB<br />
* q<br />
q<br />
UB<br />
Seite 12
Transistor als Schalter / Verlustleistung<br />
Transistor als Schalter:<br />
P3<br />
I C<br />
P2<br />
P V<br />
P1<br />
R als Last C als Last L als Last<br />
Übersteuerung:<br />
I<br />
ü =<br />
I<br />
B<br />
B0<br />
IB<br />
* β<br />
=<br />
IC<br />
Mit Freilaufdiode<br />
U CE<br />
ü<br />
IB<br />
IB0<br />
Bei Punkt 1 ist die Transistorstrecke CE<br />
hochohmig. (Der Transistor sperrt.) Die<br />
Spannung am Kollektor entspricht ungefähr<br />
der Speise-spannung.<br />
Bei Punkt 2 leitet der Transistor. Die Stromverstärkung<br />
ist "normal", d.h. etwa 100.<br />
Bei Punkt 3 fliesst ein grösserer Strom in die<br />
Basis. Die Spannung UCE erreicht einen Tiefstwert.<br />
Die Stromverstärkung ist minim. Die Kollektordiode<br />
wird in Durchlass-richtung betrieben,<br />
der Transistor wird übersteuert.<br />
= Übersteuerungsfaktor<br />
= tatsächlicher Basisstrom in A<br />
= erforderlicher Basisstrom in A<br />
Im übersteuerten Betrieb werden mehr Ladungsträger in die Basis geführt als für die Sättigung notwendig<br />
sind. Die Basis wird übersteuert. In diesem Fall wird die Verstärkung kleiner.<br />
Schaltzeiten:<br />
100%<br />
90%<br />
10%<br />
ts<br />
taus<br />
Verlustleistung:<br />
tf<br />
td<br />
tein<br />
tr<br />
td<br />
tf<br />
ts<br />
tr<br />
= Delaytime<br />
= Falltime<br />
= Storagetime<br />
= Risetime<br />
Wenn der Transistor sperrt, dann liegt eine grosse Spannung über<br />
ihm. Es fliesst kein Strom. Die Verlustleistung beträgt demnach:<br />
Wenn der Transistor leitet, dann fliesst ein grosser Strom durch ihn, die<br />
Spannung UCE wird aber nie ganz null. Die Verlustleistung beträgt:<br />
Im Moment, wo der Transistor gerade schaltet, ist sowohl eine Spannung<br />
über ihm, als auch ein Strom fliesst. In diesem Moment berechnet sich<br />
die Leistung demzufolge wobei U und I jeweils Höchstwerte sind<br />
P<br />
P<br />
V<br />
V<br />
= U<br />
= U<br />
CE<br />
CE<br />
* IC<br />
= 0<br />
* IC<br />
+ U<br />
BE<br />
* I<br />
P *<br />
V = UCE<br />
* IC<br />
≈ 0.<br />
2V<br />
IC<br />
PV =<br />
U I<br />
*<br />
2 2<br />
B<br />
Seite 13
Schaltzeiten / KIQ / KUQ<br />
Schaltzeiten:<br />
Schalten mit verschiedenen Lasten:<br />
Die Ein- und Ausschaltzeiten eines Transistors können mit<br />
einem Beschleunigungskondensator verkleinert werden:<br />
Spule: Schädlicher Peak beim Ausschalten wegen selbstinduktion => Freilaufdiode<br />
Kondensator: Schädlicher Peak beim einschalten wegen Kurzschluss => kann nicht verhindert werden<br />
Spannungsstabilisierung (KUQ):<br />
R1<br />
RC<br />
Z1 RE RL<br />
U<br />
R<br />
R<br />
L<br />
= U<br />
1 max<br />
1 min<br />
=<br />
Z<br />
=<br />
<strong>−</strong>U<br />
I<br />
I<br />
U<br />
Z min<br />
U<br />
BE<br />
Z max<br />
<strong>−</strong>U<br />
IE<br />
+<br />
B<br />
1 min<br />
Z<br />
<strong>−</strong>U<br />
IE<br />
+<br />
B<br />
1 max<br />
Die Stabilität der Ausgangspannung wird bestimmt durch die Konstanz von UZ und UBE.<br />
Der Vorteil dieser Schaltung:<br />
Es können grössere Leistungen entnommen werden als bei Z-<strong>Diode</strong>n-Stabilisierungen.<br />
Stromstabilisierung (KIQ):<br />
R 1<br />
Z 1<br />
R E<br />
R L<br />
IL<br />
=<br />
I<br />
URE<br />
IE<br />
=<br />
RE<br />
URE<br />
= UZ<br />
<strong>−</strong>U<br />
R<br />
R<br />
1 max<br />
1 min<br />
C<br />
≈ I<br />
E<br />
U<br />
=<br />
IZ<br />
U<br />
=<br />
IZ<br />
min<br />
max<br />
BE<br />
<strong>−</strong>U<br />
IE<br />
+<br />
B<br />
1 min<br />
Z<br />
<strong>−</strong>U<br />
IE<br />
+<br />
B<br />
1 max<br />
max<br />
Z<br />
min<br />
max<br />
Z<br />
min<br />
Seite 14
Fet<br />
Allgemeine Eigenschaften:<br />
- Eine charakteristische Eigenschaft aller FET’s ist ihr sehr hochohmiger Eingangswiderstand. Er<br />
beträgt bei den Sperrschicht-FET’s etwa 10 9 Ω und bei den Mos-FET’s sogar etwa 10 15 Ω<br />
- Die Steuerung des Fet’s erfolgt nahezu Leisutngslos.<br />
Anwendung von Feldeffekttransistoren:<br />
- Einsatz als Schalter<br />
- Audio- Verstärker<br />
- Stromquellen (KIQ)<br />
- Integrierte Schaltungen (IC’s)<br />
Übersicht und Bezeichnungen:<br />
Es gibt sehr unterschiedliche Bauarten von Feldeffekttransistoren.Grundsätzlich werden zwei Gruppen<br />
unterschieden:<br />
- Sperrschicht-FET’s => J-FET’s oder PN-FET’s<br />
- Isolierschicht-FET’s => MOS-FET’s oder IG-FET’s<br />
Temperaturkoeffizient:<br />
Bei steigender Temperatur steigt der Widerstand<br />
Wichtige englische Wörter:<br />
admittance Scheinleitwert gate Tor<br />
ambient Umgebung general purpose allg. Verwendung<br />
breakdown Durchbrung interchangeable austauschbar<br />
cut - off abschneiden junction Sperrschicht<br />
conductance Leitwert limiting begrenzen<br />
channel Kanal maximum ratings Grenzwerte<br />
current Strom peak value Spitzenwert<br />
dissipation Abstrahlung reverse rückwärts<br />
drain Senke, Abfluss source Quelle<br />
depletation Verarmung thershold Schwelle<br />
enhancement Anreicherung transfer Übertragung<br />
feedback Rückwirkung value Wert<br />
forward vorwärts voltage Spannung<br />
Anschlüsse und Bezeichnungen der Feldeffekttransistoren<br />
Bis auf einige Sonderformen haben Feldeffekttransistoren drei Anschlüsse:<br />
S = Source (Quelle) : Hier fliessen die Ladungsträger in den Kanal<br />
(entspricht dem Emitter beim Bipolar-Transistor).<br />
D = Drain (Abluss) : Hier fliessen die Ladungstäger aus dem Kanal heraus<br />
(vergleichbar mit Kollektor).<br />
G = Gate (Tor) : Steueranschluss über dem der Widerstand<br />
(Querschnitt) des Kanals gesteuert wird.<br />
Seite 15
FET Kennlinien / Dynamische Kennwerte<br />
Die Kennlinien und Kennwerte:;<br />
