Hallo, ich beziehe mich jetzt mal auf diese Grafik: http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/schalt/02043021.gif Zu R1 und R2: muss an R2 0,7V abfallen oder eine um 0,7V höhere Spannung als die Emitterspannung? Wie berechne ich nun Re und Rc? Und wonach richtet sich die Größe des Koppelkondensators?
Theodor wrote: > Zu R1 und R2: muss an R2 0,7V abfallen oder eine um 0,7V höhere Spannung > als die Emitterspannung? Ja. > Wie berechne ich nun Re und Rc? Re: So dass etwa 1-2V abfallen. Rc: So dass der Arbeitspunkt richtig liegt. In der Praxis liegt dieser meist so, dass Uce in etwa gleich URc ist. Oder, falls die Verstärkung geringer sein soll, dann ist die Verstärkung gleich Rc/Re. > Und wonach richtet sich die Größe des Koppelkondensators? Nach der Frequenz. Aber das steht doch alles auf der Seite wo du das Bild herhast ? http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0204134.htm
ich hatte das Bild von der Seite: http://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0204302.htm Stellt man den Arbeitspunkt nicht über den Spannungsteiler ein? Und um den Widerstand so zu wählen, das 1-2 V abfallen brauch ich ja noch den Strom der durch fliest. WO bekomme ich den her?
Theodor wrote:
> Stellt man den Arbeitspunkt nicht über den Spannungsteiler ein?
Ja, alle 4 Widerstände beeinflussen den Arbeitspunkt.
Üblicherweise sucht man sich den Strom aus den man haben möchte (oder Rc
wenn man einen bestimmten Innenwiderstand des Ausgangs usw. haben
möchte). Damit kann man dann Re berechnen und Rc.
Nun hat man auch URe und Ube, somit Ub gegen Masse. Damit kann man dann
R1 und R2 ausrechnen.
ah jetzt hab ichs ich schau im Datenblatt, was ich für eine Verstärkung benötige les den dafür benötigten Kollektorstrom ab und kann annehmen das IE=IC ist. Dann muss an RE 1-2V abfallen und ich wähle RC so, dass dort der gleiche Strom abfällt. War das jetzt so richtig?
also angenommen ich brauch einen Strom von 5mA. Meine betriebsspannung beträgt 5V 1-2V sollen abfallen sagen wir 1,5V. Dann rechne ich 5V-1,5V=3,5V. Dann R=U/I....R=3,5V/5mA=700Ohm. Das wäre dann RC. Wie komme ich nun aber auf RE?
und jetzt müsste ich den Spannungsteiler so einrichten, das an der Basis 2,2V anliegen oder?
>also angenommen ich brauch einen Strom von 5mA. Meine betriebsspannung >beträgt 5V 1-2V sollen abfallen sagen wir 1,5V. Dann rechne ich >5V-1,5V=3,5V. Dann R=U/I....R=3,5V/5mA=700Ohm. Das wäre dann RC. Wie >komme ich nun aber auf RE? Die Spannung von 3.5V ist fuer den Transistor und den Rc. Um die Aussteuerung symmetrisch zu halten fallen am Rc 3.5V / 2 ab also 1.75V Also ist RC = 1.75V / 5mA = 350 Ohm. An RE fallen 1.5V ab Also ist RE = 1.5V / 5mA = 300 Ohm Nehmen wir an der Transistor hat eine Stromverstaerkung B von 200 dann ist der Basisstrom = 5mA / 200 = 25uA Um nun den Basisspannungsteiler zu berechnen geben wir als Querstrom fuer den Teiler 10 * Ib = 250uA vor. Die Spannung an R2 betraegt URE + 0.7V = 2.2V Daher ergibt sich R2 = 2.2V / 250uA = 8.8 Kohm = 9.1 Kohm Die Spannung an R1 betraegt 5V - 2.2V = 2.8V Der Strom durch R1 ist 250uA + Ib(25uA) = 275uA dadurch ergibt sich R1 = 2.8V / 275uA = 10.1Kohm = 10KOhm Die Verstaerkung betraegt RC / (RE + re) = 350 / (300+5) = 1.14 re ist der innere Emitterwiderstand er berechnet sich folgender massen: re = UT / IC UT = Temperaturspannung 25mV bei Raumtemperatur. Um nun die Verstaerkung zu erhoehen kann man den RE durch einen Kondensator ueberbruecken. Wie geben eine untere Grenzfrequenz von 30 Hz vor. Dadurch ergibt sich C = 1/(2*PI*fg*re) = 1000uF Dadurch erhoeht sich die Spannungsverstaerkung auf RC/re = 350/5 = 70 fach Gruss Helmi
Hallo, ich hab mal versucht das ganze für einen BC546B zu berechnen. Der hat laut Datenblatt eine Stromverstärkung von 330. Da Dürfte ja Re und Rc dennoch gleich bleiben und für den Spannungsteiler komme ich auf R1: 16,9K R2: 14,7k. So richtig?
hallo, ich habe mir mal ne testversion von multisim besorgt und die Schaltung eingegeben. Ich habe mit dem Funktionsgenerator eine Sinusschwingung von 50 Hz an die Basid und gegen masse angelegt. dann habe ich ein oszi zwischen Kollektor und Masse geschaltet heraus kam das: http://i34.tinypic.com/nmcmsi.jpg
>... heraus kam das:
Sieht nach viel zu hoher Eingangsspannung aus, solche Schaltungen sind
im Kleinsignalbetrieb verwendbar. 1Vss ist schon viel am Ausgang.
