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Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Frage zu zum Transistorverstärker in Emitterschaltung


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von Peter H. (borntopizza)


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Hi,

ich hätte mal eine Frage zu einer Aufgabe zum Transistorverstärker in 
Emitterschaltung.

Die Aufgabe: Es wird am Emitter eine Spannung von 0,4V gegen Masse 
gemessen. Die Betriebsspannung beträgt 10V. Der Arbeitspunkt wurde auf 
maximale Aussteuerbarkeit eingestellt. Welche Spannung liegt am 
Kollektor?

Ich hätte gesagt 5V gegen Masse. In der Lösung steht aber dass der 
Arbeitspunkt so eingestellt wird, dass UCE=Ub/2 also 5V beträgt.

Wenn ich sage, dass UCE=4,6V ist und R2=1k ist, dann wäre R1=80.
Wenn T leitet wäre UR1=0,74V und UR2=9,26V.
Wenn T sperrt werden ja am Kollektor ca. 10V gemessen.
Dann würde ich sagen dass die Ausgangsspannung vor C2 von 0,74V bis 10V 
hochgeht. Also ca. 9,26V Spitze Spitze.

Wenn ich sage, dass UCE=5V ist und R2=1k ist, dann wäre R1=86,96.
Wenn T leitet wäre UR1=0,8V und UR2=9,2V.
Wenn T sperrt werden ja wieder ca. 10V am Kollektor gemessen.
Dann würde ja die Ausgangsspannung vor C2 von 0,8V bis ca. 10V betragen.
Und das wären ca. 9,2V Spitze Spitze.

Ich verstehe nicht warum man da sagt, dass UCE=5V ist, obwohl ja die 
Ausgangsspannung so gesehen etwas kleiner ist. Also U Spitze Spitze am 
Kollektor vor dem Koppelkondensator.

Vielleicht könnt Ihr mir das erklären :-)

Danke und viele Grüße
Peter

von A. H. (pluto25)


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Um es zu vereinfachen.
Sag 5,4V gegen Masse und Endlosdiskusionen gehen los. Obwohl es 
richtiger wäre.

von Peter H. (borntopizza)


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A. H. schrieb:
> Um es zu vereinfachen.
> Sag 5,4V gegen Masse und Endlosdiskusionen gehen los. Obwohl es
> richtiger wäre.

Also was ist jetzt richtig und wieso?

von Dieter (Gast)


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Peter H. schrieb:
> Ich hätte gesagt 5V gegen Masse. In der Lösung steht aber dass der
> Arbeitspunkt so eingestellt wird, dass UCE=Ub/2 also 5V beträgt.

Das ist die Auswendiglernlösung, die eine grobe Näherung ist, aber unter 
Berücksichtigung von Widerstandswerten mit 5...10% Toleranz in Ordnung 
ist. Der Gegenkopplungswiderstand am Emitter wird dabei meist 
vernachlässigt, sofern dieser Spannungsabfall recht klein gegenüber Ub 
ist.

Es ist nur Mist, wenn das der Lehrer oder Lehrende nicht versteht und es 
daher als Fehler moniert.

Daher stelle doch mal die Fangfrage, wie die Lösung wäre, wenn an R1 3V 
abfallen würde.

von c r (Gast)


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Dieter schrieb:
> Daher stelle doch mal die Fangfrage, wie die Lösung wäre, wenn an R1 3V
> abfallen würde.

Den Notengeber in eine Situation zwingen, wo er Schwierigkeiten hat sein 
Unvermögen zu verstecken, ist taktisch eher unklug.

Das gilt von der ersten Klasse bis zur Rente.

von HildeK (Gast)


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Richtiger wäre: man zieht die Spannung an R1 von UB ab und teilt den 
Wert durch 2. Dann ist diese Spannung im Ruhezustand an UCE und an R2 zu 
finden.
Das Potential am Kollektor liegt dann bei 5.2V.

von Peter H. (borntopizza)


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HildeK schrieb:
> Richtiger wäre: man zieht die Spannung an R1 von UB ab und teilt
> den
> Wert durch 2. Dann ist diese Spannung im Ruhezustand an UCE und an R2 zu
> finden.
> Das Potential am Kollektor liegt dann bei 5.2V.