G<br />
-U GS<br />
D<br />
S<br />
I Dmax<br />
A<br />
R GS<br />
I D<br />
U GS<br />
Dynamische Kennwerte:<br />
y<br />
y<br />
r<br />
21<br />
22<br />
DS<br />
R<br />
GS<br />
∆I<br />
= S =<br />
∆U<br />
∆I<br />
=<br />
∆U<br />
1<br />
=<br />
y<br />
22<br />
U<br />
=<br />
I<br />
D<br />
DS<br />
GS<br />
GSS<br />
DS<br />
GS<br />
Die Verlustleistung:<br />
PV = UDS<strong>⋅</strong>ID ≤ Ptot<br />
P<br />
V<br />
ϑ j <strong>−</strong>ϑ<br />
U<br />
=<br />
R<br />
thU<br />
P max<br />
y21<br />
∆ID<br />
U B/2<br />
∆UGS<br />
y22<br />
∆ID<br />
∆UDS<br />
rDS<br />
y22<br />
Abschnürspannung (Kniespannung):<br />
UDS rest = UGS<strong>−</strong> Up<br />
RGS<br />
UGS<br />
IGSS<br />
PV<br />
UDS<br />
ID<br />
Ptot<br />
RthU<br />
ϑj<br />
ϑU<br />
Abschnürgrenze<br />
A<br />
UDSrest<br />
UGS<br />
Up<br />
U B<br />
U DSmax<br />
U GS<br />
U DS<br />
= Widerstandsbereich<br />
= Konstantstrombereich<br />
= Vorwärtssteilheit in S<br />
= Drainstromänderung in A<br />
= Gate-Source-Spannungsänderung in V<br />
= Ausgangsleitwert in S<br />
= Drainstromänderung in A<br />
= Drain-Source-Spannungsänderung in V<br />
= Ausgangswiderstand in in Ω<br />
= Ausgangsleitwert in S<br />
= Eingangswiderstand in Ω<br />
= Gate-Source-Spannung in V<br />
= Gate-Source-Reststrom in A<br />
= Verlustleistung in W<br />
= Drain-Spucespannung in V<br />
= Drainstrom in A<br />
= Totale Verlustleistung in W<br />
= Wärmewiderstand zwischen Kanal und Umgebung in K/W<br />
= höchste Sperrschichttemperatut in °C<br />
= Umgebungstemperatur in °C<br />
= Knie- oder Restspannung in V<br />
= Gate-Source-Spannung in V<br />
= Abschnürspannung in V<br />
Seite 16
Fet-Grundschaltungen<br />
R i<br />
G<br />
r<br />
e<br />
U E<br />
Sourceschaltung Drainschaltung Gateschaltung<br />
C 1<br />
t<br />
R G<br />
1<br />
=<br />
1 1<br />
+<br />
R R<br />
re ≈ RG<br />
r<br />
a<br />
G GS<br />
1<br />
=<br />
1 1<br />
+<br />
R r<br />
ra ≈ RD<br />
unbelastet:<br />
D Ds<br />
r <strong>⋅</strong> R<br />
VU= S<strong>⋅</strong> r + R<br />
VU ≈ S<strong>⋅</strong> RD<br />
belastet:<br />
DS D<br />
DS D<br />
R D<br />
R S<br />
1<br />
VU= S<strong>⋅</strong><br />
1 1 1<br />
+ +<br />
R r R<br />
re<br />
S<br />
RGS<br />
ra<br />
rDS<br />
VU<br />
D DS L<br />
C S<br />
C 2<br />
U A<br />
+U B<br />
t<br />
R i<br />
G<br />
r<br />
r<br />
e<br />
a<br />
r<br />
a<br />
C 1<br />
t<br />
R G<br />
+U B<br />
U E U A<br />
=<br />
( 1 )<br />
R S<br />
C 2<br />
1<br />
1 1<br />
+<br />
+ S<strong>⋅</strong>R <strong>⋅</strong>R<br />
R<br />
1<br />
=<br />
1 1<br />
+<br />
1 RS<br />
S<br />
1<br />
≈<br />
S<br />
unbelastet:<br />
V<br />
U<br />
S<strong>⋅</strong>RS =<br />
1+<br />
S<strong>⋅</strong>R V U ≈ 1<br />
= Wechselstromeingangswiderstand in Ω<br />
= Steilheit in A/V = y21<br />
= Gate - Sourcewiderstand in Ω<br />
= Wechselstromausgangswiderstand in Ω<br />
= Drain-Sourcewiderstand in Ω<br />
= Spannungsverstärkung<br />
S<br />
S GS G<br />
t<br />
R i<br />
G<br />
r<br />
e<br />
U E<br />
C 1<br />
t<br />
R G<br />
R S<br />
1<br />
=<br />
1 1<br />
+<br />
R R + R<br />
ra ≈ RD<br />
VU ≈ S<strong>⋅</strong> RD<br />
G S GS<br />
R D<br />
C G<br />
U A<br />
C 2<br />
+U B<br />
Seite 17<br />
t
Arbeitspunkteinstellung / Spannungsverstärkung<br />
Arbeitspunkteinstellung:<br />
C 1<br />
R G<br />
U GS<br />
U RS<br />
I D<br />
R D<br />
R S<br />
I D<br />
U DS<br />
Spannungsverstärkung:<br />
+ -<br />
V<br />
G<br />
U<br />
- U E -<br />
U GS<br />
U<br />
=<br />
U<br />
∆<br />
∆<br />
DS<br />
GS<br />
-U GS<br />
R <strong>⋅</strong>r<br />
VU= S<strong>⋅</strong> R + r<br />
D DS<br />
R D<br />
D DS<br />
Bei rDS >> RD:<br />
VU = S<strong>⋅</strong> RD<br />
V<br />
U<br />
∆I<br />
<strong>⋅</strong> R<br />
=<br />
∆U<br />
D D<br />
GS<br />
R DS<br />
C S<br />
I D<br />
C 2<br />
+U B<br />
U RD = I D*R D<br />
U DS<br />
R<br />
D<br />
VU<br />
R<br />
U <strong>−</strong> U<br />
=<br />
I<br />
D<br />
B DS<br />
D<br />
U <strong>−</strong>U <strong>−</strong> U<br />
=<br />
I<br />
B DS RS<br />
URS =<strong>−</strong> UGS= RS<strong>⋅</strong> ID<br />
R<br />
C<br />
G<br />
S<br />
05 . V<br />
≈<br />
<strong>−</strong> I<br />
GSS<br />
S<br />
≈<br />
2π <strong>⋅</strong> f<br />
gu<br />
D<br />
1<br />
C1<br />
≈<br />
2π<br />
<strong>⋅</strong> f <strong>⋅</strong>R<br />
∆UDS<br />
∆UGS<br />
S<br />
RD<br />
RDS<br />
∆ID<br />
-<br />
+<br />
U B<br />
gu G<br />
UB = Betriebsspannung<br />
UDS = Drain - Sourcespannung<br />
UGS = Gate - Sourcespannung<br />
URS = Spgsabfall am Sourcewid<br />
ID = Drainstrom<br />
IGSS = Gate - Sourcespitzenreststrom<br />
CS = Sourcekondensator in F<br />
C1 = Koppelkondensator in F<br />
fgu = untere Grenzfrequenz in f<br />
S = y2 = Steilheit in in A/V<br />
A<br />
I D /mA I D/mA<br />
10<br />
9<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
10<br />
9<br />
8<br />
7<br />
6<br />
5<br />
4<br />
3<br />
2<br />
1<br />
Abschnürgerade<br />
U GS=0V<br />
-0.5V<br />
-U /V<br />
U /V<br />
GS DS<br />
0 0<br />
5 4 3 2 1<br />
2 4 6 8 10 12 14 16 18<br />
U GS<br />
t t<br />
= Spannungsverstärkung<br />
= Ausgangswechselspannung<br />
= Eingangswechselspannung<br />
= Vorwärtssteilheit in A/V<br />
U GS<br />
= Arbeitswiderstand in Ω<br />
= Ausgangswiderstand in Ω<br />
= Drainstrom<br />
R D<br />
A<br />
U DS<br />
-1V<br />
-1.5V<br />
-2V<br />
-2.5V<br />
UDS<br />
Seite 18
KIQ mit J-Fet / Power Mos-Fet<br />
Der J-FET als spannungsgesteuerter Widerstand:<br />
U<br />
R<br />
-U GS<br />
A<br />
DS<br />
R V<br />
R<br />
R R U<br />
DS<br />
= <strong>⋅</strong><br />
+<br />
U<br />
=<br />
I<br />
V DS<br />