Ohne C über dem RE ist die Verstärkung nur rund 1 (350/300).
Wie sind denn die DC-Spannungen am C und E?
Mit ueberbrueckten Emitterwiderstand hat das Teil ca. 70 fache Verstaerkung. Der Ausgangspegel kann maximal 3.5Vss betragen (ohne beruecksichtigung von Ucast) . Das heist um denn nicht zu uebersteuern darf am Eingang maximal 3.5Vss/ 70 = 50mVss angelegt werden. Gruss Helmi
was sind Vss? heißt das ich kann auf den eingang maximal eine Schwingung mit einer Amplitude von 50mV geben und bekomme dann 3,5V raus?
ich hab jetzt mal ein Signal von 50Hz und 10mV Amplitude auf den Eingang gegeben. Das Signal ist immer noch Verzerrt und wird eher abgeschwächt als verstärkt. Den Kondensator Parallel zu Re hab ich allerdings erstmal weggelassen. Die Spannung am Kollektor beträgt 5V und am Emitter 2,6nV
>Den Kondensator Parallel zu Re hab ich allerdings >erstmal weggelassen. Dann hast du nur eine Verstaerkung von ungefaehr 1 >Die Spannung am Kollektor beträgt 5V und am Emitter 2,6nV ^^^^^ Wie hast den das gemessen ? nano Volt Bei denn Spannungen wuerde ich sagen stimmt da was nicht im Aufbau. >was sind Vss? Vss oder Vpp ist der Spitze-Spitze oder Peak-Peak wert also der Wert vom negativsten Punkt bis zum positivsten Punkt der Sinus-Schwingung. Beispiel Netzspannung: Der Effektivwert der Netzspannung betraegt 230Veff das ergibt ein Spitzenwert von 325Vs und ein Spitzen-Spitzenwert von 650Vss Gruss Helmi
Also die Schaltung hatte ich mit Multisim simuliert. Mit den Werten die hier im Thread errechnet wurden.
Ich habe das auch mal simuliert . Bekomme allerdings was anders raus. Gruss Helmi
ok. ich hab das Problem ich hatte den Koppelkondensator versessen, weil ich dachte der ist nur dafür da um Gleichstromanteile herauszufiltern. Nur wie berechnet man den? Dann nochwas du hattest glaube beim Spannungsteiler die Falschen widerstände genommen. Beim BC546 waren das ja andere. Vielen Dank schon mal!
ich hatte mich auch vertan der hat doch nur 300 wenn ich das jetzt dem Diagramm richtig entnommen habe.
Berechnung des Koppelkondensators: 1 Ck = ---------------- 2 x Pi x fu x re Ck = Koppelkondensator fu = untere Grenzfrequenz re = Eingangswiderstand der Schaltung re = Parallelschaltung aller Widerstaende im Eingang re = R1 || R2 || (RE*B) B = Stromverstaerkung des Transistors RE = Emitterwiderstand re = 9.1K || 10K || (300 * 200) = 4.4Kohm Ck = 1 / (4400 pi 30 * 2) = 1.2uF >Dann nochwas du hattest glaube beim >Spannungsteiler die Falschen widerstände genommen. Beim BC546 waren das >ja andere. Nicht unbedingt . Ich hatte als Stromverstaerkung ein B von 200 eingesetzt. Wenn der Transistor jetzt mehr hat ist das auch nicht schlimm die Schaltung funktioniert trotzdem. Der Witz an der Sache ist der das man immer die schlechtesten Bauelementeeigenschaft nimmt und damit die Schaltung durchrechnet. In diesem Fall also mit dem geringsten Stromverstaerkungsfaktor. Auch legt man durch Schaltungstechnische Massnahmen die Schaltung so aus das diese Streuung der Parameter die Funktion der Schaltung nur gering beeinflusst. Zum Beispiel habe ich bei der Dimensionierung von R1 u. R2 dort einen 10 mal hoehren Querstrom vorgegeben als durch die Basis abfliest. Dadurch wirkt sich also eine durch Bauelementestreuung verursachte aenderung des Basisstromes sich nur geringfuegig auf die Teilerspannung aus. Auch wirkt sich auf Grund des Emitterwiderstandes RE eine Temperaturbedingte aenderung der Basis-Emitterspanung nur sehr gering auf den Arbeitspunkt der Schaltung aus. Gruss Helmi
hallo, nochmal zum Kondensator parallel zu RE ich habe noch eine andere Formel gefunden: h21e C = ----------------- 2 pi f * (h11e+Ri) wobei Ri der Innenwiderstand des Generators ist.
