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Grundlagen |
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| Die Emitterschaltung ist die am häufigsten eingesetzte
Verstärkerschaltung. Der Name soll andeuten, dass hier der Emitter
an das gemeinsame Massepotential der Schaltung gelegt wird. Gegenüber
der Masse variiert die Basisspannung und die Kollektorspannung , aber die
Emitterspannung bleibt immer gleich, hier z.B. 0 V. In Schaltbildern verwendet
man das Massezeichen statt einer durchgehenden Masseleitung. Die Masse
ist meist mit dem Minuspol der Stromquelle verbunden. Anwendung: Lichtschranke Die Wechselspannungssignale, also z.B. Niederfrequenz- (NF) Signale eines Mikrofons, werden meist über Kondensatoren angekoppelt, die zwar Wechselströme leiten, für Gleichspannungen jedoch als Isolator wirken. Das Prinzip des NF-Verstärkers lässt sich mit einem Mikrofon am Eingang und einem Lautsprecher oder Kopfhörer am Ausgang zeigen. |
Prinzip des NF-Verstärkers in Emitterschaltung
| Ohne ein NF-Signal soll der Basisstrom z.B. 1 mA
und der Kollektorstrom (Ruhestrom) 100 mA betragen. Nun soll ein Eingangssignal
den Basisstrom zwischen 0,5 mA und 1,5 mA im Takt der aufgenommenen Tonschwingungen
schwanken lassen. Der Kollektorstrom wird entsprechend im Bereich 50 mA
bis 150 mA schwanken. Damit wurde der NF-Srom um den Faktor 100 verstärkt. NF-Verstärker |
Eingangs- und Ausgangsstrom des Verstärkers
| Die Aufgabe eines NF-Verstärkers ist es, kleine
NF-Signale möglichst hoch und unverzerrt zu verstärken. Starke
Verzerrungen treten z.B. auf, wenn ein Verstärker übersteuert
wird, d.h. wenn der Kollektorstrom in die Sättigung geht. Durch die
Wahl der Bauelemente sei z.B. ein möglicher Kollektorstrombereich
zwischen 0 mA und 200 mA gegeben. Im Betrieb sollte keiner dieser Eckwerte
jemals erreicht werden, weil dies zu einer Verfälschung des Eingangssignals
führen würde. Solche Verzerrungen lassen sich z.B. mit einem
Oszilloskop leicht erkennen. |
Verzerrungen durch Übersteuerung
| Damit ein Verstärker einen möglichst großen
unverzerrten Aussteuerbereich hat, muss der Kollektor-Ruhestrom die Hälfte
des Sättigungsstroms betragen. Dann nämlich lässt sich der
Strom in beide Richtungen gleich weit verändern, ohne dass es zu einer
Begrenzung kommt. Die Einstellung des richtigen Ruhestroms ist aber nicht
ganz einfach. Es kommt entscheidend auf die richtige Wahl der Widerstände
an.
Ein Transistor mit der Stromverstärkung V=200 soll mit einem Kollektorwiderstand von 1 kOhm an einer Spannung von 5 V betrieben werden. Der maximale Kollektorstrom beträgt dann:
Der Ruhestrom muss also auf 2.5 mA eingestellt werden. Dazu ist ein Basisstrom von Ib = 0,0125 mA erforderlich.
Rechnet man mit einer Basis-Emitterspannung von 0,5 V, dann liegen noch 4,5 V am Basiswiderstand. Der Basiswiderstand muss also Rb = 360 kOhm betragen. |
Einstellung des Arbeitspunktes
| Bei einem Kollektorstrom von 2,5 mA ergibt sich am
Kollektorwiderstand von 1 kOhm ein Spannungsabfall von U = 2,5V, also der
halben Betriebsspannung.
Dementsprechend beträgt auch die Kollektor-Emitterpannung 2,5 V. Allgemein gilt für diese einfache Emitterschaltung die Regel: Die Kollektorspannung soll ohne Aussteuerung die Hälfte der Betriebsspannung betragen, was sich leicht nachprüfen lässt. Wenn man etwas vereinfacht und die Basis-Emitterspannung vernachlässigt, dann kann für den Basiswiderstand die Regel Rb= 2*V*Rc aufgestellt werden. Hier ergibt sich dann Rb= 400 kOhm, was noch ausreichend genau ist.
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| Simulationsprogramm: Arbeitspunkt
und Aussteuerung (npn3.zip, 4kB, VBRUN300 erforderlich) VB.Net-Version mit Quelltext: fkainka.de/vbnet/Arbeitspunkt.html
Übungsaufgaben
YouTube-Kurzvortrag: Emitterschaltung YouTube-Kurzvortrag: Arbeitspunkt |