DS<br />
D<br />
R DS<br />
B<br />
I D<br />
+U B<br />
U Rv<br />
J-FET als Konstantstromquelle:<br />
R<br />
I<br />
GS<br />
D<br />
R DS<br />
R S<br />
+U B<br />
I D<br />
U DS<br />
U RS = - U GS<br />
I L<br />
R L<br />
U GS U<br />
= =<br />
I I<br />
= I<br />
L<br />
D<br />
<strong>−</strong>U<br />
=<br />
R<br />
U RL<br />
GS<br />
Kons tan t<br />
GS<br />
S<br />
U = U + U + U<br />
B<br />
DS<br />
∆U<br />
Ri<br />
≈ k <strong>⋅</strong><br />
∆I<br />
DS<br />
D<br />
RS<br />
RL<br />
U A<br />
UA<br />
RDS<br />
RV<br />
UB<br />
ID<br />
UDS<br />
-U GS<br />
RGS<br />
I D / mA<br />
10<br />
8<br />
6<br />
4<br />
2<br />
Widerstandsbereich<br />
Abschnürgrenze<br />
U GS = 0V<br />
-1V<br />
-2V<br />
-3V<br />
0<br />
0 1 2 3 4 UDS / V<br />
= Spanung über dem FET in V<br />
= regelbarer Drain-Sourcewiderstand in Ω<br />
= Vorwiderstand in Ω<br />
= Speisespannung in V<br />
= Drainstrom in A<br />
= Spannungsabfall über RDS in V<br />
I = Konstant<br />
UGS<br />
ID, IKonstant<br />
Ri<br />
k<br />
Die Wichtigsten Eigenschaften von Power Mos-Fet’s:<br />
I D<br />
R S<br />
U RGS<br />
P max<br />
Abschnürgrenze<br />
R Lmax<br />
URDS UB R Lmin<br />
URLmin URLmax U Bmax<br />
U GS<br />
= Widerstandsbereich<br />
= P Vmax<br />
= Gate-Source-Widerstand in Ω<br />
= Gate-Source-Spannung in V<br />
= Drainstrom, entspricht Konstantstrom in A<br />
= Innenwiderstand der Schaltung in Ω<br />
= Gegenkopplungsfaktor k = 20 bis 100<br />
- Die Gateschwelle ist nicht kompatibel zur 5V Log<br />
- Die Eingangskapazität verursacht Probleme bei hohen Geschwindigkeiten<br />
- Der ON – Widerstand steigt mit der Spannungsfestigkeit.<br />
- Der ON – Widerstand steigt mit der Temperatur.<br />
- Der Power – MOS (allgemein) verträgt keine Überspannung.<br />
- Zwischen Drain und Source ist immer eine <strong>Diode</strong>.<br />
Seite 19
Transistoren Übersicht<br />
B<br />
G<br />
G<br />
G<br />
C<br />
N<br />
P<br />
N<br />
E<br />
B<br />
C<br />
E<br />
D<br />
G P P<br />
N<br />
S<br />
S D G<br />
N N<br />
P<br />
S D G<br />
N N<br />
P<br />
IB<br />
D<br />
S<br />
G<br />
D<br />
S<br />
D<br />
S<br />
Stromverstärkung<br />
∆IC<br />
h21<br />
e = β =<br />
∆IB<br />
Eingangswiderstand<br />
UBE<br />
h11 e = rBE<br />
=<br />
IB<br />
∆<br />
∆<br />
-UGS<br />
ID<br />
-U GS<br />
0V<br />
∆UGS<br />
I D<br />
Transistor<br />
NPN PNP<br />
IC<br />
UBE<br />
Ausgangsleitwert<br />
1 IC<br />
h22e<br />
= =<br />
rCE<br />
UCE<br />
∆<br />
∆<br />
RC<br />
Spannungsrückwirkung<br />
UBE<br />
h12 e = DU<br />
=<br />
UCE<br />
∆<br />
∆<br />
I B = 4 mA<br />
I B = 3 mA<br />
I B = 2 mA<br />
UCE<br />
B<br />
C<br />
P<br />
N<br />
P<br />
E<br />
B<br />
C<br />
E<br />
Stromverstärkung<br />
∆IC<br />
h21<br />
e = β =<br />
∆IB<br />
-IB<br />
Eingangswiderstand<br />
UBE<br />
h11 e = rBE<br />
=<br />
IB<br />
∆<br />
∆<br />
J-FET<br />
N-Kanal P-Kanal<br />
ID<br />
∆ID<br />
∆ID<br />
ID<br />
∆UDS<br />
UDS<br />
UGS = 3V<br />
UGS = 2V<br />
UGS = 1V<br />
G<br />
D<br />
G N N<br />
MOS-FET selbstsperrend<br />
N-Kanal P-Kanal<br />
∆UDS<br />
∆ID<br />
UGS<br />
∆ID<br />
ID<br />
∆UDS<br />
UDS<br />
UGS = 5V<br />
UGS = 4V<br />
UGS = 3V<br />
G<br />
P<br />
S<br />
S D G<br />
P P<br />
MOS-FET selbstleitend<br />
N-Kanal P-Kanal<br />
U GS<br />
∆ID<br />
I D<br />
∆UDS<br />
U DS<br />
UGS = 3V<br />
UGS = 2V<br />
UGS = 1V<br />
G<br />
N<br />
S D G<br />
P P<br />
N<br />
D<br />
S<br />
G<br />
D<br />
S<br />
D<br />
S<br />
-I D<br />
UGS<br />
∆UGS<br />
-I D<br />
∆UDS<br />
∆ID<br />
-U GS<br />
-IC<br />
-ID<br />
-UGS 0V<br />
UGS ∆ID<br />
-UBE<br />
-ID<br />
∆ID<br />
-I D<br />
∆ID<br />
-ID ∆ID<br />
Ausgangsleitwert<br />
1 IC<br />
h22e<br />
= =<br />
rCE<br />
UCE<br />
∆<br />
∆<br />
RC<br />
Spannungsrückwirkung<br />
UBE<br />
h12 e = DU<br />
=<br />
UCE<br />
∆<br />
∆<br />
∆UDS<br />
∆UDS<br />
∆UDS<br />
I B = -4 mA<br />
I B = -3 mA<br />
I B = -2 mA<br />
-UDS<br />
-U DS<br />
UGS = -3V<br />
UGS = -2V<br />
UGS = -1V<br />
UGS = -5V<br />
UGS = -4V<br />
UGS = -3V<br />
UGS = -3V<br />
UGS = -2V<br />
UGS = -1V<br />
-U DS<br />
-UCE<br />
Seite 20
OP-AMP / Leerlaufverstärkung / Grundlagen<br />
Symbol:<br />
2<br />
1<br />
-<br />
+<br />
∆<br />
8<br />
+<br />
3<br />
Interner Aufbau:<br />
Ideale Eigenschaften:<br />
- Unendliche Verstärkung => U1 = 0<br />
- Unendlicher Innenwiderstand => Eingangsstrom = 0<br />
- Ausgangswiderstand = 0 => KUQ<br />
Leerlaufverstärkung (openloop gain):<br />
U N<br />
U PN<br />
U P<br />
-<br />
+<br />
∆<br />
8<br />
+<br />
U a<br />
U = V *( U <strong>−</strong>U<br />
)<br />
a 0 P N<br />
weil UPN = UP - UN gilt:<br />
Ua = V0 * UPN<br />
* ⎛ U<br />
V = ⎜<br />
0 20*<br />
log<br />
⎝U<br />
a<br />
PN<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎠<br />
Ua<br />
V0<br />
V * 0<br />
UP<br />
UN<br />
UPN<br />
open loop<br />
U 2<br />
U1<br />
in dB<br />
mit Gegenkopplung<br />
-3dB<br />
f g<br />
fD<br />
f in Hz<br />
= Ausgangsspannung in V<br />
= Verstärkungsfaktor<br />
= Verstärkungsfaktor in dB<br />
= Spannung am P-Eingang in V<br />
= Spannung am N-Eingang in V<br />
= Differenzspannung in V<br />
Gleichtaktverstärkung (common mode gain) & Gleichtaktunterdrückung (common mode rejection ration):<br />
Verbindet man beide Eingänge, so erfolgt eine gleichphasige Steuerung und man erhält die Gleichtaktverstärkung.<br />
Diese Verstärkung sollte möglichst klein sein.<br />
Die Gleichtaktunterdrückung ist das Verhältnis von Leerlauf-Differenzverstärkung zur Gleichtaktverstärkung.<br />
Diese sollte möglichst gross sein.<br />
V<br />
Gl<br />
*<br />
VCM = V<br />
G = V<br />
CM<br />
U<br />
=<br />
U<br />
