Bestimmung des dynamischen Ausgangswiderstandes bei einem Transistorverstärker

Peter S. OP #3968558
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Hallo Leute,
ich bin jetzt im 2. Semester Elektrotechnik.

In unserem Elektroniklabor hatten wir einen Versuch zum Thema
Transistorverstärker.

Eine Aufgabe in dem Versuch war es, den dynamischen Ausganswiderstand ra
mit und ohne Stromgegenkopplung messtechnisch zu bestimmen.

Nun wurde uns gesagt, dass wir den dynamischen Ausgangswiderstand
bestimmen können indem wir verschiedene Widerstände für Rc wählen,
darüber jeweils die Spannungen messen und den Strom berechnen.

Über die Formel ra=(Ucr5-Ucr6)/(Icr5-Icr6)

Wo sich die Spannungen befinden entnehmt bitte dem Bild

kann nun der dynamische Ausgangswiderstand bestimmt werden.

Jetzt haben wir für die einzelnen Größen folgende Werte messtechnisch
ermittelt:

mit Gegenkopplung

Ucr5 = 134 mV   --> Icr5 = 23,9 µA
Ucr6 = 100 mV   --> Icr6 = 37,04 µA

ra = 1681,1 Ohm

Ohne Gegenkopplung:


Ucr5 = 4 V   --> Icr5 = 714,3 µA
Ucr6 = 4,72 V   --> Icr6 = 1748,15 µA

ra = 696,42 Ohm

Beim Vergleich mit anderen Gruppen zeigte sich, dass sich bei denen der
Ausgangswiderstand nicht ändert.

Jetzt ist meine Frage ist unsere Rechnung korrekt und wenn ja warum
kommt es dazu, dass der Ausgangswiderstand ohne Gegenkopplung sehr viel
kleiner ist.

Meine Vermutung ist, da ja der Emitterwiderstand über den
Emitterkondensator quasi kurzgeschlossen wird, muss auch der
Ausgangswiderstand sinken.

Über eine Antwort würde ich mich sehr freuen


petergriffin
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ArnoR Gast #3968579
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Peter S. schrieb:
> mit Gegenkopplung
>
> Ucr5 = 134 mV   --> Icr5 = 23,9 µA
> Ucr6 = 100 mV   --> Icr6 = 37,04 µA
>
> ra = 1681,1 Ohm

Ich komme da auf 2588 Ohm.

> Jetzt ist meine Frage ist unsere Rechnung korrekt

nein, s.o.

> warum kommt es dazu, dass der Ausgangswiderstand ohne Gegenkopplung
> sehr viel kleiner ist.

Die Gegenkopplung führt dazu, dass der Transistor mit seinen 
nichtidealen Eigenschaften weniger stark in die Übertragungsfunktion 
eingeht. Je größer der Emitterwiderstand gegenüber dem 
Diffusionswiderstand ist, desto stärker wird der Emitterstrom (-> 
Kollektorstrom) durch Eingangsspannung und Emitterwiderstand bestimmt.

> Beim Vergleich mit anderen Gruppen zeigte sich, dass sich bei denen der
> Ausgangswiderstand nicht ändert.

Der Ausgangswiderstand ändert sich natürlich nur bei 
Wechselspannungsmessung.

> Meine Vermutung ist, da ja der Emitterwiderstand über den
> Emitterkondensator quasi kurzgeschlossen wird, muss auch der
> Ausgangswiderstand sinken.

Ja.
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ArnoR Gast #3968615
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Peter S. schrieb:
> Meinst du mit dem Diffusionswiderstand den Kollektor-Emitterwiderstand?

Der Diffusionswiderstand rd=Ut/Ic ist der differentielle Widerstand, der 
die Steilheit bestimmt. Er gibt an, wie eine Eingangsspannungsänderung 
dUbe in eine Kollektorstromänderung dIc umgesetzt wird (ohne Re).
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Peter S. OP #3968668
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So weit so gut. Demnach ist unser Ergebnis also korrekt, dass der 
dynamische Ausgangswiderstand nicht konstant sein kann?!

Mich würde jetzt noch interessieren wie sich der dynamische 
Ausgangswiderstand zusammen setzt?

