Elektronik03 KonfigurationenProf. Dr. Jörg Vollrath02 Verstärker |
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Video der 3. Vorlesung 23.3.2021
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Länge: |
0:3:58 Vergleich MOSFET und Bipolarverstärker 0:10:31 Verstärkerkonfigurationen 0:16:55 Formeln für Verstärkerkonfigurationen 0:20:58 Common Emitter Schaltung 0:25:55 Kleinsignalersatzschaltbild 0:29:15 Superposition 0:31:39 Eingangswiderstand 0:39:55 BJT Datenblatt beta 0:44:18 Aufgabe Emitterschaltung 0:49:39 Widerstand RE 0:51:45 Widerstand RC 0:54:25 IB 0:56:44 IR2 0:57:35 R2 0:59:25 R1 1:1:50 LTSPICE Verifikation 1:3:23 Transistormodell 1:4:55 Operation point .op 1:8:45 ri, ro, vu 1:10:14 ri 1:13:5 Ri 1:15:35 ro 1:18:55 Rges 1:22:25 Rout 1:23:25 vu 1:25:55 Nur Transistor vu 1:27:40 Mit Last vu1 |
Übersicht
- Konfigurationen
- U2-14: Low, Medium High unspecific
- U2-17: Table 7.5, Fig 7.36, mixed speciifc
- Fragen: Was tun wir?, Warum tun wir es?, Wie tun wir es?
Microelectronic Circuits, Sedra 7th edition, Chapter 7, 367-480.
7.3 Basic Configurations, 423-
7.3 Basic Configurations, 423-
Konfigurationen
Version 4 SHEET 1 880 680 WIRE 176 32 160 32 WIRE 368 32 272 32 WIRE 384 32 368 32 WIRE -144 64 -192 64 WIRE 0 64 -48 64 WIRE 160 64 160 32 WIRE 368 64 368 32 WIRE 96 112 64 112 WIRE 304 112 272 112 WIRE -96 160 -96 128 WIRE 160 176 160 160 WIRE 368 176 368 160 WIRE -96 208 -96 160 WIRE -96 208 -192 208 WIRE 16 208 -96 208 WIRE 160 208 160 176 WIRE 160 208 64 208 WIRE 208 208 160 208 WIRE 368 208 368 176 WIRE 416 208 368 208 FLAG 64 112 BE FLAG 176 32 CE FLAG 160 176 EE FLAG -96 160 BB FLAG 0 64 CB FLAG -192 64 EB FLAG 272 112 BC FLAG 384 32 CC FLAG 368 176 EC SYMBOL npn 96 64 R0 SYMATTR InstName Q1 SYMATTR Value 2N2222 SYMBOL npn -48 128 M270 SYMATTR InstName Q2 SYMATTR Value 2N2222 SYMBOL npn 304 64 R0 SYMATTR InstName Q3 SYMATTR Value 2N2222 TEXT 104 304 Left 2 !VE EE 0 DC 0\nVC CE 0 DC 5 TEXT 104 272 Left 2 !I1 BE 0 -4m TEXT 24 236 Left 2 !.dc VC 0 12 0.01 I1 0 -12m -4mEmitterschaltung KollektorschaltungSourceschaltung Drainschaltung
| Basisschaltung | ||
| Gateschaltung |
Version 4 SHEET 1 1240 680 WIRE 144 -352 128 -352 WIRE 368 -352 272 -352 WIRE 528 -352 448 -352 WIRE 624 -352 528 -352 WIRE 64 -320 16 -320 WIRE 272 -320 272 -352 WIRE 528 -320 528 -352 WIRE 16 -272 16 -320 WIRE 16 -272 -64 -272 WIRE 64 -272 64 -320 WIRE 128 -272 128 -352 WIRE 128 -272 112 -272 WIRE 320 -272 272 -272 WIRE 576 -272 528 -272 WIRE 224 -240 192 -240 WIRE 480 -240 448 -240 WIRE 320 -224 320 -272 WIRE 320 -224 272 -224 WIRE 576 -224 576 -272 WIRE 576 -224 528 -224 WIRE 32 -192 32 -224 WIRE 32 -192 -48 -192 WIRE 144 -192 32 -192 WIRE 272 -192 272 -224 WIRE 272 -192 192 -192 WIRE 368 -192 272 -192 WIRE 528 -192 528 -224 WIRE 624 -192 528 -192 SYMBOL nmos4 224 -320 R0 SYMATTR InstName M1 SYMATTR Value CD4007NX SYMATTR Value2 l=10u w=10u SYMBOL nmos4 112 -224 M270 SYMATTR InstName M2 SYMATTR Value CD4007NX