2<br />
1CM<br />
⎛U<br />
⎞ 2<br />
= 20*<br />
log ⎜<br />
⎟<br />
⎝ U1<br />
⎠<br />
=<br />
V<br />
0<br />
CMMR<br />
VCM<br />
G = V = V <strong>−</strong>V<br />
* * * *<br />
CMMR 0 CM<br />
Ein- und Ausgangswiderstand:<br />
U<br />
re =<br />
I<br />
r<br />
a<br />
e<br />
e<br />
U<br />
=<br />
I<br />
∆<br />
∆<br />
a<br />
a<br />
re<br />
ra<br />
Ue<br />
Ie<br />
∆Ua<br />
∆Ia<br />
V0<br />
V * 0<br />
VGl = VCM<br />
V * CM<br />
U2<br />
U1<br />
UeCM<br />
G = VCMMR<br />
G * = V * CMMR<br />
= Leerlaufverstärkung<br />
= Leerlaufverstärkung in dB<br />
= Gleichtaktverstärkung<br />
= Gleichtaktverstärkung in dB<br />
= Eingangsspannung in V<br />
= Ausgangsspannung in V<br />
= Änderung der Spg am Eingang in V<br />
= Gleichtaktunterdrückung<br />
= Gleichtaktunterdrückung in dB<br />
= dynamischer Eingangswiderstand in Ω<br />
= dynamischer Ausgangswiderstand in Ω<br />
= Eingangswechselspannung in V<br />
= Eingangswechselstrom in A<br />
= Ausgangsspannungänderung in V<br />
= Ausgangsstromänderung in A<br />
Seite 21
Op-Amp Grundschaltungen<br />
Invertierender Operationsverstärker:<br />
U 1<br />
R 1<br />
R +<br />
-<br />
+<br />
R 2<br />
∆ ∞<br />
U 2<br />
U 2 R2<br />
V =<strong>−</strong> =<strong>−</strong><br />
U 1 R1<br />
fD<br />
fg<br />
=<br />
V<br />
R2<br />
r'1= R1+<br />
≈ R<br />
V 0<br />
ra* V<br />
r'2<br />
=<br />
V 0<br />
Nicht invertierender Operationsverstärker:<br />
U1<br />
+<br />
-<br />
∆ ∞<br />
Differenzverstärker:<br />
R2<br />
R1<br />
U2<br />
R2<br />
U<br />
V = 1+<br />
=<br />
R1<br />
U<br />
V 0 * re<br />
r'1<br />
=<br />
V<br />
ra* V<br />
r'2<br />
=<br />
V 0<br />
2<br />
1<br />
1<br />
V<br />
V0<br />
R1<br />
R2<br />
fD<br />
fg<br />
r’e<br />
r’a<br />
= Verstärkung<br />
= Leerlaufverstärkung<br />
= Vorwiderstand<br />
= Gegenkopplungswiderstand<br />
= Durchtrittsfrequenz, hier ist V = 1 =ˆ 0 dB<br />
= Grenzfrequenz, V ist um 3 dB kleiner<br />
gegenüber der V bei Gleichspannung<br />
= Eingangswiderstand des Op-Amp<br />
= Innenwiderstand<br />
V<br />
R2<br />
R1<br />
V0<br />
r’e<br />
r’a<br />
re<br />
ra<br />
= Verstärkung mit Gegenkopplung<br />
= Gegenkopplungswiderstand<br />
= Eingangsquerwiderstand<br />
= Leerlaufverstärkung<br />
= Eingangswiderstand<br />
= Ausgangswiderstand<br />
= Eingangswiderstand des Op-Amp<br />
= Innenwiderstand<br />
Einen Differenzverstärker, auch Subtrahierer genannt, erhält man, wenn man beide Eingänge<br />
eines Operationsverstärkers getrennt ansteuert:<br />
U 11<br />
U 12<br />
R 1<br />
R 3<br />
R 4<br />
-<br />
+<br />
R 2<br />
∆ ∞<br />
Summierverstärker:<br />
U 2<br />
Uaus = U<br />
R2<br />
V 1 =<br />
R1<br />
* V <strong>−</strong> U * V<br />
R2<br />
1 +<br />
V =<br />
R1<br />
2<br />
R3<br />
1 +<br />
R4<br />
12 2 11 1<br />
U2<br />
U11<br />
U12<br />
V1, V2<br />
R1, R2,<br />
R3, R4<br />
= Ausgangspannung<br />
= Eingangsspannung am<br />
invertierenden Eingang<br />
= Eingangsspannung am nicht<br />
invertierenden Eingang<br />
= Verstärkung<br />
= Beschaltungswiderstände<br />
Mit dem Summierverstärker, auch Addierer genannt, können mehrere Spannungen addiert<br />
werden.<br />
U11 U12 U13 R 11<br />
R 12<br />
R 13<br />
-<br />
+<br />
R 2<br />
∆ ∞<br />
U 2<br />
U<br />
2<br />
R<br />
R U<br />
R<br />
R U<br />
R<br />
R U<br />
2<br />
2<br />
2<br />
= 11 + 12+<br />
... +<br />
11<br />
12<br />
1n<br />
en<br />
U2<br />
U11, U12<br />
R2<br />
R11, R12<br />
= Ausgangspannung<br />
= Eingangspannungen<br />
= Gegenkopplungswiderstand<br />
= Vorwiderstände<br />
Seite 22
Integrierer / Differenzierer<br />
Integrierer:<br />
U1<br />
R1<br />
-<br />
+<br />
C1<br />
∆ ∞<br />
U2<br />
V<br />
V0<br />
1<br />
0<br />
Sinusförmige Ansteuerung:<br />
U 2 XC1<br />
V = <strong>−</strong> =<br />
U 1 R1<br />
V = Verstärkung<br />
1<br />
C1 = Gegenkopplungskondensator<br />
V =<br />
R1 = Vorwiderstand<br />
2π<br />
* R1*<br />
C1<br />
∆U2 = Ausgangsspannungsänderung<br />
bei fD ist V = 1 => R1 = XC1<br />
∆t = Zeitdifferenz<br />
Fehler! Kein gültiges eingebettetes ObfD<br />
= Durchtrittsfrequenz<br />
Rechteckförmige Ansteuerung:<br />
f = Frequenz<br />
T0 = Integrationskonstante<br />
∆U<br />
2<br />
U 1 = <strong>−</strong>R1*<br />
C1<br />
V0 = Leerlaufverstärkung<br />
∆t<br />
T 0 = R1*<br />
C1<br />
Differenzierer: R1<br />
U1<br />
C 1<br />
-<br />
+<br />
∆ ∞<br />
Sinusförmige Ansteuerung:<br />
U 2 R1<br />
V = <strong>−</strong> =<br />
U 1 XC1<br />
1<br />
V =<br />
2π<br />
* R1*<br />
C1<br />
bei fD ist V = 1 => R2 = XC1<br />
1<br />
fD =<br />
2π<br />
* R1*<br />
C1<br />
Rechteckförmige Ansteuerung:<br />
∆U<br />
1<br />
U 2 = <strong>−</strong>R1*<br />
C1<br />
∆t<br />
T 0 = R1*<br />
C1<br />
U 2<br />
V<br />
V0<br />
1<br />
0<br />
fD<br />
V<br />
C1<br />
R1<br />
∆U1<br />
∆t<br />
fD<br />
f<br />
T0<br />
V0<br />
fD<br />
f<br />
= Verstärkung<br />
= Vorkondensator<br />
= Gegenkopplungswiderstand<br />
= Eingangsspannungsänderung<br />
= Zeitdifferenz<br />
= Durchtrittsfrequenz<br />
= Frequenz<br />
= Integrationskonstante<br />
= Leerlaufverstärkung<br />
f<br />
U<br />
U1<br />
U2<br />
-UB<br />
+U1<br />
+U2<br />
-U2<br />
T0<br />
T 0<br />
t<br />
t<br />
t<br />
t<br />
Seite 23
Aktiver Hochpass / Aktiver Tiefpass<br />
Aktiver Hochpass:<br />
Ue<br />
R 1<br />
C 1<br />
U a R<br />
V =<strong>−</strong> =<strong>−</strong><br />
U Z<br />
2<br />
Z<br />
1<br />
=<br />
e<br />
1<br />
1<br />
-<br />
+<br />
( 2 •π• f •C<br />
)<br />
1<br />
R 2<br />
f g<br />
C R<br />
= 1<br />
•π• •<br />
2 1 1<br />
+<br />
( R )<br />
2 2<br />
bei f = 0Hz : XC1 = ∞Ω<br />
R<br />
V =<strong>−</strong><br />
2<br />
X C1<br />