Diese Formel sagt im prinzip das gleiche aus wie meine. h21e ist deine Stromverstaerkung h11e ist der Eingangswiderstand der Emitterschaltung Ri und h11e liegen ja in Reihe. Der Transistor transformiert aufgrund seiner Stromverstaerkung diesen Widerstand runter. Also wird die Emitterimpedanz: re = (Ri+h11e) /B (h21e). So das ganze gibt dann die Zeitkonstante im Emitterkreis. also wird Ce = 1 / (2*Pi*f*re) b.z.w. Ce = 1 / (2*pi*f*(Ri+h11e)/B) Allerdings ist einfacher diesen differentiellen Widerstand des Transistors zu berechnen zumal dieser re ja vom Kollektorstrom abhaengig ist. Die Kennlinie eines Transistors ist durch folgenden Zusammenhang gegeben: (1) Ic = Is * exp(Ube/UT) Is = Sperrstrom des Transistors Ube = Basis-Emitterspannung UT = Temperaturspannung 25mV bei Raumtemperatur Die Steilheit S eines Transistors ist der Parameter der besagt wieviel sich der Kollektorstrom aendert wenn sich die Basis-Emitterspannung aendert. Also (2) S = dIc/dUbe wie kann man nun S berechnen fuer einen vorgegeben Arbeitspunkt ? wir differenzieren Gleichung 1 und erhalten dIc Is --- = S = -- * exp(Ube/UT) dUbe UT Nun koennen wir in diese Gleichung noch die Gleichung (1) einsetzen und erhalten schlussendlich: S = IC/UT mit dieser Formel ist es moeglich den differentiellen Widerstand des Transistors zu berechnen in Abhaengigkeit vom Arbeitspunkt. also ist re der innere differentielle Emitterwiderstand re = 1/S = UT/IC das ist der Widerstand der die Zeitkonstante im Emitterkreis festlegt. Der Eingangswiderstand (zwischen Basis und GND gemessen) der Schaltung setzt sich zusammen aus rbe = (re + RE) * B dazu kommt noch die Parallelschaltung aus den beiden Spannungsteiler widerstaenden. Das ist der Eingangswiderstand der Schaltung den der Generator als Last sieht. Also re = 25mV / 5mA = 5 Ohm man sieht hier das der differentielle Emitterwiderstand sehr niederohmig ist. In Reihe dazu liegt der aessere Emitterwiderstand RE von 300 Ohm ergibt 305 Ohm Da wir aber eine Stromverstaerkung von 200 haben fliesst in die Basis ein 200 mal kleinerer Strom folglich ist der Eingangswiderstand um den Faktor groesser. 305 * 200 = 61000 Ohm Wechselspannungmaessig liegen dort noch R1 (9.1K) und R2 (10K) parallel ergibt 4419 Ohm Um nun den Koppelkondensator am Eingang zu berechnen gehen wir folgendermassen vor. Die Impedanz des Kondensators sollte kleiner sein als der Eingangswiderstand im interisierenden Frequenzbereich also Xc < 4419 Ohm daraus folgt Ck = 1 / (2*pi*fu*Rein) Rein = 4419 Ohm ist fu die untere Grenze des Frequenzbereiches hier 30Hz Wenn man jetzt den RE mit einem Kondensator ueberbrueckt dann wird der Eingangswiderstand der Schaltung kleiner. Dann liegt nur noch der differntielle re im Emitterkreis und der ist ja sehr niderohmig hier 5 Ohm Damit wird der Basismaesiige Eingangswiderstand jetzt 5 * 200 = 1000 Ohm Also faellt der Widerstand von urspruenglich 61Kohm jetzt auf 1KOhm. Folglich muss jetzt auch der Koppelkondensator groesser werden und der Generator wird mehr belastet. Auf der anderen Seite steigt jetzt die Verstaerkung von vorher 350 Ohm / 300 Ohm = 1.16 auf 350 / 5 = 70 fach. Allerdings nehmen jetzt auch die Verzerrungen zu. Wie gross must jetzt dieser Kondensator sein ? Er must so gross sein das er in die naehe des Emitterwiderstandes re kommt. Also Ce = 1 / (2*pi*fu*re) Bei diesen Berechnungen wird vorausgesetzt der Generatorinnenwiderstand ist hinreichen klein genaug. Tja jetzt haben wir einmal eine Verstaerkung von 1.16 und das andere mal eine von 70. Was machen wir jetzt wenn wir ein V = 10 haben wollen. Nun die Verstaerkung V berechnet sich ja V = RC / (re+RE). RC und re liegen ja fest. RE ebenfalls. Nun rechnen wir mal wie gross muesste re+RE nun sein fuer V = 10: RC/V = (re+RE) 350 / 10 = 35Ohm re ist ja noch immer 5 Ohm also bleibt fuer RE = 30 Ohm ueberig. Diese 30 Ohm muss er aber nur fuer die Wechselspannungssignale haben nicht fuer die Gleichspannung. Also legen wir jetzt parallel zu RE einen Widerstand den wir aber mit einem Kondensator fuer Gleichspannung sperren. Der Gesammtwiderstand soll 30 Ohm sein RE = 300 ohm wie gross must der Widerstand sein damit die Gesammtschaltung 30 Ohm ergibt. 300 Ohm * 30 Ohm / (300 Ohm - 30 Ohm) = 33 Ohm Der Kondensator zur abtrennung der Gleichspannung ergibt sich wieder aus der gleichen ueberlegung das er kleiner sein muss als diese 33 Ohm Ce = 1 / (2*pi*fu*33) = 160uF bei fu = 30 Hz Allerdings aendert sich jetzt auch wieder der Eingangswiderstand zu 30 Ohm * 200 = 6000 Ohm. Ich hoffe du kannst das jetzt alles nachvollziehen. Gruss Helmi
Nur noch mal ne Frage das re beim Koppelkondensator ist nicht das gleiche re wie beim Kondensator parallel zu RE?
