Hallo Zusammen,
aktuell möchte ich mich ein bisschen mit der Verstärkertechnik betraut.
ich habe mich in die Thematik ein bisschen eingelesen und angefangen mit
LT-SPice zu simulieren. Ich habe hier die Spice Standardtransistoren
genommen, die eine Stromverstärkung von 100 haben.
Die Simulation läuft auch schon soweit, jedoch bin ich noch am versuchen
hier alles zu verstehen. Es handelt sich hier nicht um eine konkrete
Anwendung.Ich möchte Das Prinzip einfach erstmal verstehen.
Die Transistoren Q1 und Q2 bilden einen Differenzverstärker, die dafür
da sein um die Differenz zwischen ein und Ausgang zu bestimmen, um so
immer einen konstanten Verstärkungsfaktor zu erhalten.
Die Differenz-Verstärkung von dieser Schaltung kann wie folgt berechnet
werden.
VD=Io*RC/2*VT
Io (1 mA in meinem Fall) ist der Strom der von der Konstantstromquelle
(mit Q6 realisiert ) fließt.
Der Ausgangs des Differenz-Verstärkers geht dann auf eine
Emitterschaltung, die dafür sorgt, dass die Spannung verstärkt wird, das
Spannungsverstäkrte Signale geht dann auf Die Endstufe von Q5 und Q4 um
den Strom zu verstärken.
Meine Frage ist nun folgende:
Wenn am Eingang 0 V anliegen muss durch den Widerstand R2 ja ca. 0.5 mA.
Über R2 muss ja auch der Basisstrom von Q3 mitfließen. Wie kann ich den
in diesem Fall berechnen?
Schonmal Danke im Voraus
Thomas schrieb:> Wenn am Eingang 0 V anliegen muss durch den Widerstand R2 ja ca. 0.5 mA.> Über R2 muss ja auch der Basisstrom von Q3 mitfließen.
Du meinst R1. Und der Basisstrom von Q3 fließt nicht durch R1, sondern
parallel zu R1.
> Wie kann ich den in diesem Fall berechnen?
Du dimensionierst R1 so, daß die Ströme im Diff gleich groß sind. Der
Kollektorstrom von Q3 ist etwa 15V/2k2=6,81mA, der Basisstrom demnach
68µA. Durch R2 müssen also 432µA fließen.
ArnoR schrieb:> Du dimensionierst R1 so, daß die Ströme im Diff gleich groß sind. Der> Kollektorstrom von Q3 ist etwa 15V/2k2=6,81mA, der Basisstrom demnach> 68µA. Durch R2 müssen also 432µA fließen.
Das versteh ich alles soweit, bis auf eine Kleingikeit. Wie kommst du
genau auf die 432 uA?
Thomas schrieb:> um so immer einen konstanten Verstärkungsfaktor zu erhaltenThomas schrieb:> VD=IoRC/2VT
?!?
Für mich wird die Verstärkung der Schaltung durch die Gegenkopplung mit
R4+R5 festgelegt, beträgt also 10.
Thomas schrieb:> Wenn am Eingang 0 V anliegen muss durch den Widerstand R2 ja ca. 0.5 mA
Nein, die 0.5mA fliessen vor allem durch Q3, der - wie es für
Bipolartransistoren passend ist - als Stromverstärker arbeitet.
R2 ist dazu da, damit Q3 auch fast abgewürgt werden kann, also die
Basisspannung bei wenig Strom unter 0.5V absinken kann damit fast kein
Strom mehr in Q3 fliesst. Hier dimensioniert auf 0.25mA. Dass damit im
Normalbetrieb bei 0.7V an der Basis auch 350uA abfliessen, ist Pech aber
Kompromiss. Es geht NICHT um die Spannung an R2, die ist eher von der
Temperatur von Q3 als von der Aussteuerung abhängig.
Thomas schrieb:> Wie kommst du genau auf die 432 uA?
Wenn der Gesamtstrom aus dem Diff 1mA ist, dann sollen durch jeden
Transistor 500µA fließen. Davon 432µA durch R1 und 68µA aus der Basis
von Q3.
(Basisströme der Diff-Transistoren vernachlässigt, Stromrichtung von +
nach-)
In der Praxis dimensioniert man Spannungsteiler immer so, daß der
Querstrom etwa dem 10-fachen des maximalen Laststromes entspricht. Dann
kann man in erster Näherung den Basisstrom vernachlässigen und muß nur
auf die gewünschte Basisspannung dimensionieren.