bei f = ∞Hz : XC1 = 0Ω<br />
V<br />
R<br />
R<br />
=<strong>−</strong> 2<br />
1<br />
Aktiver Tiefpass:<br />
U e<br />
R 1<br />
-<br />
+<br />
U a Z<br />
V =<strong>−</strong> =<strong>−</strong><br />
U R<br />
2<br />
Z<br />
2<br />
=<br />
e<br />
1<br />
( R )<br />
1<br />
1<br />
R 2<br />
C 2<br />
( 2 π f C )<br />
2 + • • • 2<br />
2<br />
2<br />
1<br />
f g =<br />
•π•R •C<br />
2 2 2<br />
bei f = 0Hz : XC2 = ∞Ω<br />
R<br />
V =<strong>−</strong><br />
R<br />
2<br />
1<br />
2<br />
Ua<br />
U a<br />
v / dB<br />
ϕ / °<br />
1<br />
-3<br />
-90<br />
-135<br />
-180<br />
-225<br />
-270<br />
v / dB<br />
ϕ / °<br />
V<br />
Ue<br />
Ua<br />
fg<br />
fT<br />
1<br />
-3<br />
180<br />
135<br />
90<br />
0<br />
V<br />
Ue<br />
Ua<br />
fg<br />
fT<br />
f g<br />
= Verstärkung<br />
= Eingangsspannung in V<br />
= Ausgangsspannung in V<br />
= Grenzfrequenz in Hz<br />
= Transitfrequenz in Hz<br />
f g<br />
= Verstärkung<br />
= Eingangsspannung [ V ]<br />
= Ausgangsspannung [ V ]<br />
= Grenzfrequenz [ Hz ]<br />
= Transitfrequenz [ Hz ]<br />
f T<br />
f / Hz<br />
f / Hz<br />
f / Hz<br />
f / Hz<br />
Seite 24
KIQ / KUQ mit Op-Amp /Impedanzwandler / I/U Wandler<br />
Konstantspannungsquelle (KUQ):<br />
KUQ mit nichtinvertierendem Verstärker:<br />
U B<br />
R 3<br />
U Z<br />
R 1<br />
-<br />
+<br />
R 2<br />
∆<br />
8<br />
+<br />
KUQ mit invertierendem Verstärker:<br />
Z1<br />
U B<br />
R3<br />
Uz<br />
R1<br />
-<br />
+<br />
R2<br />
∆<br />
8<br />
Konstantstromquelle (KIQ):<br />
Z1<br />
U B<br />
R1<br />
IL<br />
Uref<br />
Rs<br />
-<br />
+<br />
∆<br />
8<br />
+<br />
Spannungsfolger (Impedanzwandler):<br />
U e<br />
+<br />
I / U Wandler:<br />
I E<br />
-<br />
+<br />
-<br />
R 1<br />
∆<br />
∆<br />
8<br />
8<br />
+<br />
+<br />
+<br />
Ua<br />
RL<br />
U a<br />
IL<br />
U a<br />
RL<br />
U a<br />
R L<br />
Formeln:<br />
⎛ R2<br />
⎞<br />
Ua = UZ<br />
• ⎜1<br />
+ ⎟<br />
⎝ R ⎠<br />
Ua ≥ UZ<br />
U U R<br />
a =<strong>−</strong> Z •<br />
R<br />
2<br />
1<br />
1<br />
Für grössere Ausgangsleistungen kann am Ausgang des<br />
OP’s eine Kollektorstufe als Puffer nachgeschaltet<br />
werden!<br />
I<br />
L<br />
U<br />
=<br />
R<br />
Z<br />
S<br />
Um grosse Lastströme zu erreichen, muss der Ausgang<br />
über einen Transistor ausgekoppelt werden!<br />
V = 1<br />
ϕ = 0 °<br />
re gross =<br />
ra klein =<br />
Ua = <strong>−</strong>IE • R1<br />
Seite 25
Rechteckgenerator<br />
Rechteckgenerator mit Operationsverstärker:<br />
C 1<br />
-<br />
+<br />
R 3<br />
R 1<br />
R 2<br />
Ua<br />
R2<br />
Uaus =<strong>−</strong> Uein= U A+<br />
•<br />
R + R<br />
UH= Uaus + Uein<br />
t = t = <strong>−</strong>R •C •<br />
i p<br />
3 1 ln<br />
2 1<br />
⎛U<br />
+ <strong>−</strong> U<br />
⎜<br />
⎝U<br />
+ U<br />
A aus<br />
A+ aus<br />
R<br />
ti = tp = R •C • +<br />
R<br />
• ⎛<br />
2 ⎞<br />
3 1 ⎜1<br />
⎟<br />
⎝ 1 ⎠<br />
2<br />
ln<br />
weil: ti = t :<br />
p<br />
1<br />
f =<br />
2 • ti Funktion der Elemente:<br />
C und R3:<br />
R1 und R2:<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎠<br />
Uc / V<br />
Ua / V<br />
UA+ Uaus<br />
0<br />
Uein<br />
U A-<br />
tp ti<br />
UA+<br />
Uaus<br />
Uein<br />
UH<br />
ti<br />
tp<br />
U H<br />
t / s<br />
= max. positive Ausgangsspannung in V<br />
= Ausschaltschwelle in V<br />
= Einschaltschwelle in V<br />
= Hysterese in Vpp<br />
= Impulsdauer in s<br />
= Impulspausendauer in s<br />
RC-Glied, bestimmt die Steilheit der Lade und Entladekurve, somit auch die Frequenz des Generators.<br />
Spannungsteiler, bestimmt die Schaltschwellen (Hysterese) und ist somit auch frequenzbestimmend<br />
Rechteckgenerator mit Schmitt-Trigger:<br />
R1<br />
C 1<br />
R 2<br />
UH= Uaus <strong>−</strong> Uein<br />
t = t = t <strong>−</strong>t<br />
i p<br />
2 1<br />
1<br />
Ua<br />
⎡ ⎛ U aus ⎞ ⎛ U<br />
ti = tP<br />
= <strong>−</strong>τ•⎢ln⎜1<strong>−</strong> ⎟ <strong>−</strong>ln⎜1<strong>−</strong> ⎣ ⎝ U a ⎠ ⎝ U<br />
⎛U<br />
t = = <strong>−</strong> • • ⎜<br />
i tP<br />
R1<br />
C1<br />
ln<br />
⎝ U<br />
ein<br />
+ a+<br />
a+<br />
a+<br />
<strong>−</strong>U<br />
<strong>−</strong>U<br />
aus<br />
ein<br />
⎞ ⎤<br />
⎟ ⎥<br />
⎠ ⎦<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎠<br />
Ua / V<br />
Uc / V<br />
UA+ U aus<br />
U ein<br />
0<br />
t1<br />
t2<br />
Ua+<br />
Uaus<br />
Uein<br />
UH<br />
ti<br />
tp<br />
T<br />
t<br />
t p<br />
t i<br />
U H<br />
t / s<br />
= max. pos. Ausgangsspannung in V<br />
= Ausschaltschwelle in V<br />
= Einschaltschwelle in V<br />
= Hysterese in Vpp<br />
= Impulsdauer in s<br />
= Impulspausendauer in s<br />
= Periodendauer in s<br />
= Zeitkonstante in s<br />
weil: ti = t :<br />
p<br />
1 1<br />
f = =<br />
T 2 • ti Funktion der Elemente:<br />
R1 und C1: RC-Glied, bestimmt die Steilheit der Lade- und Entladekurve, somit auch die Frequenz des Generators.<br />
R2: Schutzwiderstand für den C-MOS-Eingang<br />
Seite 26
Astabilerr Multivibrator / Rechteckgenerator<br />
Astabiler Multivibrator:<br />
R 1<br />
R 2<br />
C 1<br />
Vcc<br />
V1 V2<br />
Out V3 V4<br />
Out<br />
R 3<br />
C 2<br />
= <strong>−</strong>τ<br />
• ln(<br />
0.<br />
5)<br />
ti = <strong>−</strong>R3<br />
•C2<br />
• ln(<br />
0.<br />
5)<br />
t =<strong>−</strong>R •C •ln<br />
( . )<br />
t i<br />
p<br />
1 1<br />
f = =<br />
T t + t<br />
2 1 05<br />
i P<br />
⎛ Vcc ⎞<br />
ti<br />
=<strong>−</strong>τ •ln⎜1<strong>−</strong> ⎟<br />
⎝ 2 •Vcc⎠<br />
( )<br />
Vcc <strong>−</strong>UBE •B<br />
R2 = R3<br />
=<br />
ü•I Vcc <strong>−</strong> U<br />
R1 = R4<br />
=<br />
I<br />
ti<br />
g =<br />
T<br />
C<br />
C<br />
CESAT<br />
Rechteckgenerator mit LM555:<br />
