Dr. Gernot Ecke tu ilmenau, fg nanotechnologie, Zentrum für Mikro- und Nanotechnologien, Raum 315

3.2.3.1.         Widerstandsgerade und Arbeitspunkt: 

 

 

 

 

 

3.2.3.2.

 

Verlustleistungshyperbel 

 

  

Maximalleistung des Transistors 

C

CE

V

I

U

P

⋅

=

max

 

  

→ Hyperbelform mit 

const

U

I

CE

C

=

⋅

 

     Schränkt den Arbeitsbereich des Transistors ein, darüber wird er zu heiß,  

     dann Zerstörung 

ebenso 

max

C

I

 und 

max

CE

U

 dürfen nicht überschritten werden 

Grenzwerte: Das Überschreiten von bestimmten Maximalwerten 

 Ströme 

C

I  und 

B

I

, Sperrspannungen 

CB

U

, 

CE

U

, und 

EB

U

  

 

 und der Verlustleistung Pv führt evtl. zur Zerstörung des Transistors. 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

60 

3.2.3.3.

 

Stromversorgungsschaltung 

 

Zum Verstärkerbetrieb:  

Eingangsdiode in Durchlassrichtung 

              

 

 

Ausgangsdiode in Sperrrichtung 

 

Grundschaltung mit nur einer Spannungsquelle: 

 

 

 

 

 

 

•

 

Berechnung der Schaltungen, Dimensionierung der Widerstände im Seminar! 

 

1. Richtwerte:   

V

U

BE

7

,

0

=

   

2. 

2

Uq

U

CE

=

  für maximale Aussteuerung 

3. 

B

R

I

I

10

1

≈

 für Schaltung 3 

Richtwerte 2. und 3. kann man zur Optimierung der Schaltungskennwerte auch 

weglassen! 

 

 

 

 

 

61

3.2.3.4.

 

Einfluss der Temperatur auf die Kennlinienfelder des 

Bipolartransistors in Emitterschaltung 

 

Einfluss der Temperatur auf die Eingangskennlinie wie bei Diode 

 

ϑ

↑  bewirkt eine Verschiebung die Eingangsdiodenkennlinie nach links bzw. oben 

 

bei 

const

U

BE

=

  steigt 

B

I

, bei 

k

T

10

=

Δ

 

⇒ Verdoppelung 

( )

( )

⎟

⎠

⎞

⎜

⎝

⎛ −

⎟⎟

⎠

⎞

⎜⎜

⎝

⎛

=

T

T

kT

Wg

B

B

e

T

T

T

I

T

I

0

1

3

0

0

 

 

( )

1

065

,

0

−

≈

K

I

TK

B

 

 

 

 

 

CEO

I

 stark temperaturabhängig 

N

CBO

CS

N

I

N

CEO

A

I

I

A

A

A

I

−

=

−

−

=

⇒

1

1

1

 

 

 

  

 

 

 

 

             

 über 

CEO

B

N

C

I

I

B

I

+

⋅

=

 

 

  

     

ϑ

↑       

ϑ

↑  

 

 

 verschiebt sich KLF nach oben [Bild

CBO

I

] 

 

 

( )

( )

(

)

0

0

T

T

C

CEO

CEO

E

e

T

I

T

I

−

=

            

1

12

,

0

...

08

,

0

−

=

k

C

E

 

 

 

 auch 

N

B  temperaturabhängig       

K

dT

dB

B

TK

N

N

3

10

5

1

−

⋅

≈

=

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Temperaturabhängigkeit des I

CB0

 und des Ausgangskennlinienfeldes in 

Emitterschaltung 

 

 

 

 

62 

3.2.3.5.

 

Temperaturkompensationsschaltungen 

 

Stromgegenkopplung 

 

 

 

R

4

 wirkt auch als Gegenkopplung auf das Signal in gleicher Weise wie auf 

Temperaturänderungen. Um das zu verhindern, kann R

4

 durch einen C überbrückt 

werden. 