SYMATTR Value2 l=10u w=10u SYMBOL nmos4 480 -320 R0 SYMATTR InstName M3 SYMATTR Value CD4007NX SYMATTR Value2 l=10u w=10u TEXT -136 -144 Left 2 !.model CD4007NX NMOS(LEVEL=1 KP=158m VT0=1.24 LAMBDA=0.002 CGSO=45n CGBO=2n CGDO=45n)\n.model CD4007PX PMOS(LEVEL=1 KP=158mVT0=-1.24 LAMBDA=0.002 CGSO=45n CGBO=2n CGDO=45n) TEXT 200 -264 Left 2 ;G TEXT 312 -376 Left 2 ;D TEXT 240 -216 Left 2 ;S TEXT 48 -208 Left 2 ;G TEXT 128 -384 Left 2 ;D TEXT -40 -256 Left 2 ;S TEXT 456 -264 Left 2 ;G TEXT 568 -376 Left 2 ;D TEXT 496 -216 Left 2 ;S
Beispiel: Common Emitter Schaltung
Version 4 SHEET 1 956 680 WIRE 400 -64 400 -96 WIRE 256 0 256 -64 WIRE 400 48 400 16 WIRE 432 48 400 48 WIRE 448 48 432 48 WIRE 560 48 512 48 WIRE 400 64 400 48 WIRE 560 64 560 48 WIRE 48 112 16 112 WIRE 144 112 128 112 WIRE 256 112 256 80 WIRE 256 112 208 112 WIRE 304 112 256 112 WIRE 336 112 304 112 WIRE 256 144 256 112 WIRE 16 160 16 112 WIRE 560 160 560 144 WIRE 400 176 400 160 WIRE 16 272 16 240 WIRE 256 272 256 224 WIRE 400 272 400 256 WIRE 464 272 400 272 WIRE 496 272 464 272 WIRE 400 368 400 352 WIRE 496 368 496 336 FLAG 16 272 0 FLAG 256 272 0 FLAG 400 368 0 FLAG 496 368 0 FLAG 560 160 0 FLAG 256 -64 VCC FLAG 400 -96 VCC FLAG 304 112 VB1 FLAG 464 272 VE1 FLAG 432 48 VC1 FLAG 16 112 Vsig FLAG 560 48 Vout SYMBOL voltage 16 144 R0 WINDOW 123 24 124 Left 2 WINDOW 39 0 0 Left 2 SYMATTR Value2 AC 1 SYMATTR InstName V1 SYMATTR Value SINE(0 0.1 1k) SYMBOL res 144 96 R90 WINDOW 0 0 56 VBottom 2 WINDOW 3 32 56 VTop 2 SYMATTR InstName Rsig SYMATTR Value 100 SYMBOL cap 208 96 R90 WINDOW 0 0 32 VBottom 2 WINDOW 3 32 32 VTop 2 SYMATTR InstName CC1 SYMATTR Value 10� SYMBOL res 240 -16 R0 SYMATTR InstName R1 SYMATTR Value 270k SYMBOL res 240 128 R0 SYMATTR InstName R2 SYMATTR Value 133k SYMBOL npn 336 64 R0 SYMATTR InstName Q1 SYMATTR Value 2N2222X SYMBOL res 384 -80 R0 SYMATTR InstName RC SYMATTR Value 800 SYMBOL res 384 256 R0 SYMATTR InstName Re SYMATTR Value 500 SYMBOL cap 480 272 R0 SYMATTR InstName Ce SYMATTR Value 10� SYMBOL cap 512 32 R90 WINDOW 0 0 32 VBottom 2 WINDOW 3 32 32 VTop 2 SYMATTR InstName Cc2 SYMATTR Value 10� SYMBOL res 544 48 R0 SYMATTR InstName RL SYMATTR Value 100k SYMBOL res 384 160 R0 SYMATTR InstName R3 SYMATTR Value 100 TEXT 16 -96 Left 2 !VCC VCC 0 DC 12 TEXT 24 -64 Left 2 !;op TEXT 24 -16 Left 2 !;ac dec 10 1m 10g TEXT 24 24 Left 2 !.tran 0 16m 4m TEXT -40 440 Left 2 !.model 2N2222X NPN(IS=1.434E-14 VAF=74.03 BF=179 IKF=0.2847 XTB=3 \n+ BR=6.092 CJC=7.306E-12 CJE=22.01E-12 TR=46.91E-9 TF=411.1E-12 ITF=.6 \n+ VTF=1.5 XTF=3 RB=10 RC=1 RE=.01 Vceo=30 Icrating=800m mfg=NXP) TEXT -40 336 Left 2 !; Ac Analysis low corner frequency \n*VE1 VE1 0 DC 3
T=300K, VT =25.85 mV, β = 179, IS= 14.34 fA, VA=74.03,
VCC = 12V, ie = 5mA, RL = 100kOhm, Risg=100Ohm
C=10uF
Das Kleinsignalersatzschaltbild mit kurzgeschlossenen Kapazitäten:
Daumenregel: Rule of thumb
VRE = VCC/4, VRC=VCC/3, IR2 = 10 * IB
Gesucht:
RE, RC, (IB, IR2), R2, R1, ri, Ri, ro, Rges, Rout