R A<br />
R B<br />
C 1<br />
Vcc<br />
R<br />
D<br />
TR<br />
TH<br />
LM555<br />
Out<br />
U = Vcc<strong>−</strong> Vcc<br />
t i<br />
H<br />
2 3<br />
⎛<br />
= <strong>−</strong>τ<br />
• ln⎜1<strong>−</strong><br />
⎝<br />
1<br />
3<br />
2<br />
3<br />
1 3<br />
Vcc ⎞<br />
⎟<br />
Vcc ⎠<br />
( ) ln ( 05 . )<br />
t =<strong>−</strong> R + R •C •<br />
i A B<br />
1<br />
( 05)<br />
t =<strong>−</strong>R •C •ln<br />
.<br />
p B<br />
( )<br />
ln 05 . ≈<strong>−</strong> 0693 .<br />
1 1<br />
f = =<br />
T t + t<br />
1<br />
i p<br />
R 4<br />
Out / V<br />
Uc / V<br />
Vcc<br />
2/3 Vcc<br />
1/3 Vcc<br />
Out / V<br />
Vcc<br />
0.2<br />
Out / V<br />
Vcc<br />
0.2<br />
Vcc<br />
UH<br />
ti<br />
tp<br />
f<br />
T<br />
τ<br />
tp<br />
tp<br />
ti<br />
tp ti<br />
Vcc<br />
ti<br />
tp<br />
f<br />
T<br />
τ<br />
UCESAT<br />
IC<br />
UBE<br />
B<br />
ü<br />
g<br />
ti<br />
U H<br />
t / s<br />
t / s<br />
= Speisspannung in V<br />
= Impulsdauer in s<br />
= Impulspausendauer in s<br />
= Frequenz in Hz<br />
= Periodendauer in s<br />
= Zeitkonstante in s<br />
Funktionen der Elemente:<br />
= Sättigungsspannung in V (≈ 0.2V)<br />
= Kollektorstrom in A<br />
= Basisvorspannung in V (≈ 0.7V)<br />
= Gleichstromverstärkung<br />
= Übersteuerungsfaktor (≈ 2-10)<br />
= Tastgrad<br />
t / s<br />
= Speisspannung in V<br />
= Hysterese in Vpp<br />
= Impulsdauer in s<br />
= Impulspausendauer in s<br />
= Frequenz in Hz<br />
= Periodendauer in s<br />
= Zeitkonstante in s<br />
R1 und R4: Pull-up Widerstände<br />
R2 und C1: RC-Glied für V2<br />
R3 und C2: RC-Glied für V1<br />
V3 und V4: Schutzdioden, für V1 und<br />
V2, gegen negative Überspannung<br />
Funktion der Elemente:<br />
RA: Pull-up Widerstand<br />
RB und C1: RC-Glied<br />
Spezielle Ausgänge:<br />
D: Open Collector-Ausgang mit festgebundenem GND.<br />
(schaltet zwische 0V und Vcc)<br />
TR und TH: misst 1/3 und 2/3 Vcc und schaltet entsprechend<br />
den Ausgang „D“.<br />
Seite 27
Dreieck- und Sägezahngenerator<br />
Dreieck- und Sägezahngenerator mit einem Op-Amp:<br />
C1<br />
U<br />
aus<br />
R1<br />
Out1/Out2/Out3<br />
Out1 / V<br />
V1<br />
R3<br />
V2 ohne <strong>Diode</strong><br />
-<br />
+<br />
R2<br />
8<br />
R2<br />
= <strong>−</strong>U<br />
ein = •U<br />
a<br />
R + R<br />
∆Uout = Uaus+ Uein<br />
⎛ ∆ U out<br />
t =<strong>−</strong>R3•C1•ln⎜ ⎝U<br />
+ + U<br />
Dreieckgenerator:<br />
1 1<br />
f = =<br />
T 2 • t<br />
Sägezahngenerator:<br />
t1= 0s<br />
(ideal)<br />
1 1<br />
f = =<br />
T t<br />
1<br />
2<br />
Out2 / V<br />
mit V2<br />
Out3 / V<br />
mit V1<br />
+<br />
a aus<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎠<br />
t1<br />
t<br />
t<br />
t<br />
t1<br />
t / s<br />
t / s<br />
t / s<br />
Uaus<br />
Uein<br />
Ua+<br />
∆Uout<br />
t<br />
t1<br />
f<br />
T<br />
Dreieck- und Sägezahngenerator mit zwei Op-Amp’s:<br />
IKONST C1<br />
8<br />
8<br />
-<br />
-<br />
R1<br />
+<br />
OP1<br />
+<br />
OP2<br />
R2<br />
IKONST R3<br />
V1<br />
V2<br />
Out1 / V<br />
Out1/Out2/Out3<br />
R<br />
U U<br />
R U<br />
1<br />
aus =<strong>−</strong> ein = • a+<br />
∆Uout = Uaus + Uein<br />
C1 •∆ Uout •R3<br />
t =<br />
U a+<br />
Dreieckgenerator:<br />
1 1<br />
f = =<br />
T 2 • t<br />
Sägezahngenerator:<br />
t1= 0s<br />
(ideal)<br />
1 1<br />
f = =<br />
T t<br />
2<br />
Out2 / V<br />
Out3 / V<br />
t<br />
t<br />
t1<br />
t<br />
t1<br />
f<br />
t<br />
t / s<br />
t / s<br />
t / s<br />
t1<br />
T<br />
∆Uout<br />
Ua+<br />
Uaus<br />
Uein<br />
Funktion der Elemente:<br />
R3 und C1: RC-Glied, bestimmt die Steilheit der Lade- und<br />
Entladekurve, somit auch frequenzbestimmend.<br />
R1 und R2: Spannungsteiler, bestimmt die Schaltschwellen<br />
(Hysterese), somit ausch frequenzbestimmend.<br />
= Ausschaltschwelle in V<br />
= Einschaltschwelle in V<br />
= max. pos. Ausgangsspannung in V<br />
= Amplitude in Vpp<br />
= Zeit in s<br />
= steile Flanke beim Sägezahn in s<br />
= Frequenz in Hz<br />
= Periodendauer in s<br />
Schaltung:<br />
OP1, C1 und R3: Integrator<br />
OP2, R1 und R2: Schmitt-Trigger<br />
Ausgänge:<br />
Out1: ohne <strong>Diode</strong> - Dreieckgenerator<br />
Out2: mit V2 - Sägezahn (fallend)<br />
Out3: mit V1 - Sägezahn<br />
= Frequenz in Hz<br />
= Zeit in s<br />
= schnelle Flanke beim Sägezahn in s<br />
= Periodendauer in s<br />
= Amplitude in Vpp<br />
= max. Ausgangsspannung des OP2 in V<br />
= Ausschaltschwelle in V<br />
= Einschaltschwelle in V<br />
Seite 28
Sinusgenerator<br />
Phasenschieber mit Hochpasskette (RC):<br />
R 1<br />
R<br />
C<br />
R<br />
-<br />
+<br />
C<br />
R 2<br />
∆<br />
R<br />
8<br />
+<br />
C<br />
U a<br />
f S =<br />
v<br />
1<br />
154 . •R•C = 29 =<br />
R2<br />
R<br />
ϕHp = + 60 °<br />
k = 1<br />
29<br />
1<br />
fS<br />
ϕHp<br />
v<br />
k<br />
= Schwingfrequenz in Hz<br />
= Phasenverschiebung eines<br />
Hochpassgliedes in °<br />
= Verstärkungsfaktor des OP<br />
= Rückkopplungsfaktor der<br />
Hochpässe<br />
Ein Generator mit Hochpasskette schwingt unterhalb der Grenzfrequenz seines Hochpassglieder!<br />
Phasenschieber mit Tiefpasskette (RC):<br />
R<br />
R 1<br />
C C<br />
-<br />
+<br />
C<br />
R 2<br />
∆<br />
8<br />
+<br />
R R<br />
U a<br />
f S =<br />
25 .<br />
ϕTp = <strong>−</strong> 60 °<br />
v<br />
= 29 =<br />
k = 1<br />
29<br />
1<br />
• •<br />
R C<br />
R2<br />
R<br />
1<br />
fS<br />
ϕTp<br />
v<br />
k<br />
= Schwingfrequenz in Hz<br />
= Phasenverschiebung eines<br />
Tiefpassgliedes in °<br />
= Verstärkungsfaktor des OP<br />
= Rückkopplungsfaktor der Tiefpässe<br />
Ein Generator mit Hochpasskette schwingt oberhalb der Grenzfrequenz seiner Tiefpassglieder<br />