 

 

Spannungsgegenkopplung 

 

           

 

 

 

Eigenschaften der Emitterschaltung 

 

•

 

hohe Stromverstärkung 50 … 1000 

•

 

hohe Spannungsverstärkung 50 … 1000 

•

 

mittlere Ein- und Ausgangswiderstände 

                  z. B. 

e

Z  10 k

Ω 

                           

a

Z  10 k

Ω 

•

 

größere Leistungsverstärkung 

•

 

obere Grenzfrequenz ca. 10 MHz 

•

 

Phasenverschiebung 180° zwischen 

a

U  und 

e

u  

 

  Anwendungsgebiete:  HF- und NF-Verstärker, 

 

 

   Leistungsverstärker 

– 

Endstufen 

                  

 

Schalter 

 

 

 

 

 

 

 

63

 

3.2.4.

 

Das Kleinsignalersatzschaltbild, h-Parameter 

 

Der Transistor als Verstärker, black box 

 

 

   

mathematische Darstellungen der Abhängigkeiten 

 

mindestens 2 Gleichungen sind nötig, z.B. 

 

 

(

)

2

1

2

1

,

,

u

i

f

i

u

=

 1. h-Parameter 

 

(

)

2

1

2

1

,

,

u

u

f

i

i

=

 2. y-Parameter 

 

(

)

2

1

2

1

,

,

i

i

f

u

u

=

   z-Parameter 

 

(

)

2

1

2

1

,

,

i

u

f

u

i

=

   d-Parameter 

 

 

(

)

2

2

2

1

,

,

i

u

f

i

u

=

   a-Parameter 

 

(

)

1

1

2

2

,

,

i

u

f

i

u

=

 

 

1.

 

Linearisierung der Abhängigkeiten 

  

2

12

1

11

1

u

h

i

h

u

+

=

 (1) 

  

2

22

1

21

2

u

h

i

h

i

+

=

 (2) 

 

 

Übersetzung für Emitterschaltung  

Basisschaltung 

 

 

 

 

CE

E

B

E

BE

u

h

i

h

u

12

11

+

=

  (1) 

 

 

CB

B

E

B

EB

u

h

i

h

u

12

11

+

=

  (1) 

 

CE

E

B

E

C

u

h

i

h

i

22

21

+

=

    (2) 

 

 

CB

B

E

B

C

u

h

i

h

i

22

21

+

=

    (2) 

 

 

Gleichungssystem für die Emitterschaltung 

 

 

CE

E

B

E

BE

u

h

i

h

u

12

11

+

=

  (1) 

 

CE

E

B

E

C

u

h

i

h

i

22

12

+

=

    (2) 

 

 

 

64 

const

U

B

BE

u

B

BE

E

CE

CE

I

U

i

u

h

=

=

Δ

Δ

=

=

0

11

 Kurzschlusseingangswiderstand 

 

zu bestimmen aus dem Anstieg der Eingangskennlinie (III. Quadrant) 

 

const

I

CE

BE

i

CE

BE

E

B

B

U

U

u

u

h

=

=

Δ

Δ

=

=

0

12

 Leerlaufspannungsrückwirkung 

 

zu bestimmen aus dem Anstieg der Kennlinie Spannungsrückwirkung (IV. Quadrant) 

 

const

U

B

C

u

B

C

E

CE

EE

I

I

i

i

h

=

=

Δ

Δ

=

=

0

21

  

Kurzschlussstromverstärkung 

 

zu bestimmen aus dem Anstieg der Stromverstärkungskennlinie (II. Quadrant) 

in der Praxis 

β

=

E

h

21

, wenn alles linearer Verlauf 

N

E

B

h

=

21

 

 

.

0

22

const

I

CE

C

i

CE

C

E

B

B

U

I

u

i

h

=

=

Δ

Δ

=

=

 Leerlaufausgangsleitwert 

 

zu bestimmen aus dem Anstieg der Ausgangskennlinie (I. Quadrant) 

 

wenn man die Parameter einer Schaltungsart kennt, kann man die einer anderen daraus berechnen 

z.B.: 

 . 

 

h-Parameter-Gleichungssystem: 

 

2

22

1

11

1

u

h

i

h

u

+

=

    (1) 

2

22

1

21

2

u

h

i

h

i

+

=

    (2) 

 

           

⇓ 

daraus wird ein Ersatzschaltbild entwickelt: 

 

 

 

 

65

 

 

 

Kleinsignal-Ersatzschaltbild des Bipolartransistors in h-Parameterdarstellung  

 

Bestimmung der h-Parameter von Transistoren: 

 

1. 