Also wären 5,2V am besten, weil der Sinus dann von den 5,2V noch 4,8V 
nach oben kann und auch 4,8V nach unten (weil URE=0,4V)?

von Peter H. (borntopizza)


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Halt ne die 5,4 V sind schon richtig. Hab die Werte mal nachgerechnet 
und bei der Spannung kann der Sinus genau so weit nach oben "wandern" 
wie nach unten.

Also genau 4,6V nach oben und 4,6V nach unten.

von HildeK (Gast)


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Peter H. schrieb:
> Also wären 5,2V am besten, weil der Sinus dann von den 5,2V noch 4,8V
> nach oben kann und auch 4,8V nach unten (weil URE=0,4V)?

Ja, das war meine Überlegung, die aber leider nicht beinhaltet hat, dass 
der Transistor zwischen C und E nicht auf 0V kommt. Und das ist auch das 
Problem, denn wie klein U_CE wirklich werden darf, ohne dass es zu 
Verzerrungen kommt, ist schwer zu sagen; 200mV oder doch besser 500mV 
oder noch mehr? Mit Begründung kann man da einen Wert annehmen und den 
berücksichtigen; geht man von 500mV aus, dann erhöhen sich die 5.2V noch 
um 500mV/2.
Außerdem: niemand wird den Transistor so hoch aussteuern, dass er am 
Ausgang den maximal möglichen Swing macht, dafür ist die 
Emitterschaltung nicht wirklich geeignet - das Stichwort 'Verzerrungen' 
habe ich schon genannt.
Dann ist es auch kaum möglich, diesen Punkt stabil einzustellen, schon 
der Temperaturgang der BE-Diode macht einem einen Strich durch die 
Rechnung.
Natürlich ist der Arbeitspunkt durch den Emitterwiderstand wesentlich 
stabiler als ohne ihn, aber eben nicht absolut stabil.
Es sind also alles idealisierte Überlegungen.

Praktisch würde ich das Kollektorruhepotential etwas oberhalb der halben 
Betriebsspannung ansetzen (hier ≈ 5.5-6V), eben weil noch was am 
Emitterwiderstand abfällt. Und ob U_C nun 1V mehr oder weniger in der 
Praxis ist: man steuert ja nur Kleinsignale aus. Und ganz pragmatisch 
nimmt man die halbe Betriebsspannung, so wie in deiner Lösung.

Ich weiß schon, du hast eine Aufgabe vor dir, die du lösen willst. 
Meiner Ansicht ist die Aufgabe nicht ganz glücklich gestellt in Betracht 
der vorgegebenen Lösung. Es ist eben unklar, ob der Aufgabensteller auf 
Feinheiten aus ist oder nur eine grobe pragmatische Lösung sehen will.

von HildeK (Gast)


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Vergessen: der Emitter folgt direkt der Eingangsspannung. Das heißt, 
wenn das Eingangssignal ein Maximum hat, hat auch das Potential des 
Emitters ein Maximum und nicht mehr nur 400mV. Das verschiebt den 
optimalen Arbeitspunkt noch weiter nach oben.

von Letztsemester (Gast)


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HildeK schrieb:
> Es ist eben unklar, ob der Aufgabensteller auf
> Feinheiten aus ist oder nur eine grobe pragmatische Lösung sehen will.

E-Technik Studium in a nutshell :)

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Dieter schrieb:
> Peter H. schrieb:
>> Ich hätte gesagt 5V gegen Masse. In der Lösung steht aber dass der
>> Arbeitspunkt so eingestellt wird, dass UCE=Ub/2 also 5V beträgt.
>
> Das ist die Auswendiglernlösung, die eine grobe Näherung ist

Wieso das? Die maximale Aussteuerbarkeit wird mit U_ce = U_b/2 
erreicht. Da ist nichts genähert. Und schon gar nicht grob.

