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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Fehlt Ube-Ib-Kennlinie im Datenblatt?


Autor: A. C. (michael1988)
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Hallo Zusammen,
ich hab eine Frage zur Transistor-Arbeitspunkteinstellung. Ich bin zur 
Zeit auf dem Standpunkt, dass man einen bestimmten Basisstrom einstellen 
muss, um dann bei einer bestimmten Kollektor-Emitter-Spannung einen 
gewünschten Kollektorstrom zu erhalten. Mein Problem ist jetzt aber 
genau die Einstellung dieses Basisstroms. Meiner Meinung nach braucht 
man doch die Ube-Ib-Kennlinie, um über eine Spannung, die an der Basis 
mit einem Spannungsteiler(natürlich ist der Querstrom groß genug) 
anliegt, einen bestimmten Basisstrom zu erzeugen.
Ich habe diese Frage auch schonmal ein einem anderem Forum gefunden, 
dort wurde dem Fragenden erzählt, es ginge nur um Ib und dass Ube nur 
ein nötwendiges Übel sei. Aber trotzdem braucht man doch diese 
Kennlinie, oder wie wird das sonst gemacht?

Viele Grüße und danke schonmal für die Antworten
Gruß Michael

Autor: Hc Zimmerer (mizch)
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Ube (über Ib) streut und ist temperaturabhängig.  Allein über Ube kannst 
Du also Ib nicht stabil einstellen, sondern erhältst im besten Fall 
einen Thermometer.

Deshalb gibt es die verschiedenen Grundschaltungen, die letztlich auf 
eine Gleichspannungsgegenkopplung herauslaufen und dafür sorgen, dass Ic 
unabhängig von Ube-Schwankungen stabil eingestellt werden kann.  Deshalb 
solltest Du Dir besser die Grundschaltungen ansehen und damit den 
Arbeitspunkt festlegen.

Autor: A. C. (michael1988)
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Ich habe mal das Ausgangskennlinienfeld des BC639 angehängt.
In allen Beispielen die ich bisher gesehen habe, wurde für Ube grob 0,6 
oder 0,7V angenommen. Da wie in dem Kennlinienfeld sehr geringe 
Basisstromänderungen eine große Änderung von Ic bewirken, frage ich 
mich, wie man es anstellt, wenn man z.b. gerade ein Ic mit 100mA 
braucht.

Also mir wäre es wichtig mal so ein praktisches Beispiel zu sehen, wie 
man so einen Strom genau einstellen kann.

Liebe Grüße

Autor: A. C. (michael1988)
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Ich habe mal auf einer sehr ausführlich beschriebenen Seite nach 
gesehen:
http://www.elektronikinfo.de/strom/emitterschaltung.htm
Auch dort wird die Spannung aus der Eingangskennlinie abgelesen. Ich 
will hier nicht darauf beharren das es so gemacht werden muss, aber ich 
habe keine Idee und auch keinen Hinweis bisher bekommen,wie es anderst 
gehen sollte.
Hier mal ein Auszug aus der oben genannten Seite:

Da wir den Arbeitspunkt in die Mitte des Aussteuerbereichs legen wollen, 
soll die Ausgangsspannung im Arbeitspunkt die Hälfte der 
Betriebsspannung betragen, also die Hälfte von 20 V. Wenn man diese 10 V 
durch den Wert des Kollektorwiderstands R3 dividiert, erhält man den 
Strom im Arbeitspunkt: 0,0001 A (= 0,1 mA). Am Emitterwiderstand R4 
stellt sich durch diesen Strom nach dem ohmschem Gesetz eine Spannung 
von 1 V ein. Die Spannung am Basisanschluß (d.h. zwischen Basis und 
Masse), die mit dem Basisspannungsteiler R1/R2 erzeugt wird, muß also um 
genau 1 V höher sein als die Spannung, die der Transistor benötigt, um 
einen Kollektorstrom vom 0,1 mA fließen zu lassen.