Durch Berechnung aus dem Grundgleichungssystem (nur für den inneren    

  

Transistor, ungenau!) 

2. 

Durch Bestimmung in 4-Quadranten-KLF (Quasistatische Parameter) 

→  

 Seminar 

3.  

Durch Messungen unter bestimmten Voraussetzungen (Datenblätter) 

 

Mit den Transistor-h-Parametern lassen sich bei komplexeren Schaltungen deren Eigenschaften 

berechnen. Wichtige Eigenschaften von Transistorverstärker-Schaltungen sind: 

 Eingangswiderstand 

 

E

E

E

i

u

Z

=

 

 Ausgangswiderstand 

 

A

A

A

i

u

Z

=

 

 Stromverstärkung 

 

E

A

i

i

i

V

=

 

 Spannungsverstärkung 

E

A

U

u

u

V

=

 

 

Für den Transistor (ohne Beschaltung) lassen sich diese Größen aus dem h-Parametern einfach 

berechnen. 

 

 

R

S

 – Gesamtwiderstand am Eingang des Transstors bei kurzgeschlossener Signalquelle 

R

L

 – Gesamtwiderstand am Ausgang des Transistors 

Δh – Determinante der h-Matrix 

 

66 

 

h-Parameter sind  

Arbeitspunktabhängig: 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

3.2.5.

 

y-Parameter 

 

 

(

)

2

1

2

1

,

,

u

u

f

i

i

=

   

 

 Linearisiertes 

Gleichungssystem: 

 

 

2

12

1

11

1

u

y

u

y

i

+

=

 (1) 

 

2

22

1

21

2

u

y

u

y

i

+

=

 (2) 

 

 

konst

U

U

I

y

=

Δ

Δ

=

2

1

1

11

⇒   Eingangskurzschlussleitwert 

 

konst

U

U

I

y

=

Δ

Δ

=

1

2

1

12

⇒ Übertragungsleitwert 

rückwärts 

 

konst

U

U

I

y

=

Δ

Δ

=

2

1

2

21

⇒   Übertragungsleitwert vorwärts (Steilheit) 

 

konst

U

U

I

y

=

Δ

Δ

=

1

2

2

22

⇒   Ausgangskurzschlussleitwert 

 

 

 

Daraus entwickeltes Ersatzschaltbild: 

 

        

 

 

 

 

 

 

67

 

 

y-Parameter und 

h-Parameter sind 

ineinander 

umrechenbar 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

  

 

 

 

3.2.6.

 

Der Transistor als Schalter 

 

mechanischer Schalter, Relais   Transistor 

als 

Schalter 

langsam (ms, s) 

 

 

 

 

schnell (ns) 

große Leistung zur Betätigung 

 

 

kleine Leistung 

schlecht 

automatisierbar 

   voll 

steuerbar 

 

 

 

 

aber:   minimaler Strom im Aus-Punkt 

Restspannung im EIN-Zustand 

Umladungen von Diodenkapazitäten 

 

dynamisches Transistorersatzschaltbild: 

11

11

1

h

y

=

11

11

1

y

h

=

11

12

12

h

h

y

−

=

11

21

21

h

h

y

=

11

21

21

y

y

h

=

11

12

12

y

y

h

−

=

11

22

h

h

y

Δ

=

11

22

y

y

h

Δ

=

21

12

22

11

h

h

h

h

h

−

=

Δ

21

12

22

11

y

y

y

y

y

−

=

Δ

 

68 

 

 

Prinzipschaltung: 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Am Kollektorstromverlauf: 

  

d

t  - Verzögerungszeit 

 

 - 

Entladung 

der 

S

C    

r

t

 - Anstiegszeit 

 

 

 

- Aufladen der 

d

C  

s

t  - Speicherzeit 

 

 

 

- Entladen der 

d

C  

f

t - Abfallzeit   

 

 

 

- Aufladen der 

s

C  

 

 

 

69