> unter
> Berücksichtigung von Widerstandswerten mit 5...10% Toleranz in Ordnung
> ist.

Was hat das mit der Dimensionierung zu tun? Toleranzen und die E-Reihe 
betrachtet man als Praktiker zwar auch, aber erst in einem zweiten 
Schritt.


Peter H. schrieb:
> Wenn ich sage, dass UCE=4,6V ist und R2=1k ist, dann wäre R1=80.
> Wenn T leitet wäre UR1=0,74V und UR2=9,26V.
> Wenn T sperrt werden ja am Kollektor ca. 10V gemessen.
> Dann würde ich sagen dass die Ausgangsspannung vor C2 von 0,74V bis 10V
> hochgeht. Also ca. 9,26V Spitze Spitze.

Das ist nicht korrekt. U_c = U_a kann zwar zwischen 0.74V und 10V 
pendeln, der Arbeitspunkt mit U_c = 5.0V liegt aber nicht in der Mitte 
zwischen diesen beiden Werten. Der Aussteuerbarkeitsbereich ist nicht 
symmetrisch, eine Halbwelle (die negative) begrenzt eher. Ohne in die 
Begrenzung zu laufen, kommst du nur auf (5.0V - 0.74V) * 2 = 8.52V 
Spitze-Spitze.

> Wenn ich sage, dass UCE=5V ist und R2=1k ist, dann wäre R1=86,96.
> Wenn T leitet wäre UR1=0,8V und UR2=9,2V.
> Wenn T sperrt werden ja wieder ca. 10V am Kollektor gemessen.
> Dann würde ja die Ausgangsspannung vor C2 von 0,8V bis ca. 10V betragen.
> Und das wären ca. 9,2V Spitze Spitze.

Das stimmt. U_c kann von 0.8V über den Arbeitspunkt bei 5.4V bis 10V 
pendeln. Der Arbeitspunkt liegt genau in der Mitte mit 4.6V in beiden 
Richtungen.

von Peter H. (borntopizza)


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> Das stimmt. U_c kann von 0.8V über den Arbeitspunkt bei 5.4V bis 10V
> pendeln. Der Arbeitspunkt liegt genau in der Mitte mit 4.6V in beiden
> Richtungen.

Danke, ich habs in meiner letzen Antwort eigentlich genau so 
geschrieben. Jetzt macht doch alles Sinn. :-)

von Dieter (Gast)


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Axel S. schrieb:
> Dieter schrieb:
>> Peter H. schrieb:
>>> Ich hätte gesagt 5V gegen Masse. In der Lösung steht aber dass der
>>> Arbeitspunkt so eingestellt wird, dass UCE=Ub/2 also 5V beträgt.
>>
>> Das ist die Auswendiglernlösung, die eine grobe Näherung ist
>
> Wieso das? Die maximale Aussteuerbarkeit wird mit U_ce = U_b/2
> erreicht. Da ist nichts genähert. Und schon gar nicht grob.

Simulator anwerfen und dann mal durchspielen.

Erstens, man kann an die Basis voll auf Masse legen. Dann ist T zu und 
es wird Ub erreicht, da I-->0 auch der Spannungsabfall U-->0 am 
Collektorwiderstand strebt.

Der Arbeitspunkt ist so eingestellt, dass über dem Emitter schon mal 
0,4V abfallen. Nun wird der Transistor voll geöffnet. Das bedeutet, dass 
über dem Transistor noch der Basisstrom und der Kollektorstrom abfallen. 
Für nache Ub/2 am Kollektorausgang wäre das fast eine Verdoppelung des 
Stromes im voll durchgeschalteten Zustand. Also ca. 0,8V am 
Emitterwiderstand. Aus dem Kennlinienfeld wäre noch die 
UCE-Sättigungsspannung von 0,2V zu addieren. Somit wäre man bei ungefähr 
1V am Collektor. Der Gesamthub wäre also 9V. Damit müssen zwischen UCE 
4,5V abfallen.