Nein ist es nicht . Da habe ich nicht aufgepasst und den anders bezeichnen sollen. Oder andersrum Ich wollte sehen ob du aufpasst. Grinss
Ich hab jetzt mal einen Verstärker gebaut und möchte ein Signal von 7Mhz verstärken. B=300 R1=18,2k R2=9,76k RE=200Ohm fu=6,5MHz Da habe ich für Ce=4,89nF und für Ck=4,26pF. Allerdings geht die Verstärkung jetzt gegen 1...ist das normal?
Hast du denn in echt gebaut oder nur simuliert ? Welchen RC hast du denn genommen ? Oder hast du das Signal an RE abgenommen ? Diese ganzen berechnungen hier beziehen sich so nur auf niederige Frequenzen. Bei hoeheren Frequenzen must du noch parasitaere Kapazitatetn beruecksichtigen. Vor allen dingen die Kapazitatet des Transistors und da besonders die Kapaziataet zwischen Kollektor und Basis. Wenn diese jetzt so um die 4pF hat und die Verstaerkung auf 70 eingestellt ist da liegt ja zwischen den beiden Anschluessen des Kondensators eine 70 mal groessere Eingangsspannung an. Daraus folgt diese 4 pF wirken auf den Eingang wie 4 * 70 = 280pF gegen GND. Da wird eine Kapazitatets vervielfachung gemacht. Diese Kapazitaet hat den Namen Millerkapazitaet. Auch die Kollektor-Emitter Kapazitaet wirkt mit dem RC wie ein Tiefpass. Auch die Stromverstaerkung des Transistor nimmt bei hoehren Frequenzen ab. Die Frequenz bei der diese zu 1 wird nennt man Transitfrequenz. Sie liegt beim BC546 so bei 250 MHz. Deshalb muss man bei Hochfrequenzverstaerkern auch einige Tricks mehr in die Schaltung einbauen. Gruss Helmi
also bei 7 Mhz sollte es doch zu mindestens in der Simulation noch funktionieren oder? Und was kann man denn da noch für Tricks anwenden?
>Da habe ich für Ce=4,89nF und für Ck=4,26pF. Allerdings geht die >Verstärkung jetzt gegen 1...ist das normal? Bei dir ist der Ck zu klein gewaehlt. Du hast vergessen das jetzt die Kapazitaeten des Transistors eine Rolle spielen. Die Eingangskapazitatet des Transistor liegt ja auch noch parallel zum Eingangswiderstand. Je hoehoer die Frequenz wird um so mehr nimmt sie Einfluss auf den Eingangswiderstand. Wenn du es simulierst miss doch einfach mal vor dem Ck und hinter dem Ck die Spannung. Auch sinkt die Stromverstaerkung des Transistors bei hoeheren Frequenzen ab. Die Stromverstaerkung sinkt wie ein Tiefpass 1. Ordnung . Bei der Transitfrequenz des Transistors wird sie zu 1. Die Stromverstaerkung bei einer bestimmten Frequenz kann man mit folgender Formel abschaetzen: B0 B = --------------------- sqrt(1 + (f*B0/ft)^2) Darin ist: B0 die DC Stromverstaerkung B die gesuchte Stromverstaerkung bei der gewuenschten Frequenz f die Frequenz ft die Transitfrequenz (BC546 ca. 250MHz) wenn du jetzt B0 = 300 , ft = 250MHz ,f = 7 Mhz eingibst bekommst du bei 7 MHz eine Stromverstaerkung von ca 35. Das heist dein Emitterwiderstand transformiert sich nicht mit dem Faktor 300 in den Eingangskreis sondern nur noch mit dem Faktor 35. Du siehst also das dein Ck jetzt zu klein dimensioniert ist. Auch dein Ausgangswiderstand RC bildet mit den parasitaeren Kapazitaeten Tiefpassfilter. Was kann man jetzt tuen: 1. Ck groesser machen 2. Um einen stabileren Verlauf der Verstaerkung zu erhalten sollte man die Verstaerkung etwas kleiner waehlen . Also den RE nicht komplett mit einem C ueberbruecken sondern wire oben erwaehnt mit einem RC Glied und die Verstaerkung so auf Faktoren von 5 .. 10 belassen. (Hochfrequenzstufen haben selten groessere Verstaerkungsfaktoren) 3. Man kann in Reihe zum RC eine Spule schalten so das bei hoeheren Frequenzen die Kapazitaeten teilweise kompensiert werden. 4. Man verwendet einen weiteren Transistor und baut eine Kaskodenschaltung oder einen Differenzverstaerker (um die Millerkapazitaet klein zu halten) Gruss Helmi
Hier noch meine Simulation mit etwas geaenderten Werten. Spannungversaterkung bei 7 MHz rund 4.6 was rechnerisch auch hinkommt. 130 Ohm || 200 Ohm = 78.7 Ohm dann noch den re = UT/IC = 5 Ohm in Reihe dazu = 83.7 Ohm. V = 400 / 83.7 = 4.77 stimmt also. Bei diesen Frequenzen sind die Ck und Ce kondensatoren schon so klein das man ohne genau zu rechnen dort einfach einigermassen grosse Werte einsetzen kann. Also alles locker so 10 .. 20 mal so gross wie errechnet. Ce = 1 / (2 x pi x 130 x 7Mhz) = 174 pF * 20 = 3.5nF aufgerundet auf den naechsten Normwert = 4.7nF Eingangswiderstand der Schaltung rund 2KOhm. Das wurde ein Ck von 12pF ergeben. Nehmen wir mal an das die Eingangskapazitaet in der gleichen Groessenordnung ist also so um die 12pF haettest du jetzt einen kapazitiven Teiler gebaut der die Spannung um die haelfte teilt. Damit das nicht passiert waehlen wir ihn viel groesser in meinem Beispiel habe ich 1nF gewaehlt und damit sollte keine kapazitive Teilung des Signales stattfinden.
