2. SA Flashcards
Kann Emitter und Kollektor eines NPN-Transistors einfach getauscht werden?
Nein, das Bauteil wird sich anders Verhalten und andere Kennzahlen aufweisen. Das liegt daran das die Dotierungen der N-Schichten des Kollektors und Emitters sich in ihrer Intensität unterscheiden.
Beschreibe die Funktionsweise eines NPN-Transistors.
Wenn ein Strom in die Basis des Transistors fließt, fließen Löcher aus der P-dotierten Basis Schicht und Elektronen aus der N-dotierten Emitter Schicht, in die jeweilig gegenteilige und rekombinieren dort.
Der überwiegende Teil der Elektronen, die aus dem Emitter in die Basis übertreten, werden jedoch durch die hohe Spannung am Kollektor angezogen und durchqueren
die Basiszone. Damit fließt jetzt ebenfalls ein Strom in den Kollektor. Der Transistor leitet.
Wodurch unterscheiden sich B und β im Bezug auf die Stromverstärkung eines Transistors?
B → Gleichstromverstärkungsfaktor B = IC/IB
β → differentieller Wechselstrom Verstärkungsfaktor
Die Werte sind näherungsweise gleich, wobei β den Einfluss von IC unterliegt.
Wovon ist die Stromverstärkung eines Transistors hochgradig abhängig?
Umgebungstemperatur
Wann beeinflusst die Kollektor-Emitterspannung eines Transistors dessen Stromverstärkung?
Grundsätzlich gibt es eine leichte Beeinflussung, aber sobald UCE nicht mehr deutlich größer ist als UBE wird diese bedeutend.
Verstärkt wird diese Abhängigkeit von hohen Basisströmen
Wie kann ein Transistor indirekt an dessen Basis gesteuert werden(nicht IB)?
Die Diode zwischen Basis und Emitter hat einen differentiellen Widerstand, der bei steigender Spannung auch mehr Stromfluss erbringen wird.
Wie verhält sich der Wert der Eingangskapazität beim Miller Integrator ?
Proportional zum Spannungsverstärkungsfaktor
Cein → C x (Vu + 1)
Weshalb ist es nicht ratsam die Stromverstärkung über die Basis-Emitter-Spannung (UBE) zu steuern?
Der differentielle Widerstand der Basis-Emitter-Diode hat einen logarithmischen Spannungsverlauf, deshalb führt Spannungssteuerung zu Verzerrungen.
Was ist der Arbeitspunkt bei Niederfrequenzverstärkerschaltungen mit Transistor?
Die Dimensionierung/Signalpegel bei denen der Transistor ohne Steuersignal (also in Ruhe) betrieben wird.
Welchen Zweck haben Kondensatoren an Basis und Kollektor (Ein- und Ausgang), bei der Verstärkerschaltung mit Transistor?
AC durchgelassen
DC gesperrt
Daher liegt am Lastwiderstand/der angeschloßenen Anwendung, nur der durchgelassenen, und durch die Dimensionierung der Schaltung, bewusst verstärkte Wechselsspannungsanteil an.
Was ist bei der Auswahl von Kondensatoren in Transistorenverstärkerschaltungen zu beachten?
Die Kondensatoren müssen so groß gewählt werden, dass sie bei der gegebenen Frequenz eine vernachlässigbar kleine Impedanz für die anderen Schaltungsteile haben.
Was beschreibt der Begriff Impedanz?
Den Wechselstromwiderstand
Wie kann die Steilheit der Kollektorstromkurve bei Verstärkerschaltungen berechnet werden?
S = IC/UT
S = x mA/V `=µA/mV
Daraus folgt:
→ pro ein Volt/mV Änderung der Eingangsspannung ändert sich der Kollektorstrom um x mA/µA.
Grundsätzlich kann für den Wert UT (Temperaturspannung) unabhängig des verwendeten Transistors, ein Wert von näherungsweise 25,5mV.
Wie steht der differentielle Widerstand in Verbindung mit der Steilheit am Emitter von Transistoren?
Kehrwert
S = 1 / diff. R
Welche Probleme hat der einfach Verstärker mit Emitterschaltung?
- Die Eingangskennlinie unseres Verstärkers ist eine Dioden-Kennlinie, welche stets unlinear ist. Das führt zu Verzerrungen in der Verstärkung
- Der Arbeitspunkt ist durch den Basisstrom des Transistors festgelegt. Durch die in der Realität vorhandenen Toleranzen zweier Transistoren des gleichen Typs, weicht die Stromverstärkung und damit der Arbeitspunkt beider Transistoren grundsätzlich ab.
Es muss mit erheblichen Toleranzen der Stromverstärkung gerechnet werden.
Beschreibe wie die logarithmische Kennlinie der UBE-Diode die Funktionsweise der Emitterschaltung beeinflusst? Wie kann das gelöst werden?
Die Diodenkennlinie führt dazu das die Eingangsspannung verzerrt zum Ausgang geliefert wird. Die durch die Eingangsspannung beeinflusste Steilheit ist proportional zum Kollektorstrom, dieser wird nun also durch die differentiellen Widerstand der Basis-Emitter-Diode verzerrt.
Verzerrung um 10%, bedeutet in diesem Fall das die eine Hälfte des Sinus 10% größer ist als die andere. Das wird auch als Klirrfaktor bezeichnet.
