Transistorverstärker

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Der Transistorverstärker ist eine Elektronikschaltung, bei der ein kleines Signal einen Verstärker ansteuert, der aufgrund seiner Verstärkungseigenschaften ein grösseres Signal (grösserer Strom und/oder grössere Ausgangsspannung) ausgibt. Beim Transistorverstärker kann dies ein NPN- oder P/NPTransistor sein (die Polarität der Versorgungsspannung ist davon abhängig). Der Werkstoff des verwendeten Schalters (Germanium oder Silicium, selten Galliumarsenid) hat keine fundamentale Rolle für die Funktionsweise der Schaltkreise.

Neben dem Aktivteil werden auch die passiven Komponenten benötigt: Ein Transformator kann in drei Basisschaltungen und mit Stromrückführung arbeiten. Bei dem hier gezeigten Transistorverstärker wird das Signal über einen 10 µF Kopplungskondensator auf die Transistorbasis aufgesetzt. Zusammen mit dem Betriebswiderstand 4.7 k? stellt der Transformator einen Spannungsverteiler dar. Die Grundspannung des Schalters ist umso niedriger, je höher sein Widerstandswert und damit die Spannung am Ausgang (oberhalb des Schalters) ist.

Dadurch kommt es zu einer Phasenverschiebung zwischen Eingangssignal Ue und Ausgangsignal Ua. Die Weiterleitung des Ausgangssignals an das nachfolgende Modul erfolgt über den rechten Kopplungskondensator. Mit den Spannungsteilern von 47 k? und 10 k? wird der Betriebspunkt des Schalters durch eine an der Grundplatte anliegende DC-Spannung eingestellt, die aus der Versorgungsspannung errechnet wird.

Als Hochpassfilter stellen die Kopplungskondensatoren sicher, dass nur das Eingangssignal (Wechselspannung), aber keine DC-Spannung gesendet wird, da dies den Betriebspunkt ändern würde. Es besteht aus wenigstens zwei zusammenwirkenden Tranistoren, um eine höhere Leistung zu erwirtschaften. Die beiden Transienten werden in der entgegengesetzten Phase betrieben. Häufig sind die Betriebspunkte so gewählt, dass jeder der beiden Transienten nur eine halbe Welle aufnimmt.

Deshalb werden mehrere Phasen miteinander verbunden; oft werden mehrere unterschiedlich leitfähige Tranistoren (PNP und NPN) miteinander verbunden.

Emitter-Schaltung für Transistorverstärker

Unter den drei Grundschaltungstypen mit bidirektionalen Tranistoren wird die Emitter-Schaltung häufig in der Verstärkertechnologie eingesetzt. Der Vergleich mit den Basis- und Kollektorschaltungen ist im Abschnitt Basisschaltungen von Transistorverstärkern aufgelistet. Bei Reparaturen kann die Funktion der Beschaltung auch ohne erneute Berechnung beim Austausch gleichartiger Transienten trotz Probenstreuung und Kennwerttoleranz der Transienten erhalten bleiben.

Wie bei allen Halbleitern handelt es sich bei diesen um Thermistoren, die den elektrischen Widerstand bei Erhitzung besser abführen. Der Temperaturanstieg verlagert die Eingangscharakteristik in Richtungen von kleineren Schwellenspannungen. Mit der gleichen Grundspannung und einer Temperaturzunahme von 10 steigt der Grundstrom um das 2. Der Transistor hat eine höhere Leistungsabgabe und heizt sich weiter auf.

Die Betriebspunkte verschieben sich in der Regel in Fahrtrichtung der kleineren Kollektor-Emitter-Ausgangsspannungen. Bei der Sättigung zwischen Sammler und Sender treten Signaleinschränkungen auf. Der Diodenweg zwischen Boden und Strahler, der durch die selbsttragende Kraft-Wärme-Kopplung vernichtet wird, ist in Gefahr. Die Betriebspunkte müssen gegen Temperatureinflüsse und Probenstreuung abgesichert sein. Den Betriebspunkt bestimmt der Grundgleichstrom.

Ein den Grundstrom bestimmender Serienwiderstand R1 wird für die Versorgungs- oder Arbeitsspannung berechnet, der Strom des Kollektors und die Restspannung zwischen Stromregler und Sender werden über die Stromregelkennlinie eingestellt und die Position des Arbeitspunktes bestimmt. Mit dem Temperaturanstieg ? steigt die elektrische Leistung des Schalters und sein Strom, wobei die Stromstärke am Betriebswiderstand Ra ansteigt.