Vielleicht gibt es dafür ein Ersatzschaltbild aus dem man nachvollziehen 
kann wie sich der dynamische Ausgangswiderstand bildet?


Gibt es vielleicht noch andere Wege diesen Widerstand zu berechnen?

Sind ziehmlich viele Fragen, ich weiß.
Aber ich würde das gerne richtig verstehen wollen.
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Ulrich H. #3968694
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In erster Näherung (Kollektor-Emitter Spannung hoch genug) ist der 
Ausgangswiderstand des Verstärkers gleich dem Kollektorwiderstand. Für 
dieser Näherung wird der Transistor mit Emitterwiderstand als 
Stromquelle betrachtet. So ganz weit weg sind die 2,6 K von 2,7 K für R6 
ja auch nicht.

Damit sollte er sich auch nicht ändern, wenn man die Emitterwiderstände 
Kapazitiv Überbrückt oder ändert.

Die oben benutzte Formel ist damit allerdings auch nicht brauchbar, 
sofern R5 und R6 deutlich verschieden sind. Es ist halt die Frage für 
welchen Fall der Wert gelten soll.

Durch den geänderten Kollektorwiderstand ändert sich ggf. auch noch der 
Arbeitspunkt etwas. Entsprechend sollte man die zusätzliche Last eher 
hinter den Kondensator am Ausgang schalten. Also etwa einemal mit den 
2,7 K als Kollektorwiderstand und einmal mit zusätzliche 10 K hinter dem 
Kondensator nach GND.
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Günter Lenz Gast #3968752
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Peter S schrieb:
messtechnisch zu bestimmen.

Ich hätte es folgendermaßen gemacht:
Den Verstärker mit einem NF-Generator ansteuern,
(aber nicht übersteuern)
dann am Ausgang die Leerlaufspannung messen,
dann mit einem eistellbaren Widerstand den
Ausgang soweit belasten, das die Spannung
um die Hälfte zurück geht, nun ist der
Lastwiderstand gleich dem Innenwiderstand
des Verstärkers.
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Peter S. OP #3969815
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Ich habe jetzt mal zwei Ersatzschaltbilder aufgezeichnet einmal mit und 
einmal ohne Stromgegenkopplung.


Ich bin mir nur nicht sicher ob ich Re an der richtigen stelle 
eingezeichnet habe.

Deshalb habe ich mal zwei Varianten gezeichnet.

Könntet ihr mir sagen welche stimmt oder ob überhaupt eine Stimmt.

Mit Ersatzschaltbildern von Transistoren bin ich noch nicht so vertraut.
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Walter Braun Gast #3969967
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Die genauesste Messung ergibt sich folgendermaßen:

1. Verstärker am Eingang kurzschließen, Ausgangssignal sollte Null sein 
bis auf rauschen.

2. Eine andere Signalquelle z.B. Sinusgenerator oder HiFi Verstärker mit 
Soundkarte und Frequenzerzuegender Software auf die zu messendev 
Frequenz einstellen z.B. 1kHz.

3. Signalquelle über definierten Widerstand mit dem Ausgang (!) des zu 
testenden Verstärkers verbinden. Der Widerstand sollte min. 10x so hoch 
sein wie der erwartete Ausgangswiderstand.

4. Den Spannungsfall über dem definierten Widerstand messen und durch 
den Widerstandswert dividieren ergibt Teststrom I

5. Die sich einstellende Spannung am Verstärkerausgang messen, ergibt U

6. Rechnung: Ri=U/I

Der Vorteil dieser Methode ist, dass auch sehr niederohmige Verstärker 
gemessen werden können, z.B. HiFi Verstärker mit Dämpfungsfaktor 1000.

Der Innenwiderstand ist bei den meisten Verstärkern stark 
frequenzabhängig.
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Ulrich H. #3970018
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Der Weg mit der Belastung des Ausgangs ist schon richtig. Allerdings 
sollte der Eingang nicht kurzgeschlossen werden, sondern mit der 
passenden Impedanz der sonst vorhanden Quelle abgeschlossen werden.

Bei der Messung oben ist ggf. mit der höheren Verstärkung die Schaltung 
bereits in der Sättigung. Mit dem Verdoppeln des Emitterwiderstandes 
sollte das Signal mehr als um knapp 20% zunehmen.
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