Emitterfolger mit Darlington-Transistor - Berechnung Drucken E-Mail
Dienstag, den 10. März 2015 um 09:41 Uhr

 

Emitterfolger mit Darlington-Transistor - Berechnung

Bei dieser Schaltung handelt es sich im Prinzip um eine Kollektorschaltung (Emitterfolger). Verwendet wird diese Schaltung z. B. in NF-Vorstufen oder als Impedanzwandler. Die Spannungsverstärkung ist theoretisch 1. In der Praxis ist sie etwas kleiner als 1.


Emitterschaltung mit einem Darlingtontransistor, der sich aus den beiden Transistoren T1 und T2 zusammensetzt.

Darlington-Transistor: Die beiden Transistoren T1 und T2 kann man zu einem einzigen Bauelement zusammenfassen, welches Darlington-Transistor genannt wird. Er verhält sich wie ein gewöhnlicher  bipolarer Transistor mit einigen wenigen Unterschieden:

1) Die Schwellenspannung: (normalerweise 0.7 Volt bei Silizium) des Darlington beträgt 1,4 Volt, weil  sich die gemeinsame Basis-Emitterstrecke aus zwei in Reihe geschalteten Basis-Emitter-Strecken zusammensetzt.

2) Der Stromverstärkungsfaktor: des Darlington ist das Produkt der beiden Stromverstärkungsfaktoren von T1 und T2:  ß1 • ß2 = ßges. Der hohe Stromverstärkungsfaktor ist der eigentliche Vorteil gegenüber dem "normalen" bipolaren Transistor.  Anmerkung: ß1, der Stromverstärkungsfaktor von T1, kann sehr klein werden.

3) Die minimale Spannung Ucesat: zwischen Kollektor und Emitter, bei welcher der Transistor noch funktionieren kann, liegt nicht bei den etwa 0.3 Volt eines "normalen" bipolaren Transistors, sondern bei etwa 1 Volt, weil man zu den 0.3 Volt noch die Schwellenspannung von 0.7 Volt des anderen Transistors hinzufügen muss.

Berechnung: (U in Volt, I in mA, R in kOhm). Berechnet wird die Schaltung im Prinzip wie die Kollektorschaltung.

1. Emitterwiderstand Re: An Re soll etwa die halbe Speisespannung Ubb abfallen, um eine maximale Aussteuerung zu ermöglichen. Durch Re fließt außerdem der Kollektorruhestrom von T2, also Ic2:

Re = (0.5 • Ubb) / Ic2

2. Spannung an der Basis von T1: Diesen Wert benötigen wir, um später den Basisspannungsteiler zu berechnen.

Ub1 = (0.5 • Ubb) + 0.7 V + 0.7 V

3. Basisstrom von T1: Diesen Wert brauchen wir, um nachher den Querstrom des Basisspannungsteilers zu bestimmen.

Ib1 = Ic2 / ( ß1 • ß2 )

4. Rbu: Durch den unteren Basisspannungsteilerwiderstand Rbu soll der zehnfache Basisstrom von T1 fließen und die Basisspannung UBasisT1 abfallen.

Rbu = Ub1 / (10 • Ib1)

5. Rbo: Am oberen Basisspannungsteilerwiderstand Rbo fällt die Spannungsdifferenz Ubb - UBasisT1 ab. Durch Rbo soll der elffache Basisstrom fließen.

Rbo = (Ubb - Ub1) / (11 • Ib1)

6. maximale Ausgangsspannung: Da die minimale Spannung zwischen Emitter und Kollektor beim Darlington 1 Volt betragen muss, ist die maximale Ausgangsspannung

Uausmax = (0.5 • Ubb) - 1 Volt

Uausmax in Vs (Volt Spitze). Bei höheren Spannungen gerät die Schaltung in die Begrenzung und die Ausgangsspannung wird verzerrt.

7. Eingangswiderstand rein: Die Formel für den Eingangswiderstand lautet

rein = ß1 • ß2 / Re

(Diese Formel berücksichtigt nicht, dass Rbo und Rbu wechselstrommäßig parallel zu rein liegen, und den tatsächlichen Eingangswiderstand der Schaltung verkleinern)

8. Ausgangswiderstand raus: Für den Ausgangswiderstand lautet die Formel faustformelmäßig

raus = 1/ (40 • Ic)

und raus ist in der Praxis damit sehr niedrig.

9. Eingangskoppelkondensator: Die Parallelschaltung aus Rbo, Rbu und rein bildet zusammen mit dem Eingangskoppel-kondensator Cein einen Tiefpass. Für eine untere Grenzfrequenz von etwa 30 Hz berechnet sich Cein wie folgt:

                                                                    5000

                                               Cein =  -----------------------------

                                                            Rbo // Rbu // rein

(Cein in nF und die Widerstände in kOhm)

Zuletzt aktualisiert am Dienstag, den 10. März 2015 um 09:54 Uhr
 
3. Februar 2017

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