Dementsprechend sinkt die Stromspannung am Stromabnehmer, so dass sich der Betriebspunkt leicht verändert. Durch die Konstanz des Basisstroms, der durch den Basis-Vorwiderstand vorgegeben wird, gibt es keine selbsttragende Kraft-Wärme-Kopplung. Noch ist die Betriebspunktstabilisierung nicht optimiert, da sie beim Austausch des fehlerhaften Schalttransistors die Streuung der Probe in Bezug auf den DC-Verstärkungsfaktor B nicht kompensieren kann. Durch einen kleinen Emitterwiderstand kann die Betriebspunktdrift reduziert werden.

Der Stromkreis ist nach wie vor ein Emittererdungskreis, da der Sender widerstandsarm mit der Betriebserde in Verbindung steht. Um den Einfluß auf die Maximalverstärkung niedrig zu halten, sollte die Versorgungsspannung am Senderwiderstand nur 1 bis 2V betragen. Steigt der Strom des Kollektors bei Erhitzung an, so wird die Stromstärke URE als Emittentenstrom am Emittentenwiderstand generiert.

Die Emitterspannung wird gegenüber dem ständig eingestelltem Basispotential positiv und die Regelspannung zwischen Base und Emittent wird reduziert. Dadurch ist die Basisemitterdiode weniger leitend und reduziert den Sockelstrom. Eine Regelschleife sorgt für eine bessere Stabilität des Arbeitspunktes und kann die Streuung der Probe beim Wechsel des Transistors problemlos kompensieren. Eine weitere Verbesserung dieser Stabilität kann erreicht werden, indem die Ausgangsspannung am Basis-Serienwiderstand R1 bei abnehmendem Grundstrom reduziert wird, wodurch das Basispotential positiv wird und der Grundstrom nicht so stark abfällt, wie es für eine optimierte Betriebspunktstabilisierung erforderlich wäre.

Der Betriebspunkt wird bei Endstufen teilweise durch einen NTC-Widerstand in der Basisspannung ausgeregelt. Sie werden mit zunehmender Erwärmung niedrigohmig und reduzieren die Zwischenkreisspannung. Der Grundstrom und der Strom des Kollektors reduzieren und kompensieren eine Betriebspunktdrift. Der niedrige Widerstand des Thermistors hat einen direkten negativen Einfluss auf den Widerstand des Übergangs.

Die Schaltung besteht aus einem Basis-Spannungsteiler und einem Sendemodul. Entsprechend dem Multiquadrantenfeld eines Schalttransistors enthält jeder Betriebspunkt nicht nur den Grundstrom über die Stromregelkennlinie, sondern auch die zugehörige Basis-Emitterspannung entsprechend der Eingangstypen. Auf diese Weise kann jeder beliebige Betriebspunkt durch Angabe einer UBE vorgewählt werden. Die Basis-Spannungsteiler sorgen für eine gleichbleibende Sockelspannung.

Durch die dynamische Regelung ändert sich der Grundstrom und der Spannungsverteiler wird anders ausgelastet. Ein negatives Feedback entsteht, wenn ein Teil der Stellgröße so an den Antrieb zurückgespeist wird, dass einer Veränderung der Stellgröße entgegengewirkt wird. Der Basispannungsteiler fixiert die Spannung des Schalters, so dass ?UBE gleich ist ----?UBE Der Basispannungsteiler fixiert die Spannung des Schalters, so dass ?UBE gleich ist Der Basispannungsteiler fixiert die Spannung des Schalters, so dass ?UBE gleich ist -----?UBE.

Der Strahlerwiderstand ist umso höher, je besser er den Veränderungen des Kollektorstromes entgegenwirkt. Mit einem großen Kollektor oder Betriebswiderstand bewirkt jedoch schon eine kleine Veränderung des Stroms eine große Veränderung der Kollektorspannung. 2. Die oben angegebene Größe RE = 0,1-RC korrespondiert mit der Verstärkung von zehn Informationen wie UE = 0,2-U können auch zur Messung des Emitterwiderstandes gefunden werden Ein Transistorverstärker in einer Strahlerschaltung mit einem Basis-Spannungsteiler und Emittentenwiderstand ist gegen externe Störeinflüsse gut abgesichert.

Durch den positiven Effekt der Stromrückführung auf einen konstanten Betriebspunkt wird die maximale ohne Rückkopplung erreichbare Leistung reduziert. Der verstärkte Eingangssignalstrom wird teilweise zu einer Spannung am Senderwiderstand geführt. Der Steuerpfad des Transistors ist die Basis-Emitterdiode, deren Grundsignal mit dem Emitter-Signal der negativen Rückkopplung in Phase ist. Bei einem Senderwiderstand ist die Signalleistung immer geringer als ohne.

