Verständnissfrage: Verstärker mit Emitterschaltung

[Mr.Roboto]

Servus leute,

ich wollte mir einen Transistoverstärker zur Übung dimensionieren.
Dies hab ich dann auch gemacht, hat auch geklappt, mein 1Vpeak Sinus-Eingangssignal wurde schön verstärkt am Ausgang.

Nun habe ich aber einen Kondensator parallel zum Emitterwiderstand eingesetzt, damit die Stromgegenkopplung keine Auswirkung auf das Wechselsignal hat. Aber nun war das Ausgangssignal voll im Ar***.
Das ist sozusagen unten und oben abgeschnitten, weil der Transistor schon auf die maximalspannung ausgesteuert hat.

Hierzu die Schaltung und die Simulation, beides mit MultiSIM.

http://www.bilder-hochladen.net/files/thumbs/5e42-1.jpg (http://www.bilder-hochladen.net/files/5e42-1-jpg.html)

http://www.bilder-hochladen.net/files/thumbs/5e42-2.jpg (http://www.bilder-hochladen.net/files/5e42-2-jpg.html)


Kann mir jemand erklären, warum das so ist????


Und kann mir jemand erklären, wie ich der Reihe nach so eine Schaltung dimensioniere.
Zum Beispiel: Ich habe ein Eingangssignal mit 1Vpeak und möchte das auf 6Vpeak verstärken bei nem Transistor mit Stromverstärkung von B=100 und der Kollektorstrom Ic=5mA.

Bitte schrittweiße erklären, so wie man es in der Praxis machen würde, zum nach welchen Kriterien suche ich meinen Transistor aus und wie dimensioniere ich meine Schaltung damit ich die Anforderungen erfülle.


Vielen Dank schon mal im Voraus!!! :-)

[deSilva]

Guck mal hier z.B. http://www.didactronic.de/TS2EProjekt/trans40.htm

Eigentlich müsstest Du es Dir selbst erklären können... Du hast ja die Wechselspannungs-Verstärkungseinstellung wirkungslos gemacht, die Schaltung verstärkt nun 100 bis 200 fach, statt 5 fach wie vorher :-)

Sag mal, sind das wirklich 200 MIKRO-F Töpfe, die Du da eingesetzt hast? Oder NANO-F? Auch diese müssen bemaßt werden. Frag Dich da immer: Hochpass oder Tiefpass? Welche Widerstände sind beteiligt, also bei welcher Frequenz 1/2piRC wird beschnitten...

[Mr.Roboto]

lol, ich glaub du hast das net verstanden mit der Stromgegenkopplung, der Emitterkondensator muss drin sein, um dies nicht für den Wechselanteil zu haben und bei deinem "tollen Link" ist auch kein Kondensator parallel zum Emitterwiderstand vorhanden.
Zu deinen "Töpfen" is nur zu sagen, dass es insbesondere für die simulation scheißegal ist, wie groß die kapazität ist, da jede frequenz > 0Hz durchgelassen werden soll.

Das war jawohl ein Griff ins Klo ...

Kann mir mal nun jemand mal ordentlich erklären, wie ich bei sowas vorgehe, muss ich mit nem wechselstromersatzbild anfangen, also mit r_ein und r_aus ???? anhand der benötigten spannungsverstärkung dann nach z.B Rc umstellen ???

[The Man]

Hi, wir haben in der Vorlesung Bauelemente genau das gemacht, hier die Rechnung, die du dann mit deinen Werten modifizieren musst:

Die Berechnung der Bauteile richtet sich danach, dass pro Stufe ein Verstärkungsfaktor von ca. 7 angestrebt ist.

Um einen stabilen Arbeitspunkt des Transistors zu erreichen, wird von einem Ruhestrom von 5mA
ausgegangen und am Ausgang ein Ruhepegel von 7V eingestellt. Diese beinhaltet bei 3Vpp nach oben 0,5 V Reserve. Aus diesen Vorgaben ergibt sich der Wert von

2V/5mA = 400Ohm

für den Widerstand Rc.

Aus der Eigenschafft des Transistors eine Stromänderung am Emitter nahezu vollständig an den Kollektor weiter zu geben lässt sich der der Widerstand Re errechnen.

∆ I = ∆ Uein / Re
∆ Uaus = Rc * ∆I


daraus folgt

Uaus = Rc * ∆ Uein/Re

∆ Uaus/∆ Uein = Rc / Re

mit
∆Uaus/∆ Uein = Verstärkung = 7

=> 7 = 400 Ohm/ Re

=> Re = 57 Ohm

Hier ergibt sich aus den 5 mA und den 57 Ohm am Re eine Spannung von U = 0,285V .
Da der Transistor eine Basis Emitter Spannung von etwas 0,7V benötigt, müssen deshalb an der Basis 0,985V eingestellt werden. Das bedeutet, das die Basis gegenüber Masse die 0,985V und gegenüber Vcc 8,015V hat. Zusammen mit dem Querstrom durch den Spannungsteiler ergeben die Wiederstandswerte von R1 und R2. Der Querstrom sollte das 3 bis 10 Fache des Basisstromes betragen, um den Spannungsteiler nicht zu sehr zu belasten. Da hier auf möglichst wenig Stromverbrauch geachtet wírd, soll der Querstrom das dreifache sein.
Es wird mit einem Verstärkungsfaktor B = 100 gerechnet, und das ergibt im Ruhezustand einen Basisstrom von

Ib = Ilast/B = 5mA/100 = 50µA.

