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Hallo,

wie berechnet man die gegebene Schaltung zur Spannungsstabilsierung? Und wie geht man bei dieser Aufgabe am besten vor?
Ich habe leider keinen Ansatz und tue mich schwer...


BJT Aufgabe.png

BJT Lösungen.png



Und:
Im Folgenden ist nach einer Schaltung zur Spannungsstabilisierung gefragt. ich kenne das nur mit der Z-Diode, daher wäre meine Antwort a). Doch da man hier im Kapitel der Transistoren ist, frage ich mich, ob es noch eine andere Schaltung gibt? Oder ist das quasi eine "Fangfrage"? Welche Schaltung kann man noch zur Stabilisierung nehmen? Gibt es überhaupt eine? Woran erkennt man sie?

Danke für die Beantwortung meiner vielen Fragen!


Welche Schaltung .png

von

Hallo,

sind die Angaben (Parameter) zu der Aufgabe richtig? Denn bei \(\large R_{1}=175Ω\) und der Spannung der Z-Diode von 8V kann durch \(\large R_{1}\) ein maximaler Strom von 40mA fließen. \(\large I_{Z,max}=50mA\) ist somit nicht möglich.

Gruß von hightech

Hallo,

genau, mehr Angaben gibt es nicht und diese scheinen auch richtig zu sein (zumindest vom Professor so vorgegeben). Tue mich mit der Berechnung der Aufgabe noch sehr schwer...

1 Antwort

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Beste Antwort

Hallo,

hier die Berechnung der Transistorschaltung.

a) Berechnung für \(\large R_{L} -> \infty\):

Aus der Kennlinie kann man direkt ablesen

\(\large U_{Z} = 8V\)

\(\large U_{R1} = U_{S} - U_{Z}\)

\(\large U_{R1} = 7V\)

\(\large U_{R2} = U_{Z} - U_{BE}\)

\(\large U_{R2} = 7,17V\)

\(\large I_{R1} = \frac{U_{S} - U_{Z}}{R_{1}} = 40mA\)

Berchnung von \(\large I_{R2}\)

\(\large I_{R2} = \frac{U_{R2}}{R_{2}} = \frac{7,17V}{1378,8Ω}\)

\(\large I_{R2} = 5,2mA\)

Berechnung von \(\large I_{B}\)

aus  \(\large I_{R2} = I_{B} + I_{C} = (B+1)*I_{B}\)

\(\large I_{B} = \frac{I_{R2}}{B + 1} = 56,52µA\)


b) wie klein darf  \(\large R_{L}\)  werden, bevor die Schaltung nicht mehr funktioniert

Für die Minimalstromstärke \(\large I_{Z,min}\) gilt

\(\large I_{Z,min} \approx \frac{I_{Z,max}}{15*\log_{}{U_{Z}}}\)

\(\large I_{Z,min} = 3,69mA\)

unterhalb von \(\large I_{Z,min}\) verliert die Z-Diode ihre Funktion

Durch Verkleinern des Lastwiderstandes \(\large R_{L}\) wird die Basis-Emitterspannung geringfügig erhöht, was einen starken Anstieg es Emitterstroms und damit einen größeren Basisstrom zur Folge hat. Somit wird auch der statische Basis-Emitterwiderstand kleiner. Der statische Basis-Emitterwiderstand ist der Gleichstromwiderstand \(\large \frac{U_{BE}}{I_{B}}\) und darf nicht mit dem Differenziellen Basis-Emitterwiderstand verwechselt werden!!

Betrachtet man \(\large R_{1}\) mit \(\large R_{BE}\), \(\large R_{2}\) und \(\large R_{L}\) als Spannungsteiler, so lässt sich folgendes Ersatzschaltbild zeichnen:

SpneuS 30.jpg

Wird durch Verkleinern von \(\large R_{L}\) der Gesamtwiderstand \(\large R_{T}\) so klein, dass die Teilspannung \(\large U_{T}\) kleiner wird als die Spannung \(\large U_{Z}\) , dann geht die Stabilisierungsfunktion der Z-Diode verloren und die Schaltung funktioniert nicht mehr. Dieser kritische Punkt liegt im Knickbereich der Z-Diode bei \(\large I_{Z,min}\).