Verstärkung: Nur Transistor; Transistor mit RC, RL
Lösung:VCC = 12V, ie = 5mA, RL = 100kOhm, Risg=100Ohm
C=10uF
Das Kleinsignalersatzschaltbild mit kurzgeschlossenen Kapazitäten:
Version 4
SHEET 1 880 680
WIRE -288 80 -320 80
WIRE -160 80 -208 80
WIRE -48 80 -160 80
WIRE 0 80 -48 80
WIRE 80 80 0 80
WIRE 160 80 80 80
WIRE 480 80 272 80
WIRE 560 80 480 80
WIRE 624 80 560 80
WIRE 672 80 624 80
WIRE 768 80 672 80
WIRE 832 80 768 80
WIRE 272 96 272 80
WIRE -160 112 -160 80
WIRE -48 112 -48 80
WIRE 80 112 80 80
WIRE 160 112 160 80
WIRE 480 112 480 80
WIRE 560 112 560 80
WIRE 672 112 672 80
WIRE 768 112 768 80
WIRE -160 208 -160 192
WIRE -160 208 -320 208
WIRE -48 208 -48 192
WIRE -48 208 -160 208
WIRE 80 208 80 192
WIRE 80 208 -48 208
WIRE 160 208 160 176
WIRE 160 208 80 208
WIRE 224 208 160 208
WIRE 272 208 272 176
WIRE 272 208 224 208
WIRE 480 208 480 192
WIRE 480 208 272 208
WIRE 560 208 560 176
WIRE 560 208 480 208
WIRE 672 208 672 192
WIRE 672 208 560 208
WIRE 768 208 768 192
WIRE 768 208 672 208
WIRE 832 208 768 208
WIRE 224 224 224 208
FLAG 0 80 Ve
FLAG 624 80 Vo
FLAG 224 224 0
FLAG -320 80 Vsig
SYMBOL res 64 96 R0
SYMATTR InstName ri
SYMATTR Value {Ri}
SYMBOL cap 144 112 R0
SYMATTR InstName Ce
SYMATTR Value {Ce}
SYMBOL bi 272 96 R0
SYMATTR InstName B1
SYMATTR Value I={gm}*V(Ve)
SYMBOL res 464 96 R0
SYMATTR InstName ro
SYMATTR Value {Ro}
SYMBOL cap 544 112 R0
SYMATTR InstName Co
SYMATTR Value {Co}
SYMBOL res -64 96 R0
SYMATTR InstName R1
SYMATTR Value 27k
SYMBOL res -176 96 R0
SYMATTR InstName R2
SYMATTR Value 13.3k
SYMBOL res -192 64 R90
WINDOW 0 0 56 VBottom 2
WINDOW 3 32 56 VTop 2
SYMATTR InstName Rsig
SYMATTR Value 100
SYMBOL res 656 96 R0
SYMATTR InstName RC
SYMATTR Value 800
SYMBOL res 752 96 R0
SYMATTR InstName RL
SYMATTR Value 100k
TEXT 8 248 Left 2 !.param Ri=923\n.param Ce=1n\n.param gm=194m\n.param Ro=15.8k\n.param Co=1p
TEXT 272 256 Left 2 !VSig VSig 0 SINE(0 0.02 10k) AC 1
TEXT 280 288 Left 2 !;tran 500u
TEXT 272 320 Left 2 !.ac dec 10 1 1G
TEXT 56 56 Left 2 ;B, G
TEXT 248 232 Left 2 ;E, S
TEXT 360 56 Left 2 ;C, D
Daumenregel: Rule of thumb
VRE = VCC/4, VRC=VCC/3, IR2 = 10 * IB
Gesucht:
RE, RC, (IB, IR2), R2, R1, ri, Ri, ro, Rges, Rout
Verstärkung: Nur Transistor; Transistor mit RC, RL
IB β = IC
Ohmsches Gesetz: U = I * R
ri = β VT / IC
Parallelwiderstand: R = 1/(1/R1+1/R2)
gm = IC / VT = 0.2 S
r0 = VA/IC = 14.8 kΩ(15.8 kΩ mit VCE)
vU = - gm ro = VA/VT = -2961
vU1 = - gm 1/(1/ro+1/RC+1/RL) = -141
Man kann die Verstärkung des Transistors, mit Kollektorwiderstand, mit Lastwiderstand und Eingangsspannungsteiler berechnen.
Die Beschaltung mit RC und RL begrenzt die Verstärkung.
Mit der LTSPICE simulation wird der Arbeitspunkt (Spannungen, Ströme) verifiziert.
Nächste Vorlesung
04 Frequenzgang und Kapazitäten
Fortführung Beispiel:
RE und die Parallelkapazität
Hausaufgabe: Rechnung mit RE 50 Ohm in Reihe
Simulation Kleinsignalersatzschaltbild
Praktikum
Frequenzgang
Millerkapazität