Der Spannungsteiler an der Basis stellt einen Knotenpunkt dar. Es gilt:

Ivcc – Ib – Ignd = 0

Ivcc = Ib + Ignd = 50µA + 150µA = 200 µA.

Das bedeutet

R1 = 8,015V/200µA = ca. 40kOhm

R2 = 0,985V/150µA = ca. 6,7kOhm

Bisher sind alle Berechnungen dazu da, die Dimensionen der Bauelemente für den korrekten Arbeitspunkt zu bestimmen. Im nächsten Schritt werden dann die Größen der AC relevanten Teile bestimmt.

Da das Mikrofon eine Offsetspannung mit aufmoduliertem AC Anteil ausgibt ist ein Bandpass nötig, um das Frequenzband 300 – 3000 Hz zu verstärken.
Dieser Bandpass setzt sich aus einem Hochpass am Eingang und einem Tiefpass über Rc zusammen. Um den Eingangswiderstand der Schaltung für AC zu bestimmen, muss man berücksichtigen, dass sie für AC die Widerstände R1,R2 und Re parallel liegen und Re aufgrund von B mit dem Faktor 100 eingeht.

So ergibt sich ein RC Filter mit einem R von ca 2860 Ohm.




Der Hocpass wird durch eine Kapazität am Eingang realisiert.

C2 = 1/(2*pi*2860Ohm*300Hz) = ca. 200 nF

Der Tiefpass findet sich als parallele Kapazität über Rc.

C1 = 1/(2*pi*400Ohm*3000Hz) = ca. 132 nF


Die in der letztendlichen Schaltung verwendeten Teile richten sich danach, welche erhältlichen Bauteile an den errechneten Werten am nächsten dran liegen.

[Gock]

Also wenn hier irgendwer was nicht vertanden hat, dann bist das Du. Und da Du es Dir offenbar nicht erklären lassen willst, musst Du wohl mit Deinem Halbwissen weiterleben.
Tschö

[robocat]

@The Man: danke, dass du dir die mühe gemacht hast, das so ausführlich zu beschreiben. wird in ruhe durchgerechnet und getestet, sobald ich dazu komme :)

@Mr.Roboto: kein kommentar

[Mr.Roboto]

War ja net so gemeint, es war halb 4 morgens...

@The Man: Jo, vielen Dank für deine Bemühungen, hast mir sehr geholfen ...

[Mr.Roboto]

Hört sich alles plausibel an, was du geschrieben hast. Hab das aber mal wieder in MuliSIM reingehauen, aber mit dem Emitterkondensator kommt da wieder nur Rotz raus

[The Man]

Da gehört auch kein Kondensator über den E Widerstand. der gehört über den am Kollektor und dient der Frequenzbegrenzung nach oben.

[robocat]

versuchs mal hiermit: http://www.didactronic.de/TS2EProjekt/trans20.htm (deSilvas link, nur 2 seiten weiter).
für die koppelkondensatoren mag es nichts ausmachen, wenn sie zu gross sind, das gilt aber nicht für Ce.

gruesse

[Mr.Roboto]

In der Vorlesung wird dieser Emitterkollektor immer als idealer Kurzschluss angenommen, damit der emitter wechslstrommäßig auf masse liegt ....
wenn ich diesen Kondensator klein wähle, so um die 100nF, dann wirkt dieser nicht als idealer Kurzschluss, sondern als Wechslstromwiderstand, durch den dann wieder eine wechselstromgegenkopplung einzug hällt.

kann ich nun also pauschal sagen, wenn ich keine eingangsspannungen habe um die 0,01V, dann verwende ich den Ce und wenn die spannung größer ist setze ich noch einen kleine Widerstand vor das Ce||Re Glied, das ist dann zwar auch eine wechselstromgegenkopplung, durch die kann ich dann aber Vu einstellen

[deSilva]

Mr. R, Du musst die (Wechselstrom-)Spanungsverstärkung Deiner Schaltung EINSTELLEN; das geschieht so ähnlich wie bei Operationsverstärkern...

Du kannst das durch eine STROMGEGENKOPPLUNG (im Emitterzweig) machen (die ist nicht nur für die Arbeitspunktstabilisierung), oder durch eine SPANNUNGSGEGENKOPPLUNG (Kollektor/Basis) . Wenn Du beides nicht hast, wirkt das voll Beta auf die Signale und treibt den Transistor bei deinen +/- 1 V natürlich in die Sättigung.

@TheMan: Danke fürs Vorrechnen, sehr schön erläutert!