Und jetzt das ganze mit einen Spannungsabfall von 2V am 
Emitterwiderstand.

Erstens, man kann an die Basis voll auf Masse legen. Dann ist T zu und 
es wird Ub erreicht, da I-->0 auch der Spannungsabfall U-->0 am 
Collektorwiderstand strebt.

Der Arbeitspunkt ist so eingestellt, dass über dem Emitter schon mal 
2,0V abfallen. Nun wird der Transistor voll geöffnet. Das bedeutet, dass 
über dem Transistor noch der Basisstrom und der Kollektorstrom abfallen. 
Für nahe Ub/2 am Kollektorausgang wäre das fast eine Verdoppelung des 
Stromes im voll durchgeschalteten Zustand. Also ca. 4V. Es sind aber nur 
ungefähr das 1.6 fache. Also ca. 3,4V am Emitterwiderstand. Aus dem 
Kennlinienfeld wäre noch die UCE-Sättigungsspannung von 0,2V zu 
addieren. Somit wäre man bei ungefähr 3,6V am Collektor. Der Gesamthub 
wäre also 6.4V. Damit müssen zwischen UCE 3,2V abfallen.

von Dieter (Gast)


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Ohne den Emitterwiderstand (R1=0) würde erreicht 10V und 0.2V 
(Sättigungspannung U_CE) am Ausgang, d.h. 9,8V Hub. Die Mitte wäre 
10-9,8/2 = 5,1V. Also müssen in dem Falle 5.1V am Transistor abfallen. 
Ohne Sättigungsspannung, idealer Transistor wären es 5,0V

Bei den obigen Werten ist noch ein Fehler drinnen. Es fehlt noch 
indirekt die Subtraktion des Spannungsabfalles am Emitterwiderstand.

10-9/2=5,5
5,5-0,4=5,1

10-6,4/2=6,8
6,8-2=4,8
Müßte auch 5,1 sein.

*** Sehe gerade meinen Fehler. ***

Die Graphik erklärt es genau, warum es genau Ub/2 oder Ub/2-U_CEsat/2 
sind.

von von Lehrern ebfs. gebranntes Kind (Gast)


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c r schrieb:
> Dieter schrieb:
>> Daher stelle doch mal die Fangfrage, wie die Lösung wäre, wenn an R1 3V
>> abfallen würde.
>
> Den Notengeber in eine Situation zwingen, wo er Schwierigkeiten hat sein
> Unvermögen zu verstecken, ist taktisch eher unklug.
>
> Das gilt von der ersten Klasse bis zur Rente.

Ja. Die wenigsten sind bereit, sich selbst (vermeintlich) 
herabzuwürdigen, indem sie praktisch einen Fehler zugeben und den 
Schüler dafür noch loben.
(Wenn derjenige denn überhaupt seinen Fehler einsähe - was auch nicht
sicher ist, und auch nicht, wie er darauf reagierte...)

Klüger:

Beide (bzw. bei Auswahl von noch mehr Möglichkeiten als nur zw. 
pragmatisch und technisch präzise/korrekt: evtl. sogar mehrere) Lösungen 
präsentieren,
aber nicht "vor ihm (ihr) stehend und interessante Reaktionen 
erhaschend",
sondern ihn/sie sich -räusper: bei Bedarf, also sofern damit 
überfordert- ganz in Ruhe alleine und ungesehen "blöd vorkommen zu 
lassen".

So steigt die Wahrscheinlichkeit einer positiven Resonanz doch sehr.

(Außer bei Lehrenden mit ernstzunehmenden psych. Problemen, die auch am 
nächsten Tag noch nichts "verarbeitet" haben, und "die Sau rauslassen",
nachdem sie sich ja gestern kurz mal schlecht(er) fühlen mußten, evtl.)

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