Dimensionierung Basisschaltung

[Peter (david_h88)]

Hey Leute,

ich habe die im Anhang befindliche Basisschaltung aus den Netz bezogen 
und möchte nun die Bauteilwerte berechnen. Um die Berechnung auf bereits 
bekannte Formeln zu beschränken, habe ich die Basisschaltung in eine 
Emiterschaltung umgezeichnet  (Siehe „Basisschaltung_vorb.asc“). Die 
Werte für Ic, Uce und Ib habe ich aus einem LTSpice-Plot gewonnen (Siehe 
Anhang), da  in den Datenblättern zum 2N3904 auf www.alldatasheet.com 
(https://www.alldatasheet.com/datasheet-pdf/download/15077/PHILIPS/2N3904.html) 
nicht ausreichend viele Werte enthalten waren. Für Ic habe ich 
entsprechend 3,3mA, Ib=10µA und Uce=0.6V angesetzt und mit Maschenregel, 
ohmschen Gesetz und der Annahme, dass Uc1 sich auf 9V auflädt, Ie 
annähernd gleich Ic ist, und über Ube ungefähr 0,7V abfallen, die Werte 
für Rc, Re berechnet. (Re=(Uc1-Ube)/Ie ; Rc = (Ub-Uce-Ure)/Ic)
Für den Basisspannungsteiler aus R1 und R2 nimmt man ja an, dass 
Ir2=3…10*Ib sein sollte, kann demzufolge R2 mit R2=9V/10*Ib berechnen. 
Wie kommt man aber dann an die Werte für R1 und C1? Wenn über Uc3 9V 
abfallen, bleiben doch für Ur1 nur noch 0V, sodass man nicht mehr das 
ohmsche Gesetz anwenden kann? Wie sieht die Vorgehensweise zur 
Berechnung von C1 aus…..erstmal die Überlegung in welchen 
Frequenzbereich die Schaltung arbeiten soll und dann ein C1 wählen 
,sodass der kapazitive Blindwiderstand möglichst groß wird? Vielen Dank 
für eure Expertise!!

[Lothar M. (Firma: Titel) (lkmiller) (Moderator)]

Ein Tipp: auch wenn ich es wollte, kann ich dir leider vom Handy aus 
mangels lauffähigem LTSpice nicht helfen. Screenshots wirken da Wunder. 
Auch schon bei der Bereitschaft, sich die Schaltung "nur mal kurz" 
anzuschauen.

[Lothar (Firma: HZB) (analog_art)]

Hallo Peter,

deine erste "Basischaltung.asc" kann nicht funktionieren, weil du keinen 
Koppelkondensator vor der Signalspannungsquelle hast. Diese 
Spannungsquelle hat so wie gezeichnet, eine DC-Spannung von 0V und einen 
Innenwiderstand von 0 Ohm und schließt somit RE kurz.

Bei der zweiten Schaltung "Basisschaltung_vor.asc" hast Du dann 
(richtig) einen Koppelkondensator eingefügt.
Jetzt wäre dort noch ein Auskoppelkondensator und ein Lastwiderstand 
ganz wichtig, um reale Ergebnisse bei der Simulation zu bekommen.


Wie man R2 berechnet? Man denkt sich eine Spannung, als Startannahme am 
Emitter aus, die Spannung an der Basis ist dann ca. 0,6 V höher --> Dann 
hilft die normale Spannungsteilerformel. (Ich würde eher zum zehnfachen 
Querstrom im Basisspannungsteiler tendieren, die Stromverstärkungen von 
Transistoren und damit die Basisströme schwanken stark und somit ist das 
dann weniger kritisch.)

Peter schrieb:
> Wie sieht die Vorgehensweise zur
> Berechnung von C1 aus…..erstmal die Überlegung in welchen
> Frequenzbereich die Schaltung arbeiten soll und dann ein C1 wählen
> , so dass der kapazitive Blindwiderstand möglichst groß wird? Vielen Dank
> für eure Expertise!!

Teil 1 richtig --> Aber Teil 2  Schlussfolgerung gerade andersrum. Der 
kapazitive Blindwiderstand muss an der unteren Grenzfrequenz noch sehr 
klein sein.

Wie klein?