Diese Spannung kann man aus der Eingangskennlinie ablesen, wenn man den 
Basisstrom im Arbeitspunkt kennt.

Den Basisstrom kann man in erster Näherung leicht berechnen, indem man 
den Kollektorstrom durch die Stromverstärkung β dividiert. Im Beispiel 
erhält man als Ergebnis 0,001 mA, also 1 μA, so daß man aus der 
Eingangskennlinie, die übrigens für jeden Transistor etwas anders 
aussieht, beispielsweise 0,5 V ablesen kann.

Autor: Arno H. (arno_h)
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Die Eingangskurve findest du in alten Datenblättern von z.B. ITT oder 
Siemens für BC107 und Konsorten.
Heutzutage kannst du froh sein, wenn überhaupt Diagramme drin sind. 
Dafür hast du im DB dann 10 Seiten über Verpackungen und Bestellnummern 
des BE.

Arno

Autor: Jens G. (jensig)
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Einen Transistorverstärker für analoge Signale baut man praktisch nie so 
auf, wie Du dir das denkst.
Denn der Transistor ist ein sehr nichtlineare, und ein sehr 
temperaturinstabiles Bauteil.
Nichtlinear, weil Ibe nichtlinear von Ibe abhängt. Also wird schon 
deswegen die Schaltung möglichst so ausgelegt, daß sie möglichst 
unabhängig von Ube wird. Weiterhin ist der Transistor 
temperaturinstabil, weil erstens Ube mit der Temp. um 2mV/°C abnimmt, 
und auch die Stromverstärkung mit der Temperatur zunimmt. Alles 
Gesichtspunkte, die ein Konzept nach deiner Variante zum Scheidern 
führen würde.

Schon ein einfacher Basisvorwiderstand macht die Sache stabiler, wenn 
die über den R abfallende Spannung deutlich größer ist als die Ube. Dann 
machen sich die kleinen temperaturabhängigen Ube-Schwankungen nicht mehr 
so sehr für den Ibe bemerkbar. Auch hat man schon dadurch eine besser 
linearisierte Gesamtübertragungskennlinie, denn die nähert dadurch schon 
etwas dem Ideal Ibe~Ue (Ue = Eingangsspannung vorm R).
Dann gibts andere Dinge wie Stromgegenkopplung (wenn Re in der 
Emitterleitung ist), oder Spannungsgegenkopplung (wenn ein Rcb zw. C und 
B existiert).
Stromgegenkopplung ist in deinem Link oben bereits ausführlich 
erläutert.
Spannungsgegenkopplung (vielleicht nicht ganz so gebräuchlich) findet 
sich sicherlich auch noch auf gewissen anderen Webseiten, die 
Transistorgrundschaltungen und abgeleitete Schaltungen behandeln. Dazu 
habe ich jetzt keine Lust, das ausschweifend zu behandeln.

Autor: HildeK (Gast)
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A. C. schrieb:
> ich hab eine Frage zur Transistor-Arbeitspunkteinstellung. Ich bin zur
> Zeit auf dem Standpunkt, dass man einen bestimmten Basisstrom einstellen
> muss, um dann bei einer bestimmten Kollektor-Emitter-Spannung
sagen wir mal, ab einer Mindest-Kollektor-Emitter-Spannung
> einen
> gewünschten Kollektorstrom zu erhalten. Mein Problem ist jetzt aber
> genau die Einstellung dieses Basisstroms. Meiner Meinung nach braucht
> man doch die Ube-Ib-Kennlinie, um über eine Spannung, die an der Basis
> mit einem Spannungsteiler(natürlich ist der Querstrom groß genug)
> anliegt, einen bestimmten Basisstrom zu erzeugen.
Meist interessiert das Ube nur ganz grob. Weil, wie schon mehrfach 
gesagt, das temperturabhängig ist und auch von Typ zu Typ, ja auch in 
der selben Baureihe von Wafer zu Wafer sich oft deutlich unterscheidet.