Wien-Robinson-Generator (RC):<br />
R 1<br />
-<br />
+<br />
R 2<br />
∆<br />
8<br />
+<br />
R<br />
R<br />
C<br />
C<br />
U a<br />
f<br />
0<br />
1<br />
=<br />
2 •π•R•C ϕHp =+ 45 °<br />
ϕTp =<strong>−</strong> 45 °<br />
v = 3 =<br />
k = 1<br />
3<br />
R2<br />
R<br />
1<br />
f0<br />
ϕHp<br />
ϕTp<br />
v<br />
k<br />
= Schwingfrequenz in Hz<br />
= Phasenverschiebung des HP-Gliedes in °<br />
= Phasenverschiebung des TP-Gliedes in °<br />
= Verstärkungsfaktor des OP<br />
= Rückkopplungsfaktor des Hoch- und<br />
Tiefpssses<br />
Der Wien-Robinson-Generator schwingt bei der Grenzfreqeuenz seines Hoch- und Tiefpasses!<br />
Seite 29
Sinusgenerator / Quarz<br />
Meissner-Oszillator (LC):<br />
R 1<br />
R 2<br />
L 2<br />
L 1<br />
R 4<br />
C 2<br />
C 1<br />
U a<br />
U a<br />
f<br />
0<br />
1<br />
=<br />
2 •π• C •L<br />
ϕTrafo =+ 180 °<br />
ϕTrans =+ 180 °<br />
I<br />
v =<br />
I<br />
C<br />
B<br />
N<br />
k =<br />
N<br />
2<br />
1<br />
2 1<br />
f0<br />
ϕTrafo<br />
ϕTrans<br />
v<br />
k<br />
IC<br />
IB<br />
N1<br />
N2<br />
= Schwingfrequenz in Hz<br />
= Phasenversch. des Transformators in °<br />
= Phasenverschiebung des Transistors in°<br />
= Verstärkungsfaktor des Transistors<br />
= Rückkopplungsfaktor des Trafos<br />
= Kollektorstrom in A<br />
= Basisstrom in A<br />
= Windungsanzahl der L1<br />
= Windungsanzahl der L2<br />
Der Meissner-Osszillator schwingt bei der Grenzfrequenz seines Paralellschwingkreises!<br />
Quarz:<br />
Schaltzeichen:<br />
Ersatzschaltbild:<br />
C P<br />
C L R<br />
Schaltungsbeispiel eines Quarz-Oszillators:<br />
1<br />
Out<br />
HC-MOS-IC’s verwenden!<br />
Seite 30
Vierschichtdiode / Sägezahngenerator<br />
Vierschichtdiode:<br />
Schaltzeichen und interner Aufbau: Formel:<br />
A<br />
K<br />
P<br />
N<br />
P<br />
N<br />
A<br />
K<br />
R =<br />
1<br />
Grundschaltung: Kennliniendiagramm:<br />
A<br />
K<br />
R 1<br />
+<br />
U B<br />
Allgemein:<br />
- Andere Namen : Einrichtungs-Thyristordiode, Triggerdiode.<br />
- Schalter, der mit einer Spannung an A und K gesteuert wird.<br />
- Nur 2 Zustände: Sperren / Leiten.<br />
- Kann nur in eine Richtung betrieben werden.<br />
- Zündung durch eine Spannung U AK = Zündspannung U S.<br />
-Gelöscht wird durch Unterschreiten der Haltespannung U H , bzw. des Haltestromes I H.<br />
- Der Strom in Durchlassrichtung muss begrenzt werden!<br />
Sägezahngenerator mit Vierschichtdiode:<br />
+<br />
U B<br />
R 1<br />
R 2<br />
⎛ U ⎞ B<br />
t = + <strong>⋅</strong> <strong>⋅</strong><br />
⎜<br />
⎟<br />
L ( R1<br />
R2)<br />
C Ln<br />
⎝U<br />
B <strong>−</strong>U<br />
S ⎠<br />
⎛ U S ⎞<br />
= R <strong>⋅</strong>C<br />
<strong>⋅</strong> Ln ⎜<br />
⎟<br />
⎝U<br />
H ⎠<br />
t E 2<br />
f =<br />
t<br />
L<br />
1<br />
+ t<br />
E<br />
1<br />
≈<br />
t<br />
L<br />
C<br />
Ua<br />
UB<br />
IH<br />
tL<br />
tE<br />
US<br />
UH<br />
f<br />
U S<br />
U H<br />
Ua<br />
t L<br />
T<br />
t E<br />
U<br />
I<br />
B<br />
H<br />
t<br />
R1<br />
UB<br />
IH<br />
= Betriebsspannung in V<br />
= Haltestrom in A<br />
= Ladezeit des Kondensators in s<br />
= Entladezeit des Kondensators in s<br />
= Schaltspannung in V<br />
= Haltespannung in V<br />
= Frequenz der Sägezahnspannung in Hz<br />
= Widerstand<br />
= Betriebsspannung<br />
= Haltestrom<br />
Seite 31
Diac / UJT<br />
Diac:<br />
Allgemein:<br />
- Andere Namen : Zweirichtungs-Thyristordiode.<br />
- Schalter, der mit einer Spannung an A und K geschaltet wird.<br />
- Nur 2 Zustände: Sperren / Leiten.<br />
- 2 Typen: 3-und 5-Schicht-Version. Siehe Kurve.<br />
- Kann in beide Richtungen betrieben werden.<br />
- Die Zündung erfolgt über eine Spannung an A und K: Zündspannung US. - Gelöscht wird durch Unterschreiten der Haltespannung UH , des Haltestromes IH. - Der Strom muss in Durchlassrichtung begrenzt werden!<br />
Diac drei Schicht Typ:<br />
Diac fünf Schicht Typ:<br />
Unijunctiontransistor UJT:<br />
P<br />
N<br />
P<br />
N<br />
P<br />
N<br />
N<br />
P<br />
Allgemein:<br />
- Schalter, der mit Steueranschluss E geschaltet wird.<br />
- Nur 2 Zustände: Sperren / Leiten.<br />
- Das Verhältnis UZB1 zu UB2B1 wird inneres Spannungsverhältnis genant und mit η bezeichnet<br />
- Gezündet wird, indem: UE = UB2B1 · η + 0.6V erreicht<br />
E<br />
B 2<br />
B 1<br />
Ersatzschaltung und Kennlinie:<br />
E<br />
+<br />
U EB1<br />
-<br />
I E<br />
U F<br />
B 1<br />
r B2<br />
r B1<br />
η∗U BB<br />
Unijunctiontransistor (Fortsetzung):<br />
U > U = U + η <strong>⋅</strong>U<br />
EB1<br />
U<br />
P V =<br />
I<br />
EP<br />
2<br />
BB<br />
E max<br />
F<br />
B 2<br />
U BB<br />
B 1<br />
BB<br />
E<br />
P<br />
N<br />
B 2<br />
B 1<br />
UEB1<br />
UEP<br />
UF<br />
η<br />
PV<br />
UBB<br />
RBB<br />
I P<br />
I V<br />
U EV = Talpunkt<br />
E<br />
B 2<br />
B 1<br />
r B2<br />
Z<br />
r B1<br />
U EP = Höckerspannung<br />
= Eingangsspannung in V<br />
= Höckerspannung in V<br />
= Durchlassspannung UF = 0.7V<br />
= inneres Spannungsverhältnis η = 0.6-0.8<br />
= Verlustleistung in W<br />
= Interbasisspannung in V<br />
= Interbasisswiderstand in Ω<br />
Seite 32
UJT<br />
Grundschaltung:<br />
A 1<br />
R<br />
U C<br />
B2<br />
R V<br />
C<br />
E<br />
0.<br />
7V<br />
<strong>⋅</strong> R<br />
≈<br />
η <strong>⋅</strong>U<br />
U<br />
RB1 ≈ 5<strong>⋅</strong><br />
I<br />
B<br />
EP<br />
B 2<br />
B 1<br />
BB<br />
E max<br />
R B2<br />
R B1<br />
U BB<br />
A 2<br />
U B1<br />
⎛ U B ⎞<br />
t ≈ <strong>⋅</strong> <strong>⋅</strong> <strong>⋅</strong> ⎜<br />
⎟<br />
L RV<br />
C Ln<br />
⎝U<br />
B <strong>−</strong>U<br />
EP ⎠<br />
⎛ U<br />
t = <strong>⋅</strong> <strong>⋅</strong> <strong>⋅</strong><br />