Normalerweise wird \(\large I_{Z,min}\) nach folgender Gleichung berechnet:

\(\large I_{Z,min} \approx \frac{I_{Z,max}}{15*\log_{}{U_{Z}}}\)

Mit \(\large I_{Z,max} = 50mA\) und \(\large U_{Z} = 8V\) wird

\(\large I_{Z,min} = 3,69mA\)

\(\large I_{B} = I_{R1} - I_{Z,min} = 36,31mA\)

\(\large I_{E} = (B+1)*I_{B} = 92 * 36,31mA = 3340,43mA\)

\(\large I_{RL} = I_{E} - I_{R2} = 334043mA - 5,2mA\)

\(\large I_{RL} = 3335,225mA\)

\(\large R_{L} = \frac{7,17V}{3335,225mA}\)

\(\large R_{L} = 2,15Ω\)

\(\large R_{L}\) darf also nich kleiner als \(\large 2,15Ω\) werden, sonst funktioniert die Schaltung nicht mehr.

Gruß von hightech

von 1,5 k

Hallo hightech,


hab es erst jetzt sehen können:

Danke für deine ausführliche Antwort! Du hast mir enorm geholfen, die Berechnung zu verstehen.


Wie sähe das mit der letzten Frage aus, welche Schaltung zur Spannungsstabilisierung genommen werden kann? Ist a) hier die richtige Antwort?


Gruß


Mathwork

Hallo Mathwork,

hier noch die Beantwortung der Frage

„Welche Schaltung kann zur Spannungsstabilisierung verwendet werden?“

Hierzu eine Vorbemerkung:
Diese Frage versteht man besser, wenn man sie folgendermaßen umformuliert:

Bei welcher Schaltung ist die Ausgangsspannung \(\large U_{L}\) (weitestgehend) unabhängig vom Lastwiderstand \(\large R_{L}\) ?   Also weitestgehend konstant, egal wie klein oder wie groß \(\large R_{L}\) ist.

Antwort:

Die Ausgangsspannung \(\large U_{L}\) ist dann konstant, wenn der Innenwiderstand der Quelle, den der Lastwiderstand „sieht“, wesentlich kleiner ist als der Lastwiderstand.

Dabei spielt es keine Rolle, ob es sich um eine Gleichstromquelle handelt (wie Schaltung a. und b.) oder um eine Wechselstromquelle (wie Schaltung c. und d.).

Somit muss man den Innenwiderstand der Quelle ermitteln, der möglichst klein sein soll. Hierzu ist für jede Schaltung das Ersatzschaltbild zu ermitteln und daraus der Innenwiderstand zu berechen. Ich gebe dir die Ergebnisse an, jedoch ohne die Ersatzschaltbilder und ohne die jeweilige Berechnung. Die Ersatzschaltbilder und die Berechnungen kannst du selbst mal ermitteln. Falls es Probleme gibt, dann noch mal melden.

Schaltung a: kann zur Spannungsstabilisierung verwendet werden

Schaltung a: kann nicht zur Spannungsstabilisierung verwendet werden

Schaltung a: kann zur Spannungsstabilisierung verwendet werden

Schaltung a: kann nicht zur Spannungsstabilisierung verwendet werden

Gruß von hightech

Hallo,

beim Kopieren ist mir ein Fehler unterlaufen.

Richtig ist:

Schaltung a: kann zur Spannungsstabilisierung verwendet werden

Schaltung b: kann nicht zur Spannungsstabilisierung verwendet werden

Schaltung c: kann zur Spannungsstabilisierung verwendet werden

Schaltung d: kann nicht zur Spannungsstabilisierung verwendet werden

hightech

Hallo hightech,


danke für die Antwort!

Da man nur eine Antwort angeben kann und wir nur Schaltung a) in der Vorlesung explizit behandelt haben, würde ich jetzt diese Schaltung auswählen.


Gruß

Mathwork

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