Aber der Spannungsteiler an der Basis ist ja in erster Näherung auch als 
Stromquelle zu betrachten: Die Leerlaufspannung des Teilers wäre dann 
der Wert der Spannungsquelle mit einem Serienwiderstand, der sich aus 
der Parallelschaltung der beiden Teilerwiderstände berechnet.
Beispiel: stellst du den Leerlaufwert auf z.B. 5V ein und die 
Parallelschaltung der beiden Widerstände hätten 50kOhm, dann hast du 
eine ganz brauchbare Stromquelle mit ca 90µA (wegen Ube sind es keine 
100µA). Sollte sich die Ube aus o.g. Gründen um z.b. 100mV ändern (das 
ist schon recht viel), so ändert sich der Basisstrom um vielleicht 5µA. 
Also schon ganz brauchbar.
Das passende Ube stellt sich schon selber ein und interessiert gar nicht 
besonders.
Damit wäre der Kollektorstrom hFE*IB auch schon auf einem recht stabilen 
Wert, wenn nicht hFE auch so großen Schwankungen von BE zu BE 
unterworfen wäre.
Deshalb ist eine stabile Einstellung nur durch Gegenkopplung zu 
erreichen, z.B. indem man einen Emitterwiderstand mit einbringt. Sollte 
einer der o.g. Werte deutlich abweichen, führt das zu einem größeren 
oder kleineren Kollektorstrom und damit zu einem entsprechend größeren 
oder kleineren Spanungsabfall am Emitterwiderstand. Damit werden die 
Abweichungen zu einem großen Teil kompensiert und die Welt ist 
weitgehend in Ordnung.

> Ich habe diese Frage auch schonmal ein einem anderem Forum gefunden,
> dort wurde dem Fragenden erzählt, es ginge nur um Ib und dass Ube nur
> ein nötwendiges Übel sei. Aber trotzdem braucht man doch diese
> Kennlinie, oder wie wird das sonst gemacht?

Ich nehme die Kennlinie eigentlich nie, sondern lege fest, mit mit 
welchem Kollektor(ruhe)strom ich arbeiten will und welche Versorgung ich 
habe.
Am Emitterwiderstand (zur Arbeitspunktstabilisierung) lasse ich z.B. 
2..3 mal UBE abfallen. Je größer, desto stabiler ist der AP aber 
entsprechend wird auch der Aussteuerbereich kleiner.
Den Rest der Spannung teile ich auf auf den Transistor und den 
Kollektorwiderstand.
Aus dem Kollektorstrom wird zurückgerechnet auf den Basisstrom und dann 
dafür ein Spannungsteiler (wie oben beschrieben) bestimmt.

A. C. schrieb:
> frage ich
> mich, wie man es anstellt, wenn man z.b. gerade ein Ic mit 100mA
> braucht.

Wenn du das beigefügte Kennlinienfeld nimmst, dann finde den Punkt mit 
den 100mA Kollektorstrom und der halben Versorgungsspannung. Lege eine 
Gerade über die beiden Punkte. Die müsste dann einmal bei der 
Versorgungsspannung und auf der Ordinate bei 200mA die Achsen schneiden. 
Damit berechnest du den Kollektorarbeitswiderstand: UB / 200mA.
Gleichzeitig kannst du dann an dem Parameter der entsprechenden 
Kennlinienkurve den notwendigen Basisstrom ablesen, bei 100mA wären das 
dann bei 10V Versorgung 1mA, bei z.B. 40V Versorgung etwas weniger, 
geschätze 980µA (AP 20V / 100mA).
Aber, wie gesagt: das Verhältnis von IC zu IB ist auch sehr großen 
Schwankungen unterworfen - die Kurfen zeigen nur typisches, du brauchst 
viel Glück, ein Exemplar mit genau dem Verlauf in die Hände zu bekommen.

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