Gesteuerte Quellen, Transistor, SPICE

1 Spannungsgesteuerte Spannungsquelle, Verstärker Modell
L
Bild
  1. Berechne allgemein das Verhältnis U2/U1 und U2/U0
    1. für Leerlauf an den Klemmen A-B und
    2. für ein angeschlossene Last RL
  2. Welche Werte ergeben sich für R1 = 1 kΩ, R2 = 1 kΩ, k = 10, R3 = 2 kΩ, RL = 1 kΩ ?
  3. Berechne für die Klemmen 2-0 eine Ersatzspannungsquelle.

Der rechte Teil der Schaltung ist abgesehen von der spannungsgesteuerten Spannungsquelle k·U1 völlig unabhängig vom linken Teil der Schaltung.

  1. U2/U1 ist einfach der Spannungsteiler von k·U1 auf U2. Im Leerlauf ist U2 = k·U1. Für U2/U0 kommt multiplikativ noch der Spannungsteiler der linken Teilschaltung dazu.
  2. ---
  3. Der rechte Teil der Schaltung ist die Ersatzquelle. Zur Übung aber ganz klassisch mit Leerlaufspannung und Kurzschlußstrom nachrechnen.

Falls Sie die Schaltung mit SPICE simulieren möchten:

Syntax für die spannungsgesteuerte Spannungsquelle: Exxx n+ n- nc+ nc- <gain>

nc+ und nc- sind die Anschlußpunkte der steuernden Spannung.

Im Schaltungseditor sind einfach die Anschlußknoten zu verbinden.

Die Verstärkung (gain) ist der Wert von Value.

SpiceEElement.png
2 Verstärker mit Rückkopplung

M

S

Bild

Berechne U2/U1 und untersuche den Einfluss von k und Rk auf die Verstärkung U2/U1 !

Knoten 2: Ik = I3 - IL

Drückt man diese Ströme wie im Knotenpotentialverfahren durch Potentiale (Spannungen) und Leitwerte aus, so kommt man rasch zu einer Formel für U2/U1.

Um den Einfluß von k und Rk zu untersuchen, muss man fast eine Tabellenkalkulation zu Hilfe nehmen und für k und Rk eventuell Schiebebalken oder eine Tabelle einsetzen.

Man kann das aber auch mit Spice simulieren.

3 Knotenpunktpotentialverfahren für den Verstärker mit Rückkopplung
M

Man kann für die Knoten 1 und 2 die Knotengleichungen anschreiben:

1: ...

2: I3 - IL - Ik = 0 oder G3 (k U1-U2) - GL U2 - Gk (U2-U1) = 0

4 Maschenstromverfahren für den Verstärker mit Rückkopplung
M

Masche links: Ia = I1; Masche rechts: Ib = IL; Masche in der Mitte: Ic = Ik

Für die Masche des rechten Teils (Quelle - R3 - RL) erhält man:

R3 (Ib + Ic) + RL Ib = k U1

Nun ist aber U1 auch eine Unbekannte. Man muss auch U1 durch Maschenströme ausdrücken. Es gilt: U1 = R2 (Ia + Ic).

Nun bringt man diesen Ausdruck von der rechten Seite auf die linke Seite und erhält als Maschengleichung für die Masche b:

-k R2 Ia + (R3 + RL) Ib + (R3-k*R2) Ic = 0

5 Spice - Simulationen - Kennlinien - Arbeitspunkt
M

Was sagt die Theorie?

Die Spannungsverstärkung vu = u2/u1 ist <= 1, die Spannungen sind gleichphasig

Der Eingangswiderstand u1/i1 ist ungefähr re ~ β RE // RL und damit hoch

Der Ausgangswiderstand ist RE // ((rBE + Rg) / β) Rg ist der Innenwiderstand der AC-Quelle am Eingang

Um den Ausgangswiderstand - u2/i2 durch Simulation zu ermitteln, schliesst man am Ausgang statt RL eine AC-Quelle an. Die Quelle am Eingang ist auszuschalten.

Spannend ist noch eine Ergänzung zum Thema Anpassung: Definieren Sie die Last RL als Parameter und stellen Sie den Verlauf der Leistung am RL graphisch dar. (Ich habe das kleine Skriptum zu Spice mit Informationen dazu ergänzt.)

 

Aufgaben - Lösungen

Inhaltsverzeichnis