Mindestens zehnmal kleiner als der Innenwiderstand des 
Basisspannungsteilers.

Wie groß ist der denn?

Antwort ein Merksatz für den Rest eines Lebens als Elektroniker:

*Der Innenwiderstand eines Spannungsteilers ist gleich der 
Parallelschaltung seiner beiden Einzelwiderstände.*


So das reicht für mich erst mal als Anfangshilfe.
Grundlagen bietet auch Google:

https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0205081.htm

https://et-tutorials.de/2892/transistor-basisschaltung/


Und dann "spiele mal schön" mit allen möglichen Bauteil-Werten bei 
LTSpice - auch mit dem Lastwiderstand und staune und lerne.


Schöne Grüße

Lothar

[Peter (david_h88)]

Vielen Dank für deine schnelle und ausführliche Hilfe!

> Wie man R2 berechnet? Man denkt sich eine Spannung, als Startannahme am
> Emitter aus, die Spannung an der Basis ist dann ca. 0,6 V höher --> Dann
> hilft die normale Spannungsteilerformel. (Ich würde eher zum zehnfachen
> Querstrom im Basisspannungsteiler tendieren, die Stromverstärkungen von
> Transistoren und damit die Basisströme schwanken stark und somit ist das
> dann weniger kritisch.)

Ich meinte R1...wenn man für die Spannung am Emitter z.B. 8,4V ansetzt 
und ca. 0,6V BE-Spannung abfallen, bleiben für UR1 nur noch ca. 0V 
übrig...der Strom durch den Basisspannungsteiler müsste demzufolge 0A 
betragen. Deshalb solte man für die Emitterspannung eine Spannung 
kleiner als 8,4V ansetzen?


> Peter schrieb:
>> Wie sieht die Vorgehensweise zur
>> Berechnung von C1 aus…..erstmal die Überlegung in welchen
>> Frequenzbereich die Schaltung arbeiten soll und dann ein C1 wählen
>> , so dass der kapazitive Blindwiderstand möglichst groß wird? Vielen Dank
>> für eure Expertise!!
>
> Teil 1 richtig --> Aber Teil 2  Schlussfolgerung gerade andersrum. Der
> kapazitive Blindwiderstand muss an der unteren Grenzfrequenz noch sehr
> klein sein.

Okay...also von 0kHz bis zur unteren Grenzfrequenz ein sehr kleiner 
kapazitiver Blindwiderstand, damit umso mehr Strom in den Zweig mit C1 
fließt, Ib sich verringert und demzufolge Ic bzw. die Verstärkung der 
Schaltung verhältnismäßig klein ist?

Nochmals vielen Dank!

[Marcel V. (mavin)]

Ich habe bis zum heutigen Tage hier noch keine lesbare Schaltung 
gesehen!

[Peter (david_h88)]

So, die Schaltung mit den berechneten Werten ist jetzt im Anhang. Habe 
für Ic 3,3mA, Uce=0,6V und Ib=10µA angesetzt...die Werte von den anderen 
Strömen passen ziemlich genau, Ie und Ic ist in zueinander in Phase. Nur 
die Phasenverschiebung von Ib verstehe ich nicht. Eigentlich müsste 
diese doch durch die RC-Kombination (C1 und Eingangswiderstand bzw. 
Emitterwiderstand) entstehen, sich die Phasenverschiebung demzufolge 
ändern ,wenn ich den Wert von C1 verändere? Die Phasenverschiebung 
bleibt aber mit verändernden C1 gleich. Vielen Dank!

[Hannes J. (Firma: _⌨_) (pnuebergang)]

Peter schrieb:
> So, die Schaltung mit den berechneten Werten

Du hast es noch immer nicht verstanden? Häng ein Bild der Schaltung an. 
Ein vollständiges, ansehbares Bild. Nicht dieses LT-Spice Zeug, dass die 
meisten Leute nur mit Gefummel ansehen können. 
https://www.mikrocontroller.net/articles/Bildformate beachten.

[Tom (tom_major)]

guckstu da

[H. H. (hhinz)]

Tom schrieb:
> guckstu da

Oha, ein Widerstand aus der E98304 Reihe!

[Peter D. (peda)]

Tom schrieb:
> guckstu da

Da ham wa aber gelacht.