⎜<br />
E RB1<br />
C Ln<br />
⎝U<br />
f =<br />
t<br />
1<br />
+ t<br />
1<br />
≈<br />
t<br />
f =<br />
L<br />
E<br />
L<br />
( U <strong>−</strong>U<br />
) <strong>⋅</strong>C<br />
EP<br />
I<br />
EV<br />
EP<br />
EV<br />
⎞<br />
⎟<br />
⎠<br />
U B<br />
UEP<br />
UEV<br />
η<br />
RBB<br />
IEmax<br />
UB<br />
tL<br />
tE<br />
f<br />
I<br />
U C<br />
U EP<br />
U EV<br />
U B1<br />
I E*RB1<br />
U EV<br />
= Höckerspannung in V<br />
= Talspannung in V<br />
= inneres Spannungsverhältniss η ≈ 0.6-0.8<br />
= Interbasiswiderstand in Ω<br />
= max. Emitterstrom in A<br />
= Betriebsspannung in V<br />
= Ladezeit des Kondensators in s<br />
= Entladezeit des Kondensators in s<br />
= Frequenz der Sägezahn- und Impulsspannung in Hz<br />
= konst. Aufladestrom des Kondensators in A<br />
t<br />
t<br />
Seite 33
Thyristor / Triac<br />
Thyristor:<br />
Allgemein:<br />
- anderer Name: Thyristordiode<br />
- kathoden- bzw. anodenseitig steuerbar<br />
- 2 stabile Zustände: sperren und leiten<br />
- durch Gate steuerbar<br />
Schaltzeichen:<br />
G<br />
A1<br />
A2<br />
Thyristor,<br />
allgemein<br />
Kennwerte:<br />
G<br />
A1 A1<br />
G<br />
Thyristor,<br />
kathodenseitig<br />
steuerbar<br />
A2 A2<br />
Thyristor,<br />
anodenseitig<br />
steuerbar<br />
Haltestrom IH: Kleinster Wert des Durchlassstromes. Wird dieser<br />
unterschritten, kippt der Thyristor in den<br />
Sperrzustand.<br />
Zündstrom IGT: Minimal erforderlicher Wert, damit das Element<br />
zündet.<br />
Zündspannung UGT: Minimale Spannung, damit der Thyristor richtig<br />
zündet.<br />
Nullkippspannung UK0: Die Nullkippspannung entspricht der Schaltspannung<br />
bei der Vierschichtdiode. Hier ist IGT 0 mA.<br />
Sperrstrom IR, ID: IR ist der Sperrstrom im Sperrbereich, ID derjenige im<br />
Blockierbereich.<br />
Triac:<br />
Schaltzeichen:<br />
G1<br />
A1<br />
A2<br />
Aufbau Symbol<br />
Triggermudus:<br />
G2<br />
A1<br />
A2<br />
G<br />
G 1<br />
Aufbau:<br />
Für den Triac bibt es vier Ansteuerungsarten, sogenannte<br />
Triggermodus:<br />
I + : UA2A1 = positiv, UGA1 = positiv<br />
I - : UA2A1 = positiv, UGA1 = negativ<br />
III + : UA2A1 = negativ, UGA1 = positiv<br />
III- : UA2A1 = negativ, UGA1 = negativ<br />
Kennwerte:<br />
Die Kennwerte entsprechen denen des Thyristors.<br />
p<br />
n<br />
p<br />
n<br />
A<br />
K<br />
G 2<br />
I<br />
I H<br />
Sperrbereich<br />
U H<br />
Durchlassbereich<br />
I GT = 100 mA<br />
Übergangsbereich<br />
Blockierbereich<br />
Der Triac (Triode alternating current switch) ist eine<br />
Antiparallelschaltung von zwei Thyristoren. Mit dem Triac kann<br />
man, im Gegensatz zum Thyristor, auch negative Halbwellen<br />
steuern.<br />
U K0<br />
0 mA<br />
10 mA<br />
Blockierbereich<br />
IH Übergangsbereich<br />
IG = 100 mA<br />
Durchlassbereich<br />
I<br />
U H<br />
I<br />
Durchlassbereich<br />
IG = 100 mA<br />
Übergangsbereich<br />
Blockierbereich<br />
10 mA<br />
0 mA<br />
UK0 UA1A2 10 mA<br />
0 mA<br />
U K0<br />
U AK<br />
Seite 34
Leistungsverstärker<br />
Gegentaktverstärker im B-Betrieb:<br />
Der Gegentaktverstärker besteht aus zwei kompementären<br />
Verstärkerstufen.<br />
Der Arbeitspunkt liegt so, dass jeder Transistor nur eine<br />
Signalhalbwelle verarbeitet.<br />
Er ist am Ende der Geraden, bei IC ≈ 0 und UCE = UB.<br />
G<br />
~<br />
P ≈<br />
η =<br />
P =<br />
2<br />
1 UB<br />
PRL<br />
max ≈ <strong>⋅</strong><br />
2 RL<br />
P = = 2<strong>⋅</strong>UB<strong>⋅</strong>ICM<br />
bU <strong>−</strong>U g<strong>⋅</strong>i<br />
P ≈=<br />
2<br />
P = <strong>−</strong> P ≈<br />
PV<br />
=<br />
2<br />
PV max ≈007 . <strong>⋅</strong>iC<strong>⋅</strong>UB B CEsat C<br />
+U B<br />
-U B<br />
R L<br />
PRLmax<br />
η<br />
P~<br />
P=<br />
PV<br />
ICM<br />
Merkmale:<br />
- Ausgangsseitig 2 Transistoren<br />
- An den Basen zusammengeschalten<br />
- Kleiner Ruhestrom<br />
- Für grosse Ausgangsleistungen<br />
- Übernahmeverzerrung (-0.7V ...+0.7V)<br />
- Guter Wirkungsgrad<br />
- Doppelte Signalamplitude als A- Betrieb<br />
I Cmax<br />
I Cmax=0<br />
Arbeitsgerade<br />
= höchste auftretende Leistung an RL<br />
= Wirkungsgrad<br />
= Sprechwechselleistung<br />
= Gleichstromleistung<br />
= Verlustleistung<br />
= Mittelwert<br />
A<br />
U B<br />
t<br />
I C<br />
U CE<br />
t<br />
Seite 35
Leistungsverstärker<br />
Gegentaktverstärker im AB-Betrieb:<br />
Der Arbeitspunkt des AB-Betriebs liegt zwischen dem<br />
A-Betrieb und dem B-Betrieb.<br />
Kleine Signale werden im A-Betrieb, grosse Signale<br />
wie im B-Betrieb verstärkt.<br />
Der AB-Betrieb ist besonders verzerrungsarm.<br />
R1<br />
R2<br />
U <strong>−</strong>Û<br />
R1= R2≈ IB<br />
iC<br />
ICm<br />
=<br />
π<br />
P = = UB<strong>⋅</strong>ICm 2<br />
iC <strong>⋅</strong> RL<br />
P ≈=<br />
2<br />
P = <strong>−</strong> P ≈<br />
PV<br />
=<br />
2<br />
P ≈<br />
η =<br />
P =<br />
+U B<br />
-U B<br />
B a max<br />
max<br />
R L<br />
Ûamax<br />
ICm<br />
iC<br />
P=<br />
P~<br />
PV<br />
η<br />
Merkmale:<br />
- Ausgangsseitig 2 Transistoren<br />
- An den Basen nicht zusammenge-schalten (min. 2 <strong>Diode</strong>n)<br />
- Kleiner Ruhestrom<br />
- Für grosse und kleine Ausgangs-leistungen<br />
- Kleine Verzerrungen<br />
- Wirkungsgrad zwischen A- und B-Betrieb<br />
I Cmax<br />
I Cmax=0<br />
Arbeitsgerade<br />
= Grösste Signalamplitude in V<br />
= Mittelwert von IC in A<br />
= ICpeak in A<br />
= Gleichstromleistung in W<br />
= Sprechwechselleistung in W<br />
= Gesamtverlustleistung in W<br />
= Wirkungsgrad<br />
A<br />
t<br />
U B<br />
I C<br />
U CE<br />
Grosses Signal: B-Betrieb<br />
Kleines Signal: A-Betrieb<br />
t<br />
Seite 36