nur mal ne Frage. Wenn die Stromverstärkung B sich mit der Frequenz ändert müsste ich ja auch den Basisspannungsteiler neu berechnen oder?
>nur mal ne Frage. Wenn die Stromverstärkung B sich mit der Frequenz >ändert müsste ich ja auch den Basisspannungsteiler neu berechnen oder? Nein must du nicht . Wir unterscheiden hier zwischen dem Stromverstaerkungsfaktor fuer DC und den fuer AC. Fuer deinen Spannungsteiler gilt nach wie vor die DC Stromverstaerkung von 300. Nur fuer die Impedanztransformation der Ein / Ausgangswiderstaende .b.z.w. fuer die Signalverstaerkung gilt dann die reduzierte AC Signalverstaerkung. >Ach ja und wo kommt die 300 her in deiner Berechnung von CE? Wo meinst du jetzt ?
"Ce = 1 / (2 x pi x 130 x 7Mhz) = 174 pF * 20 = 3.5nF aufgerundet auf den naechsten Normwert = 4.7nF" Dort die 130 das ist ja scheinbar der Widerstand den du vor den CE geschaltet hast. Wozu eigentlich= Um die Verstärkung zu begrenzen? Aber müssten es dann in der Rechnung nicht 135 sein wegen re?
>Wozu eigentlich= Um die Verstärkung zu begrenzen? Ja um die Verstaerkung zu begrenzen b.z.w. auf einen definierten Wert zu bringen. Ein Verstaerker hat ein Verstaerkungs-Bandbreiteprodukt. Das heist es gibt eine Frequenz wo die Verstaerkung nur noch 1 betraegt. Man kann jetzt Verstaerkung gegen Bandbreite eintauschen und umgekehrt. Da heist wenn ich einen Verstaerker haben will der eine groessere Bandbreite haben soll kann ich das auf Kosten der Verstaerkung machen. Auch ist eine Verstaerker dessen Verstaerkung nur durch den re definiert ist schlecht reproduzierbar b.z.w. hat aufgrund der fehlenden Gegenkopplung hohe Verzerrung (Klirrfaktor). Die Verzerrungen werden umso geringer je grosser das Verhaeltnis von Gegengekoppelter Verstaerkung (also mit RE) zu der Maximalen Verstaerkung ist (wo nur der re massgeben ist). >Aber müssten es dann in der Rechnung nicht 135 sein wegen re? Nein es ist 130 Ohm. | re | +----+ | | RE RE2 | | | Ce | | GND GND re = 5 Ohm RE = 200 Ohm RE2 = 130 Ohm Ce = 4.7nF die Verstaerkung berechnet sich doch aus RC / (re + (RE||RE2)) Damit diese Formel gueltig ist muss gelten das RE2 < Xce wird also Ce = 1 / (2*pi*130*fu) Allerdings macht der unterschied zwischen 130 und 135 aber auch nicht viel aus. Klirrfaktor: Wenn man an dem Eingang ein Signal Ue = Udc + Ue*sin(wt) gibt und dies in die Formel IC = Is * exp(Ube/UT) einsetzt erhaelt man IC = Is x exp(Udc/UT) x exp(Ue*sin(wt)/UT) von der zweiten e-funktion wird jetzt eine Potenreihenentwicklung gemacht Ue Ue^2 1 + -- x sin(wt) + ------- x (1-cos(2wt) + .... UT 4 x UT^2 daraus entnehmen wir die Grundschwingung Ue/UT * sin(wt) die 1. Oberschwingung Ue^2 / 4*UT^2 * (1-cos(2wt)) und setzen sie ins Verhaltnis K = Ue / (4*UT) Wir sehen aus der Gleichnung jetzt das der Klirrfaktor abhaengig von der Eingangsamplitude ist. Wie gross darf jetzt die Eingangsamplitude maximal werden fuer 1% Klirrfaktor ? 1% = 0.01 also Ue / (4*UT) = 0.01 umgestellt nach Ue = 0.01 x UT x 4 = 1mV Wenn also der Klirrfaktor 1% nicht uebersteigen darf dann darf bei der Schaltung mit ueberbrueckten RE das Signal nicht grosser als 1mV werden. Das ist allerdings ein Theoretische Betrachtung wo noch andere Faktoren wie Basisbahnwiderstand unberuecksichtig bleiben. Wenn wir jetzt den RE nicht ueberbruecken kann unsere Eingangsspannung fuer einen gegebenen Klirrfaktor groesser werden weil dort die Spannung an der Basis -Emitterstrecke jetzt kleiner wird . Die Spannung an RE wirkt dieser Spannung ja entgegen. In unserem Fall wird die Spannung an der Basis um den Faktor (200 Ohm / 5 Ohm) +1 = 41 heruntergeteilt. Also kann jetzt die Eingangsspannung um den Faktor 41 groesser sein bei gleichem Klirrfaktor in dem Fall 41mV. Im realen Fall wird der Klirrfaktor allerdings gemessen und duerfte aufgrund der linearisierden Eigenschaften der inneren Bahnwiderstaende auch kleiner als errechnet sein. Gruss Helmi
also ich kann die 135 immer noch nicht nachvollziehen. RE ist ja parallel zu RE2 und zum Kapazitiven Widerstand. Das ganze in Reihe zu re. Da komme ich auf 85 Ohm. Kannst du mir das nochmal erklären. Zu der Bandbreite. Wie gehe ich da vor, wenn der Verstärker nur eine ganz bestimmte Frequenz verstärken soll?
