Schaltung mit Zenerdiode und Transistor als Konstantstromquelle

[Peter(TOO)]

in welcher Weise hier eine Rückkopplung von der Lastseite auf die Basis-Seite erfolgen soll, ist nicht ersichtlich, denn die Spannung an der Basis bleibt ja mit 3,9V konstant, und der Strom zur Basis ist ebenfalls durch die 100k zur Batterie konstant begrenzt. Keine Rückkoplung, keine Spannungsänderung, nichts in der Art.
Da sich an diesen Konstanten (Spannung und Widerstand) nichts ändert, bleibt auch der Rest, also auch der Basistrom, konstant, nichts ändert sich bei wechselnder Batteriespannung im 9-18V Bereich bei durchgeschaltetem Transistor, und das ist ja genau der Effekt, der letzlich auf die Z-Diode als Konstantspannungsquelle zurückzuführen ist.

wer jetzt also tatsächlich der Meinung ist, dass der Basisstrom nicht konstant ist, möge das bitte doch mal mit Zahlen (!) vorrechnen und dann seine Ergebnisse mit der Simulation hier gemeinsam zum Vergleich einstellen.
Nach dieser Berechnung mit konkreten Zahlen hatte ich ja in der Tat schon seit 7 Forumsseiten gefragt, doch da kam nie eine konkrete Antwort -
- außer die Simulation, und die sagt: 16µA konstant.

Ich bin da wirklich sehr gespannt...

Tja, eine Simulation ist nicht die Realität!

https://e3.physik.uni-dortmund.de/~s...ansistoren.pdf
Abschnitt 6.1.4. lesen.
U_BE ändert sich in Abhängigkeit von U_CE.
Ich schrieb aber auch, dass der Effekt etwa 4 Zehnerpotenzen kleiner ist als deine Berechnung. Wem dies das zu hoch ist, das ist ein Faktor 10^-4.

Die vollen Formeln für einen Transistor sind recht kompliziert, besonders wenn man die Temperatur mit einbezieht.
Da Transistoren Fertigungstoleranzen im Bereich von +/-50% haben, muss eine Schaltung damit zurecht kommen und meistens kann man Terme dadurch vernachlässigen.

Allerdings liegt die Umgebungstemperatur nicht überall bei +25°C. Da funktionieren dann manche Geräte schon bei 30-35°C nicht mehr.
Da BE eine Si-Diodenstrecke ist, ändert sich deren Spannung um etwa -2.3mV/K.
Im Automobil-Bereich ist eine Temperatur-Bereich von -20°C-+80°C üblich, also 100K Differenz. Da ändert sich U_BE um etwa 230mV, was etwa 1/3 von den 0.6-0.7V entspricht. Entsprechend kann dein Basis-Strom nicht über die Temperatur konstant sein und I_C ist es auch nicht.
Hier trennt sich dann schnell der Spreu vom Weizen bei den Entwicklern.

Neben der Diodenspannung, ändern sich vor allem auch die Leckströme und das Rauschen, beides nimmt mit der Temperatur zu.

Hier mal ein Datenblatt vom BC817:
https://www.fairchildsemi.com/datasheets/BC/BC817.pdf

Figure 1. zeigt, dass sich das H_FE in Abhängigkeit der Temperatur und I_C ändert, wodurch auch der Basisstrom von diesen Parametern abhängt. Die Diagramme zeigen fast immer die Durchschnittlichen Werte an.
Auch bei 25°C und I_C = 3mA verläuft die Linie nicht wirklich horizontal.

MfG Peter(TOO)

- - - Aktualisiert - - -

nein, ich "kann nicht auch von vorne rechnen", ich MUSS von vorne rechnen!

Upps, dann habe ich das mein Leben lang falsch gemacht!
Muss ich jetzt eine Rückrufaktion für alle meine Geräte der letzten über 40 Jahre starten ?

Zuerst legt man IC fest, das ist nun mal der wichtige Parameter.
Aus den Spannungsbereich kann man die Verlustleistung im Transistor berechnen.
Damit kann man dann einen Transistor auswählen.

Die Auswahl der Z-Diode ist dann so eine Sache.
Je höher man die Spannung wählt umso stabiler wird I_C, aber gleichzeitig schränkt man den Bereich ein, in welchem die Schaltung funktioniert.
Jetzt kann man R_E festlegen.
Um Normwerte verwenden zu können, schraubt man je nach dem auch noch an U_Z
Dann kann man I_B abschätzen, dazu nimmt man das kleinste h_FE des ausgewählten Transistors für den ungefähren Arbeitspunkt.

Je grösser man I_Z/I_B wählt, umso kleiner wird er Einfluss der Unterschiedlichen I_B
Nun kann man eine Z-Diode und deren Arbeitspunkt festlegen.
Daraus kann man den Widerstand für die Z-Diode berechnen.

Dann kommt der Aufwändige Teil der Rechnerei.
Man muss die Worst Case Berechnungen für die ganzen Bauteil- und Spannungs-Toleranzen durchführen und dabei auch die Temperatur einbeziehen. Die Schaltung muss dann die geforderten Bedingungen in jedem Fall erfüllen. Wenn nicht muss man Werte ändern und nochmals rechen.
Zudem müssen auch die Verlustleistungen berücksichtigt werden.

Und auch bei deinem Verstärker-Beispiel muss man hinten Anfangen.
Als Parameter hat man die Werte vom Mikrofon (Spannung, Impedanz) und was am Lautsprecher raus kommen soll (Leistung, Impedanz).
Nur damit kann man die nötige Spannungsverstärkung der ganzen Schaltung berechnen.
Aus technischen Gründen kann man nun aber die Verstärkung der Endstufe nicht frei wählen, um z.B. einen kleinen THD zu bekommen, muss die Gegenkopplung möglichst gross sein.
Bei Transistorstufen hat man das Problem, dass die Ausgangskennlinie nicht linear ist, man muss also einen Arbeitspunkt suchen, welcher möglichst linear ist, was aber wiederum die Verstärkung eingrenzt, je nach dem welchen THD man zulässt.
Ein weiteres Problem ist, dass jede Stufe zusätzlich Rauschen erzeugt, welches zum Nutzsignal addiert wird.
Wie jede Entwicklung ist das Ganze am Ende ein Kompromiss.

MfG Peter(TOO)

[Ceos]

Also HaWe jetzt haben mittlerweilen 4 Leute dir gesagt dass du das ganze von der falschen Seite aufziehst, warum akzeptierst du nicht dass andere Recht haben und versuchst mal deren Erläuterungen zu folgen?

Der Witz ist dass neben mir sicher auch andere plötzlich wesentlich besser verestehen wie die Schaltung tickt XD Am Anfang habe ich auch immer erst mit konstanter BAsisspannung gerechnet und habe nur durch Zufall die richtigen Zahlen bekommen, als ich dnn mal den Simulator angeschmissen hatte wurde mir klar das es bei steigendem Strom die Z-Diode ist, die verhindert dass die Basisspannung über 3.9V steigt und damit verhindert dass der Transistor offen bleibt! Der Basistrom ist nur ein Ergebnis dieses Gleichgewichts!

Leider sind meine Mathematischen Künste was Gleichungen geht nicht so ausgeprägt, aber vll. hilft es HaWe wenn jemand mal alle Komponenten in eine große Gleichscung schreibt, damit er einfach mal mit den Variablen rumspielen kann um zu sehen dass der Basisstrom und Spannung nicht zwangsläufig eine Konstante ist