Der große Vorteil ist dann, daß Exemplarstreuungen, Temperaturänderungen
usw. nur wenig Einfluß auf den Arbeitpunkt haben.
Tietze-Schenk, Halbleiter-Schaltungstechnik - findest Du auch im Netz.
Hat 'Hand und Fuss', erklärt die Grundschaltungen und auch Berechnungen.
Aber 'auf Papier' (habe die 5. Auflage) finde ich den TS noch besser.
Kuck auch hier: http://www.tietze-schenk.de/
MaWin schrieb:> Thomas schrieb:>> VD=IoRC/2VT>> ?!?>> Für mich wird die Verstärkung der Schaltung durch die Gegenkopplung mit> R4+R5 festgelegt, beträgt also 10.
Da hast du Recht was die Gesamtverstärkung angeht. Die Formel gilt nur
für die Differenzverstärkung des Diff-Verstärkers.
Thomas schrieb:> Die Formel gilt nur für die Differenzverstärkung des Diff-Verstärkers.
Da geht meiner Meinung nach der Re intrinsische Emitterwiderstand
erheblich ein.
MaWin schrieb:> Thomas schrieb:>> Die Formel gilt nur für die Differenzverstärkung des Diff-Verstärkers.>> Da geht meiner Meinung nach der Re intrinsische Emitterwiderstand> erheblich ein.
Ja - das ist der Nachteil dieses total unrealistischen und physikalisch
falschen Transistor-Modells mit dem ominösen "intrinsischen
Emitterwiderstand" re (Kleines Symbol, da es um eine differentielle
Größe geht.)
Erklärung:
Wichtiger Parameter bei jedem BJT als Verstärker ist die Steilheit
gm=d(Ic)/d(Vbe), was weiter nichts ist als die Steigung der
Spannungs-Steuerkennlinie Ic=f(Vbe), die nach Ableitung der
exponentiellen Kennlinie auch geschrieben werden kann als gm=Ic/Vt.
Das ist eigentlich eine völlig logischer Zusammenhang zwischen Spannung
am Eingang uns Strom am Ausgang.
Und es gibt keinen vernünftigen Grund jetzt mit dem Kehrwert re=1/gm ein
neues Modell zu erfinden, bei dem re dann als "intrinsic emitter
resistance"bezeichnet wird.
Das ist erstens verwirrend (wie man hier sehen kann) und zweitens auch
falsch, weil re überhaupt kein Widerstand (mit zwei Polen ist), da er
definiert ist durch einen Strom, der von E nach C fließt, die Spannung
dazu aber zwischen B und E liegt. Außerdem ist es auch nicht richtig,
diese Größe dem Emitter zuzuschlagen. Ein völlig überflüssiges und dem
Verständnis entgegenstehendes Modell (welches allerdings rechnerisch
funktioniert).
Die Verstärkung des einfachen Diff.Verstärkers (ohne die folgenden
Stufen und ohne die Rückkopplung über R4,R5) ist also
Vu=-(1/2)gmRc=-(1/2)IcRc/Vt.
(Dabei ist Ic natürlich der Kollektorstrom durch einen Transistor und
NICHT der Strom Io der gemeinsamen Stromquelle, wie eingangs behauptet).
Allgemeiner Kommentar: Die gesamte Dimensionierung erscheint mir doch
ziemlich rätselhaft - obwohl die Simulation "läuft" (laut Thomas). Bloß
- was heißt das?
Hallo MaWin,
erstmal danke für die ausführliche Antwort. Die Simulation findest du im
Anhang falls du Interesse hast, dir diese mal Anschauen.
Die Schaltung funktioniert in der Simulation, dass bedeutet, dass ich
hier ein Sinussignal von 1 Vpeak einspeisen kann und es um Faktor 10
verstärkt am Ausgang rauskommt.
Lutz V. schrieb:> Die Verstärkung des einfachen Diff.Verstärkers (ohne die folgenden> Stufen und ohne die Rückkopplung über R4,R5) ist also> Vu=-(1/2)gmRc=-(1/2)IcRc/Vt.
Ich habe in einem Elektronikskript den Zusammenhang gefunden.