Bei Signalverstärkungen kann die negative Rückkopplung gelöscht werden, wenn ein Kapazitätskondensator mit ausreichender Leistung am Senderwiderstand liegt. Die Kondensatoren stellen den Sender für das Messsignal nahezu auf Massepotential. Das den Betriebspunkt bestimmende Gleichspannungsverhältnis ändert sich dadurch nicht. Die Strahlerkondensatoren haben einen nahezu unbegrenzt großen DC-Widerstand, so dass der parallele Strahlerwiderstand für die Rückführung des statischen Stroms entscheidend ist.

Steigt seine elektrische Leistung mit steigender Transistortemperatur, sinkt seine Stromabnahme. Wenn der Basis-Steuerstrom aus dieser Betriebsspannung über einen Vorschaltwiderstand bezogen wird oder wenn die Basis-Steuerspannung über einen Basis-Spannungsteiler generiert wird, wird die Transistorsteuerung reduziert und der Kollektorstromerhöhung entgegengewirkt. Der Betriebspunkt kann auch durch das Spannungsrückkopplungsprinzip geregelt werden.

Eingangsseitig des Schalters verändern sich Grundstrom und Basisspannung zeitgleich. Der Betriebspunkt ist umso geringer, je kleiner er ist. Eine optimale Stabilität wird ohne Basis-Spannungsteiler und nur durch einen Vorschaltwiderstand erzielt. Falls ein Basis-Spannungsteiler vorhanden ist, befindet sich die Basis-Emitterspannung an der parallelen Verbindung des Teilerwiderstandes R2 und des Dyn.

Damit ist die Versorgungsspannung UCE höher als der Vorwiderstand und die parallele Verbindung, während die Steuerungsspannung nur höher als die parallele Verbindung ist. Falls der Elko in der nachfolgenden Beschaltung nicht wirkt, reduziert die Spannungsrückführung die Aussteuerung. Die Kondensatoren verhindern eine Rückkopplung zur Base und steuern die Base. Der Eingangskennlinienverlauf eines Bipolartransistors hat den Kurvenverlauf einer Diodencharakteristik.

Über diese Strom-Spannungs-Kennlinie wird ein ruhender Betriebspunkt A mit symmetrischer Versorgungsspannung geregelt. Durch die Übertragungscharakteristik entsteht ein mehr oder weniger verzerrter Ausgangstrom als Steuersignal für den Halbleiter. Befindet sich der Betriebspunkt A1 im steilerem Kennfeld wie in der Abbildung gezeigt, sind die Verzerrungen bei kleinen Eingangsgrößen zu vernachlässigen. Durch einen kleineren Ruhe-Strom wird der Betriebspunkt auf A 2 in den starken Kurvenbereich der Kurve verschoben.

In der Graphik sind die im Betriebspunkt aufgetretenen Signalverwerfungen bei gleichem Kleinsignalverlauf dargestellt. Der Kollektorreststrom lag im Betriebspunkt A2 bei nur 6 mA. Die Messung erfolgte an einem Transistorverstärker ohne Rückkopplung. Für diese Prüfungen wurden die Stromkreisparameter so ausgewählt, dass der Betriebspunkt auf der Eingangscharakteristik gleich bleibt. Bei der negativen Rückkopplung wurde das Signal so weit erhöht, dass die Regelspannung den selben negativen Scheitelwert hatte.

Das negative Feedback kann aus Strom oder Spannung sein. Die gewölbte Eingangscharakteristik erzeugt ein phasenrichtiges, aber verdrehtes Eingangssignal mit Stromrückführung am Sendersignal. Auch die tatsächliche Regelspannung als Spannungsunterschied zwischen unverfälschter Basisspannung und verfälschter Senderspannung wird nun mitverzerrt. Diese Meldung bewirkt einen nun verzugsarmen Regelstrom bei gleichem Betriebspunkt und gleicher Biegung.

Der Emitterkreis mit Spannungsrückführung kuppelt einen Teil des 180° umgekehrten und verdrehten Ausgangssignales vom Sammler zurück zur Unterlage. Eine verhältnismäßig große Amplitude führt ohne negative Rückkopplung zu einem starken Verzerrungen des Ausgangssignales. Bei gleichem Signal und negativer Rückkopplung beträgt der Verzerrungsfaktor weniger als 1%, während die Verstärkung gleichbleibend ist. Maßnahmen zur Stabilisierung des Arbeitspunktes durch Gegenkopplungen.

Ein negatives Feedback reduziert nicht-lineare Verzerrungen und damit den Verzerrungsfaktor. Bei Reparaturen machen Rückkopplungen Schaltkreise von der Streuung der zu tauschenden Widerstände abhängig.