Transistor (Arbeitspunkt berechnen)

ReineMathematik · Anmeldungsdatum: 15.12.2017 Beiträge: 37

Hallo, Ich bereite mich auf eine Prüfung vor, wobei ich bei Transistorschaltungen bei der Arbeitspunktbestimmung sehr Schwierigkeiten habe. Ich sitze hier schon seit zwei Stunden und bin immer noch am selben Fleck. Gibt es denn keinen ,,Algorithmus" um den AP eines Transistors zu bestimmen?

Laut Tutorium kann man wie folgt vorgehen: Man betrachtet die zwei Netzwerke zwischen einem Transistorgetrennt. Sozusagen ,,nimmt man den Transistor heraus"und hat nun zwei getrennt betrachtete Klemmenspannungen (U_GS und U_DS). Jetzt steht da das ich lediglich beide Netzwerke jeweils in eine Ersatzspannungsquelle überführen soll, also

- Das Netzwerk mit der Leerlaufspannung U_GS in Ersatzspannungsquellendarstellung
- Das Netzwerk mit der Leerlaufspannung U_DS in Ersatzspannungsquellendarstellung

Daraus ergeben sich eine Tangente und eine Gerade im Kennlinienfeld, wobei der Schnittpunkt der Arbeitspunkt ist. Jetzt wollte ich das auf eine Beispielaufgabe anwenden und das Netzwerk zunächst in zwei Teile ,,schneiden". Ich habe in rot markiert wo man das Netzwerk teilen kann, bin mir jedoch unsicher ob das so geht, weil die Transistoren im Netzwerk alles etwas komplizierter machen als es gewohnt war.

Daneben hab ich im Anhang die Vorgehensweise hochgeladen.

Ich würde mich sehr freuen wenn ich es endlich schaffe solche Aufgaben zu lösen.

Lg

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7241

Willkommen im Physikerboard!

Bis jetzt ok. Wie geht es weiter?

Viele Grüße
Steffen

ReineMathematik · Anmeldungsdatum: 15.12.2017 Beiträge: 37

Hallo und vielen dank für deine Antwort.

Ich betrachte zunächst das linke Netzwerk: Bei MOSFETs ist im DC Fall I_GS=0, d.h. der Zweig ,,verschwindet" zur Berechnung der Ersatzspannungsquelle

Den Innenwiderstand brauche ich hier (und Allgemein bei der Transistor-Arbeitspunktbestimmung) oder? Denn das gehört doch schließlich mit zu einer Ersatzspannungsquellendarstellung (Siehe Anhang letzter Beitrag). Den braucht man lediglich um die Ersatzspannungsquelle=,,reale Spannungsquelle" in eine Ersatzstromquelle=reale Stromquelle umzuwandeln oder?

Hier wäre das:

Also einmal den Einfluss des Eingangs (Hier: V_DC) auf die Klemmenspannung=Leerlaufspannung (In diesem Fall: U_GS) und einmal den Innenwiderstand, den berechne ich, indem ich in eine Klemme ,,reinschaue" und dann den Stromfluss solange entlang gehe (und dabei die Impedanzen nach bekannten Rechengesetzen zusammenfasse) bis ich bei der anderen Klemme angekommen bin. Es ergibt sich hier R_i=R1+R2. Die Klemmenspannung mit Einfluss des Eingangs erhalte ich über den Spannungsteiler.

Beim rechten Netzwerk mach ich das genau so. R_i ist R. Den Einfluss des Eingangs auf die Klemmenspannung U_DC ergibt sich über die Maschengleichung. Laut Musterlösung stimmt auch alles.

Kann man es darauf belassen, dass man bei solchen Aufgaben lediglich mit (Mehrfachen) Spannungsteilern und Maschengleichungen rechnet? Also R_i ist z.b. gar nicht relevant. Natürlich müssen im Hintergedanke Verfahren wie Superposition oder Quellenumwandlung beachtet werden, wenn es passt.

Edit: Wie man jetzt weiter rechnet ist mir bewusst, also den Schnittpunkt=Arbeitspunkt im Kennlinienfeld mithilfe der berechneten Größen. Bloß was soll dann dieses V_LL/R im Tutorium z.B. bedeuten. Was genau ist R? Doch nicht der Innenwiderstand oder?

Steffen Bühler · Moderator Anmeldungsdatum: 13.01.2012 Beiträge: 7241

In der Tat kannst Du hier völlig ingenieurmäßig rangehen. Es interessiert nur UGS, was in Deiner Schaltung einfach durch R1 und R2 bestimmt wird. Und natürlich UDS, was sich nach der Maschenregel aus der Differenz der Betriebsspannung und der an R abfallenden Spannung ergibt.

Nichts anderes ist ja mit dem "V_LL/R" gemeint! V_LL steht für die Leerlaufspannung, also einfach die Betriebsspannung, bei Dir ist das VDC. Wenn z.B. UDS Null ist, bedeutet das Kurzschluss, der Transistor ist also voll durchgeschaltet. Dann wird ID nur noch durch den Lastwiderstand R bestimmt (der heißt auch bei Dir R). Und umgekehrt liegt, wenn gar kein Drainstrom fließt, der Transistor also sperrt, die volle Betriebsspannung zwischen Drain und Source, das ist der Punkt VLL auf der UDS-Achse.