Vu=Io*RC/2*VT
Mich würde genauer interessieren warum du meinst, dass es falsch ist.
Thomas schrieb:> >> Lutz V. schrieb:>> Die Verstärkung des einfachen Diff.Verstärkers (ohne die folgenden>> Stufen und ohne die Rückkopplung über R4,R5) ist also>> Vu=-(1/2)gmRc=-(1/2)IcRc/Vt.>> Ich habe in einem Elektronikskript den Zusammenhang gefunden.> Vu=Io*RC/2*VT> Mich würde genauer interessieren warum du meinst, dass es falsch ist.
Bei dem Stichwort "Differenzverstärkung" muss man sehr genau aufpassen,
was damit gemeint ist. Es gibt da nämlich zwei unterschiedliche
Definitionen - symmetrisch oder unsymmetrisch:
(1) Symmetrisch: Damit ist der gleichzeitige Betrieb an beiden Eingängen
mit genau entgegengesetzten Vorzeichen gemeint (Gegentakt-Ansteuerung):
Ue1=-Ue2.
* Bezogen auf EINEN Ausgang ist dann
Vu=Ua1/Ue1=-gm*Rc=-IcRc/Vt=-(o,5)Io*Rc/Vt.
* Bezogen auf die Differenz Ua1-Ua2 (wird oft auch so angegeben):
Verstärkung ist doppelt so groß.
(2) Unsymmetrisch:
* Mit Ue2=0 und bezogen auf einen Ausgang ist dann:
Ua1/Ue1=-(0,5)gm*Rc=-(0,5)Ic*Rc/Vt=-(0,25)Io*Rc/Vt.
* Bezogen auf die Differenz Ua1-Ua2 ist die Verstärkung wieder doppelt
so groß.
Kommentare:
* Das alles gilt für Io=2*Ic1,2 und für vernachlässigbaren
Gleichtakteinfluss.
* Der unter (1) erwähnte Gegentaktbetrieb klingt zunächst etwas
unrealistisch (künstlich, theoretisch) - ist aber wichtig für den
allgemeinen Fall mit Ue1 und Ue2 beliebig, weil man so jeden allgemeinen
Fall auf die beiden Sonderfälle "Gegentakt" und "Gleichtakt"
zurückführen kann (Signalanteile werden überlagert).
Lutz V. schrieb:> Wichtiger Parameter bei jedem BJT als Verstärker ist die Steilheit> gm=d(Ic)/d(Vbe), was weiter nichts ist als die Steigung der> Spannungs-Steuerkennlinie Ic=f(Vbe), die nach Ableitung der> exponentiellen Kennlinie auch geschrieben werden kann als gm=Ic/Vt.
Die "alten Säcke" verwenden statt gm als Formelzeichen gerne noch das S
(für Steilheit), setzen Vt (Temperaturspannung) auf praxisgerechte 26mV
und rechnen dann mit der Größengleichung S = 38.5 x Ic/mA (1).
Damit ermittelt man z.B. für eine Emitterstufe (näherungsweise) die
Spannungs-Verstärkung zu A = -S x Rc (2).
Sowas kann SPICE leider nicht vermitteln - ist damit nicht unbedingt
erste Wahl, um Transistorschaltungen zu verstehen.
just my 2ct
- Claudius
(1) noch ältere Säcke rechnen hier mit 39.
(2) eigentlich Rc||rce - rce kann aber oft vernachlässigt werden.
Claudi schrieb:> > Damit ermittelt man z.B. für eine Emitterstufe (näherungsweise) die> Spannungs-Verstärkung zu A = -S x Rc (2).>> Sowas kann SPICE leider nicht vermitteln - ist damit nicht unbedingt> erste Wahl, um Transistorschaltungen zu verstehen.
Simulationsprogramme (z.B. auf SPICE--Grundlage) sind ja auch nicht dazu
da, um das Verständnis zu fördern/entwickeln. Ganz im Gegenteil - man
muss/sollte die prinzipielle Funktion einer Schaltung schon vor der
Simulation verstehen und das wahrscheinliche Ergebnis in etwa
vorhersagen können, um die Plausibilität des Simulationsergebnisses dann
überprüfen zu können.
Da gibt es ja ganz "gefährliche" Fallen - manche schreiben "M" für
"mega" oder verwechseln Spannungs- mit Stromquellen....
Verstaerker.PNG
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