>also ich kann die 135 immer noch nicht nachvollziehen. RE ist ja >parallel zu RE2 und zum Kapazitiven Widerstand. Ich habe gesagt Verstaerkung = ca. 5 fach V = RC / (Gesammtwiderstand aller Emitterwiderstaende) Rg = RC/ V = 400 / 5 = rund 80 Ohm Also muessen 80 Ohm im Emitterkreis liegen. Der innere re = UT/IC = 5 Ohm Bleiben jetzt noch 75 Ohm fuer die beiden auesseren Widerstaende 200 Ohm hat ja schon der RE dan bleiben fuer den RE2 = 120 .. 130 Ohm den RE || RE2 sollte ja so um die 75 Ohm haben. Nun habe ich RE2 = 130 Ohm gewaehlt Die 135 hast du ausgerechnet indem du noch den re addiert hast Wie gehe ich da vor, wenn der Verstärker nur eine ganz bestimmte Frequenz verstärken soll Dann kommt man zum Frequenzselektiven Verstaerker. Wenn du jetzt anstatt den Kollektorwiderstand RC einen Parallelschwingkreis einbaust ist dem seine Impedanz fuer die Resonanzfrequenz gross und fuer alle anderen klein. Folglich verstaerkt die Stufe nur diese Frequenzen die in den durchlassbereich des Schwingkreises fallen. Allerdings must du die Auskopplung an diesen Schwingkreis hochohmig herstellen um ihn nicht zu bedaempfen. Desweiteren besteht auch noch ein problem der Instabilitaet der Stufe beding durch die Kollektorbasis Kapazitaet. Wenn die Guete des Schwingkreises zu gross ist kann es sein das die Stufe schwingt. Also aus dem Verstaerker ein Oszillator wird. Man kann das ganze jetzt mit einem gegenpasigen Signal kompensierern (neutralisieren). Aber die Bauteile dazu (Kondensator) ist ein wenig schwierig zu berechnen wei man die genauen Transistorwerte nicht hat (die ja auch noch von exemplar zu exemplar streuen und auch noch zum Teil spannungsabhaengig sind). Frueher hat man dazu ein gegenpasiges Signal vom Schwingkreis ueber einen kleinen C auf die Basis gefuehrt. Heute macht man so was anders entweder einen Kaskodenverstaerker oder einen Differnzverstaerker. Bei denen ist diese innere Rueckwirkung verschwindent gering so das hier nicht neutralisiert werden braucht. Auch Doppelgate Mos Transistoren (BF998) sind dafuer hervorangend geeignet. Auch geht man heute dazu ueber die gesammt Filterschaltung in einem Block zu realisieren und dann das Signal erst zu verstaerken. Der Grund dafuer ist in den Keramischen Filtern zu suchen wo das ganze abgleichlos realisiert wird und die vor dem eigentlichen Verstaerker geschaltet werden. Auch die berechnung der Filterschaltungen aus L und C ist ein Kapitel fuer sich und wird meistens ueber Tabellenbuecher realisiert. In diesen Tabellen stehen dann die normalisierten Bauteilwerte die nur noch auf die entsprechende Frequenz umgerechnte werden muessen. Im Niederfrequenzbereich bediennt man sich der sogennannten Aktiven Filterschaltungen. Bei denen werden durch entsprechende Gegenkopplungsmassnahmen die entsprechenden Frequenzgaenge realisiert. Und zu guter letzt ist es durch die immer schnelleren werdende DSP es moeglich die Filtererung rein in Software zu realisieren. Der bedeutenste Vorteil dadurch Absolut Frequenzstabil und abgleichfrei. Aber das sind jetzt Themen wo man mehrere Buecher mit fuellen koennte.