[Marcel V. (mavin)]

Tom schrieb:
> guckstu da

Endlich gibt's lesbare Bilder zu sehen!

Peter schrieb:
> Die Phasenverschiebung bleibt aber mit verändernden C1 gleich.

Mit dem 17uF Elko C1 wird die Basis abgeblockt! Du meinst sicher C2 
(100n)? Durch Verändern von C2 verändert sich nur die Grenzfrequenz. 
Eine Phasenverschiebung findet nur im Bereich der unteren Trennfrequenz 
statt (633Hz).

[Marcel V. (mavin)]

Und wieso sind R1 und R2 so niederohmig, oder wurde einfach nur das "k" 
vergessen?

Peter D. schrieb:
> Da ham wa aber gelacht.

Oder ist das etwa garnicht die Schaltung von david_h88?

[Peter D. (peda)]

Marcel V. schrieb:
> Endlich gibt's lesbare Bilder zu sehen!

Nur ist das völliger Mumpitz.
Ein Abschwächer auf 0,01 V_in mit max 100mV Hub am Kollektor. Wozu soll 
das gut sein?

[Lutz V. (lvw)]

Peter schrieb:
> Hey Leute,
>
> ich habe die im Anhang befindliche Basisschaltung aus den Netz bezogen
> und möchte nun die Bauteilwerte berechnen.

Was ist jetzt konkret das Problem?
Bauteilwerte sind also gegeben, oder?
Fragst Du, ob das ganze (bzw. die Werte) sinnvoll ist - oder was?

[Marcel V. (mavin)]

Hier mal eine vernünftig dimensionierte Basisschaltung mit einer 
Verstärkung von etwa 250.

[Werner H. (werner45)]

Die Berechnung der Basisschaltung u.a. ist im Buch
Tieze/Schenk Halbleiter-Schaltungstechnik
ausführlich beschrieben. Auch in ältesten Auflagen...

[Tom (tom_major)]

Die ursprüngliche Schaltung war ja auch so gezeichnet und ohne 
Bauteilwerte. Warum der TE sie umgezeichnet hat frage ich mich. Und wer 
hat keinen Tietze/Schenk - ich habe zumindest noch eine Kopie von 1979 
oder so im Schrank.

[Peter (david_h88)]

Marcel V. schrieb:
> Tom schrieb:
>> guckstu da
>
> Endlich gibt's lesbare Bilder zu sehen!
>
> Peter schrieb:
>> Die Phasenverschiebung bleibt aber mit verändernden C1 gleich.
>
> Mit dem 17uF Elko C1 wird die Basis abgeblockt! Du meinst sicher C2
> (100n)? Durch Verändern von C2 verändert sich nur die Grenzfrequenz.
> Eine Phasenverschiebung findet nur im Bereich der unteren Trennfrequenz
> statt (633Hz).

Na ich meinte C1. Das C1 sich auf annähernd 9V auflädt und die Basis 
dadurch abblockt wird,ist schon einleuchtend. Bin nur davon ausgegangen, 
dass dieses Verhalten für sinkende/steigende Frequenzen aufgrund des 
frequenzabhängigen Widerstandes von C1 sich ändert. In einem vorherigen 
Beitrag wurde auch die untere Grenzfrequenz von C1 erwähnt, deshalb habe 
ich eine physikalische Erklärung für eine sinkende/steigende Verstärkung 
versucht, zu finden.
Aufgefallen war mir die Phasenverschiebung zwischen Ie(Q1) und Ic(Q1) 
bzw. Ie(Q1) und Ib(Q1) => Siehe Screenshots. Wie erklärt sich das?? 
Vielen Dank!!

[Tom (tom_major)]

Besser ist es, alles in ein Diagramm zu packen. Mit "idealen" Bauteilen 
sollte es keine Phasenverschiebung geben (bis auf die 180° Ic/Ie). Ich 
nehme an, es liegt an der nichtlinearen Kennlinie. Die internen 
Kapazitäten sind sicher zu niedrig bei 1 kHz. An C2 liegt es nicht, 
selbst mit 47 nF schauen die Kurven gleich aus.

Aber vielleicht hat jemand die richtige Erklärung.