Gelöst werden kann dieses Problem durch eine Steuerung des Transistors mit eingeprägten Strom statt Spannung.
B viel konstanter als S
Wie beeinflusst die Stromverstärkung den Arbeitspunkt bei einem Verstärker mit Emitterschaltung?
Wenn der Stromverstärkungsfaktor B abweicht, wird so der Kollektorstrom ebenfalls abweichen. Nun muss der Spannungsabfall über den Vorwiderstand des Rc neu berechnet werden. Nun wird auch der Spannungsteiler über UCE und URC andere Proportionen aufweisen und somit der Arbeitspunkt des Transistors verschoben sein.
Wie unterscheidet sich die Spannungs-Strom-Gegenkoppelung von einer regulären Emitterverstärkung?
Der Basiswiderstand ist nicht direkt an UBatt angeschloßen, sondern in Serie mit RC geschalten.
Erkläre wie mit der Spannungs-Strom-Gegenkoppelung eine Arbeitspunktstabilisierung erreicht werden kann.
Rückkoppelung durch den Anschluss von RB an die sinkende Spannung an UCE. Ohmsches Gesetz berechnet nun auch einen geringeren Spannungsabfall an IB. B wird stabilisiert.
Annahmen: Bei gleicher Schaltungsdimensionierung ohne SSG
→ Spannungsänderung von 3 V
→ Bei Stromverstärkung im Toleranzgrenzbereich 160 (statt ursprünglich 100)
Nun wird für die Schaltung mit SSG eine Spannungsänderung am Arbeitspunkt von 1V angenommen:
IC = UC/RC IB = (UCE- UBE) / RB
B = IC/IB
Resultat
→ Bei ähnlich abweichenden B wird UCE (Arbeitspunkt) nur um ein drittel verschoben sein
Um welche Schaltungsänderung handelt es sich bei der Arbeitspunktstabilisierung durch konstante Basisspannung?
Parallel zu der UBE-Diode von T1 wird ein weiterer Widerstand eingefügt. Dieser ist in Reihe mit den ersten Basiswiderstand
Welcher Effekt soll theoretisch durch die Arbeitspunktstabilisierung durch konstante Basisspannung genutzt werden? Welche Probleme gibt es?
Spannungsteiler soll UBE stabilisieren. IC wird bei konstanter Temp unmittelbar von UBE definiert. Daher sollte eine simple Stabilisierung möglich sein.
Wenn sich nun aber die Umgebungstemperatur ändert, gibt es durch den fest eingestellten Basisstrom keine Methode um der Änderung des Arbeitspunkts entgegenzuwirken. IC ändert sich stark, womit sich auch UA bzw. UCE stark ändern.
Wie kann die Arbeitspunktstabilisierung durch eine konstante Basisspannung selbst bei Änderung der Umgebungstemperatur genutzt werden?
Durch eine Schaltungsänderung. Statt normalen Basisspannungsteiler müsste eine Temperaturabhängiges Bauteil eingesetzt werden.
Früher wurde hierfür ein NTC genutzt.
Heutzutage ist eine Diode in Flussrichtung im Basisspannungsteiler (parallel der Diode von UBE) üblich. RB2 also in Reihe mit der hinzugefügten Diode.
Sobald die Umgebungstemperatur und mit ihr der Stromfluss durch die UBE-Diode steigt, steigt ebenfalls der Stromfluss durch die Basisspannungsteilerdiode. Dadurch wird der anstieg des Stromflusses in IB und folglich IC reduziert, was die Temperaturabhängigkeiten weitestgehend kompensiert.
Welche Anforderung muss noch gegeben sein das die Arbeitspunktstabilisierung mit konstanter Basisspannung und Reihendiode von RB2 möglichst temperaturunabhängig realisiert werden kann?
Die Diode muss thermische Koppelung mit dem Transistor aufweisen, sprich bei der Leiterkarte möglichst nahe am Transistor platziert sein.
Was ist ein beliebtes Größenverhältnis für den Querstrom des Basisspannungsteilers?
IQ = 10 x IB IB2 = IQ - IB → 9x IB
Welcher Kompromiss muss bei der Wahl des Querstroms des Basisspannungsteilers getroffen werden?
Einerseits ändert sich bei einem großen Querstrom die Basisspannung weniger, wenn sich der Basisstrom ändert.
IB↑IRB2↓URB2↓UBE↓
Also eine gewünschte Arbeitspunktstabilisierung.
Andererseits, belastet ein zu niederohmiger Basisspannungsteiler die Signalquelle von Q1 unnötig.
Wie kann der Innenwiderstand eines Spannungsteilers berechnet werden?
Ri = R1 || R2
Welche Einheit hat die Steilheit am Emitter von Transistoren?
Siemens → Leitwert
Welcher Kompromiss muss bei der Dimensionierung des Spannungsabfalls an RE eingegangen werden?
Großer R → bewirkt eine bessere Stabilisierung, allerdings wird der Aussteuerbereich (durch zusätzlichen Spannungsabfall) ebenso verringert.
Wodurch kann eine besonders gute Temperaturstabilität bei der Arbeitspunktstabilisierung durch Strom-Spannungs-Gegenkoppelung erreicht werden?
Spannungsteilerwiderstand RB2 kann durch eine Reihenschaltung aus Diode und Widerstand ersetzt werden. Die temperaturabhängige Flussspannung der Diode bewirkt nochmals eine deutliche Verbesserung der Stabilisierung.