Hallo, ich habe mal probiert einen Selektivverstärker zu berechnen. Der Schwingkreis besteht aus C=17pF und L=30.4uH. RE und der Spannungsteiler dürften ja so erhalten bleiben. RE wird ja nur durch den Schwingkreis ersetzt. In der Simulation sieht auch alles ganz gut aus. Muss ich noch was bei der Berechnung beachten? Den 130Ohm Widerstand habe ich nun erstmal weg gelassen.
>RE und der Spannungsteiler dürften ja so erhalten bleiben. JA Der Schwingkreis besteht aus C=17pF und L=30.4uH. Etwas unguenstige Werte fuer 7MHz. Durch das kleine C von 17pF hauen dir die Transistorkapazitaeten zu sehr darein. Besser C 10 mal grosser nehmen und L dementsprechend kleiner. Auch beim L hast du bei so grossen Werten Probleme da eine Spule auch parasitaere Kapaziataeten hat. >RE wird ja nur durch den Schwingkreis ersetzt. Du meinst RC ? Unten im Emitterkreis nuetz der Schwingkreis dir nicht viel. Da wird er durch den re zu sehr belastet und ist dementsprechend sehr breitbandig. >Muss ich noch was bei der Berechnung beachten? Naja deine Guete b.z.w Bandbreite deines Schwingkreises und dadurch deine Verstaerkung der Stufe haengen sehr von parasitaeren Elementen ab. Die Guete (Verlustwiderstand) deiner Spule ist das Problem dabei. Gruss Helmi
Hallo, natürlich habe ich RC gemeint, hatte mich nur vertippt. Nur noch ne frage dazu...wenn ich das ganze einfach ersetze ist doch nicht gewährleistet, dass über dem Schwingkreis und CE die gleiche Spannung abfällt und die Ansteuerung somit Symmetrisch ist. Ich hätte auch Interesse an einem Kaskodenverstaerker, Differnzverstaerker. Ist so etwas schwer zu berechnen? Gruß Theodor
>wenn ich das ganze einfach ersetze ist doch nicht >gewährleistet, dass über dem Schwingkreis und CE die gleiche Spannung >abfällt und die Ansteuerung somit Symmetrisch ist Am Schwingkreis steht die doppelte Spannung an wie an einem ohmischen Widerstand. Vorraussetzung dafür das die Verluste im Schwingkreis kleiner sind als die Energie die ihm zugeführt wird. Quasi ergänzt der Kreis die andere Halbwelle. Versuch das mal im Simulator. >Ich hätte auch Interesse an einem Kaskodenverstaerker, >Differnzverstaerker. Ist so etwas schwer zu berechnen? Nicht wirklich. Wenn man einmal die Grundbegriffe begriffen hat und weiss wo die Probleme mit der einfachen Schaltung liegen. Ich werde da mal was vorbereiten. Gruss Helmi
So nun zur Kaskodenschaltung. Wie ich oben schon erwähnt habe begrenzt die obere Grenzfrequenz der Emitterschaltung die sogenannte Millerkapazität. Diese Kapazität wird um so grösser je höher die Spannungsverstärkung der Stufe ist. Die Grenzfrequenz der Stufe wird durch den Innenwiderstand der Quelle und der Eingangskapazität der Stufe bestimmt . Sie bilden einen Tiefpass. Diese Eingangskapazität setzt sich zusammen aus der Basis-Emitterkapazität und der Basis-Kollektor Kapazität multipliziert mit der Spanungsverstärkung. Wie kann man nun diese Millerkapazität klein halten ? Wie wir wissen beträgt die Spannungsverstärkung der Emitterschaltung V = RC/RE. Um nun die Spannungsverstärkung klein zu halten muss man RC klein machen. Genau das macht der Transistor Q2. Durch ihn fliesst der gleiche Strom wie durch Q1. Dadurch wird sein differentieller Emitterwiderstand re = UT/IC. Dieser Widerstand ist im Prinzip der Arbeitswiderstand von Q1. Da dieser Widerstand klein ist wird auch die Millerkapazität klein. Die eigentliche Verstärkung der Stufe macht jetzt Q2 da dessen Arbeitswiderstand wesentlich grösser als re ist. Nur bei diesen Transitor Q2 wirkt sich die Millerkapazität ebenfalls nicht aus da seine Basis über den Kondensator Q1 auf GND liegt. Dadurch wird die Spannungsverstärkung der Stufe mit überbrückten RE1 zu V = RC / re b.z.w. ohne oder mit Teilweisen überbrückten RE1 zu V = RC / (re + RE1 || RE2) . Also die gleichen Verhältnisse wie bei der Emitterschaltung. Der Transistor Q2 ist überigens in Basisschaltung weil das Signal am Emitter eingespeisst wird b.z.w. die Basis über C1 auf GND liegt. Der Transitor Q1 selber hat keine Spannungsverstärkung er dient lediglich dazu den niederohmigen Eingangswiderstand von Q2 hochzutransformieren. Die Kaskodenschaltung wird meistens im HF Bereich benutzt. Wie dimensioniert man nun diese Schaltung. Als erstes legt man den Arbeitswiderstand RC fest . Sein Wert wird aus der am Kollektor von Q2 liegenden parasitären Kapazitäten bestimmt die mit ihm den Ausgangsseitigen Tiefpass bestimmen. Nehmen wir mal an die parasitären Kapazitäten betragen zusammen ca. 10 pF und die obere Grenzfrequenz soll 50 Mhz betragen. Dann wird RC = 1 / (2 pi fo * CL) mit fo = obere Grenzfrequenz 50MHz CL = Lastkapazität 10pF Dann wird RC = 318 Ohm gewaehlt 300 Ohm Wir wollen eine Maximale Amplitude am RC von ca. 4Vss erzielen. Wir legen jetzt das Kollektorpotential auf 8V fest und die Betriebsspannung auf 12V So haben wir bei Vollaussteuerung noch ca. 2V Reserve zur Betriebsspannung. Jetzt können wir den Kollektostrom berechnen IC = (12V - 8V) / RC = 13.3 mA Für den Emitterwiderstand RE1 legen wir wie bei der Emitterschaltung ein Potential von 1V fest. dadurch wird RE1 = 1V / 13.3mA = 75 Ohm der differentielle Emitterwiderstand re betraegt re = 25mV / 13.3 mA = 1.8Ohm Dadurch ergibt sich jetzt eine Spannungsverstärkung von V = RC / (RE1 + re) = 3.9 Wir wollen nun eine Verstärkung von 10 erzielen dadurch muss unsere Gesammtwiderstand am Emitter von Q1 folgenden Wert bekommen: re + RE1 || RE2 = RC / V = 300 / 10 = 30 Ohm da re und RE1 bereits festliegen müssen wir RE2 bestimmen. RE2 = 45 Ohm gewählt 47 Ohm Kondensator CE wird nach der unteren Grenzfrequenz der Stufe bestimmt Die ist dann erreicht wenn CE = RE2 wird (-3db) Also wird CE = 1 /(2*pi*fu*RE2) = 3.3uF bei einer angenommen fu von 1000Hz Basisspannungteiler: Das Basispotential von Q1 beträgt 1V + 0.7V = 1.7V Da die Basis-Kollektorkapazität von Q1 Spannungabhängig ist und umso kleiner wird je höher das Kollektorpotential von Q1 wird auf der anderen Seite die Aussteuerbarkeit von Q2 eine Maximale höhe nicht überschreiten lässt lassen wir an Q2 eine Spannung von 4 V abfallen. Dadurch wird das Kollektorpotential von Q1 = 4V und damit das Basispotential von Q2 = 4.7V Ferner nehmen wir an das die Gleichstromverstärkung der beiden Transistoren ca. 200 beträgt und der Querstrom durch den Basis Spannungsteiler wie üblich bei 10 liegt. Dann wird IB = IC / B = 13.3mA / 200 = 66.5 uA Also fliest durch R1 IB * 10 = 665uA und dadurch wird R1 = 1.7V / 665uA = 2.55 Kohm An R2 fallen ab 4.7V - 1.7V = 3V durch R2 fliessen IB * 10 + IB = 731 uA R2 = 3V / 731uA = 4.1KOhm An R3 fallen ab 12V - 4.7V = 7.3V durch R3 fliessen IB * 10 + 2 *IB = 798uA R3 = 7.3V / 798uA = 9.1KOhm Der Kondensator C1 wird so dimensioniert das er praktisch einen Kurzschluss darstellt. C1 = 1 /(2*pi*fu*re*B) = 470nF Ich hoffe das du damit klar kommst. Gruss Helmi
@ Helmut Lenzen (helmi1), Vielen Dankk fuer den bisher sehr ausfuehrlichen Lehrgang. Eine kleine Anmerkung. Passive Filter wurden wie gesagt bis anhin mit Tabellen, normierten Frequenzen, Tiefpass-Hochpass, Tiefpass-Bandpasstransformation erledigt. Das war unheimlich muehsam, speziell, da man die Werte nicht alle kaufen konnte. Nun habe ich ein Programm gefunden : Elsie von Tonnesoftware.de. Die Studentenversion ist downloadbar. Leider ist es noch eine aufgebohrte DOS version, dh die App will Fullscreen sein und solche Details. Die Software in der Studentenversion erlaubt passive Filter bis 7.Ordnung zu rechnen und zu optimieren. Ich kann zb schauen, mit welcher Ordnung und welchen Typ man bei 3*F0 40dB schafft. Dann ins Schema, dort die Kondensatoren auf E3er (10, 22, 47) Reihe abgleichen waehrend ich den Frequenzgang betrachte. Und wenn mir nicht passt, dass die Eingangsimpedanz auf 10 Ohm einbricht, dann kann ich diesen Einbruch auf Kosten von was anderem wegoptimieren. Aeh.. nun weiter mit dem Lehrgang.
Wie ich das begriffen habe, bietet der Kaskode Verstaerker eine genuegend hohe Eingangsimpedanz, eine hohe Verstaerkung und eine hohe Bandbreite, die Kombination der beiden Transistoren erlaubt eine Vielzahl von Parametern zu optimieren. Ich werd da mal ein paar Simulationen laufen lassen muessen.
Ja so ist das es werden mehrere Parameter optimiert. Es gibt auch noch einen Kaskodenverstärker mit einem NPN und einem PNP Transistor. Gruss Helmi
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