Referat Emittergrundschaltungen - Das Kennlinienfeld, Gleichgrößen - Arbeitspunktbetrachtung

Wir sehen die Schaltung funkrioniert wie eine Stromquelle, da der Strom unabhängig vom Lastwiderstand ist. Durch den eingeprägten Strom kann es nicht wie bei der vebotenen Schaltung zu einer AP Verschiebung kommen.

Spannungsverstärkung: V_U = -g_m ( R_C || r_CE || R_L)

Eingangswiderstand: r_i = r_BE || R_B r_BE

Ausgangswiderstand: r_a = R_C || r_CE R_C

Um den Einfluß der AP Einstellung zu erkennen formen wir V_U = -g_m R mit g_m = I_C⁰ / U_T um und erhalten:

Bei Belastung mit R_L genügt die Bedingung maximales U_RC für maximale Spannungsverstärkung nicht. Zusätzlich muß noch R_C<<R_L (großes I_C⁰) gelten um die Leerlaufspannungsverstärkung zu erreichen. In der Praxis verwendet man R_C R_L / 4

Basiswiderstand mit Gegenkopplung

Berechnung der Verstärkung:

Bei dieser Methode der Arbeitspunkteinstellung wird ein Teil des Ausgangsstromes in Abhängigkeit der Ausgangsspannung auf die Basis (Eingang) zurückgeführt. Wenn nun der Kollektorstrom durch eine Temperaturerhöhung oder durch eine größere Stromverstärkung (Exemplarstreuung) steigt, so sinkt dadurch die Kollektor-Emitterspannung (U_CE).

Dadurch wird der Basisstrom verringert und der Kollektorstrom wird wieder kleiner.

Diese Schaltung hat allerdings den Nachteil, daß ein Wechselspannungsanteil am Ausgang sich auf I_B auswirkt. Um also dieser Wechselspannung entgegenzuwirken, wird folgender Trick angewandt.

Emittergrundschaltung mit Emitterwiderstand

ohne C_e

Anmerkung: Um die Schaltung für maximales V_U zu dimensionieren geht man wie bereits im Punkt 3.1 beschrieben vor. Es ist nur zusätzlich der Spannungsabfall an R_E zu berückscihtigen.

Durch den unbelasteten Spannungsteiler (I_q >> I_B) liegt an der Basis des Transistors ein konstantes Potential. Steigt nun aus irgendeinem Grund der Kollektorstrom I_C, so steigt der Spannungsabfall U_E I_C R_E an. Da das Potential an der Basis konstant ist, wird die Basis-Emitterspannung U_BE und dadurch auch der Basisstrom I_B kleiner (siehe Diodenkennlinie). Da I_B und I_C über die Stromverstärkung B verknüpft sind, wird auch I_C kleiner. Es kommt zu einem Ausgleich (stromgesteurte Spannungsgegenkopplung).

Praktisches Dimensionierungsbeispiel für eine Anderung von I_C um 1% bei 10° Temperaturerhöhung

Wir erhalten also:

Die Stabilität des AP ist umso besser, je größer man den Gleichspannungsabfall an R_E wählt, da dann die Anderung von U_BE klein gegenüber U_E bleibt und damit den Kollektorstrom nur noch wenig beeinflußt.

mit C_E

Die beste Möglichkeit zur Einstellung eines stabilen AP besteht darin, die sChaltung für tiefe Frequenzen gegenzukoppeln. Dazu dient das RC-Glied R_E, C_E. Bei tiefen Frequenzen ist dann die Spannungsverstärkung -R_C/R_E. Wenn für Wechselspannung keine Gegenkopplung erwünscht ist, muß der Kondensator C_E die Wechselspannung im interessierenden Frequenzbereich kurzschließen. Zu seiner Dimensionierung betrachten wir den durch C_E verursachten Frequenzgang der Verstärkung. Dazu ersetzen wir R_E durch . Oberhalb der Frequenz f₁=1/2pR_EC_E sinkt der Bertag dieser Impedanz ab, d.h. die Verstärkung steigt proportional zur Frequnz an, bis sie den Wert g_m R_C erreicht hat.

Den Kondensator C_E dimensioniert man folgendermaßen:

Da die Schaltung drei Hochpässe enthält müssen die Grenzfrequenzen der einzelnen HP niedriger als f_min gewählt werden.

damit erhalten wir

Emitterfolger (kollektorschaltung)

Der Name Emitterfolger kommt daher, daß das Emitterpotential dem Basispotential nachfolgt. Da der Ausgangswiderstand viel kleiner (über 6000mal) als der Eingangswiderstand ist, wird die Schaltung auch als Impedanzwandler bezeichnet. Sie liefert praktisch die Leerlaufspannung der Signalquelle an einem wesentlich niedrigeren Innenwiderstand. Durch Zwischenschaltung eines Emitterfolgers ist es möglich, eine hochohmige Stufe mit einer niederohmigen ohne Spanungsverlust zu koppeln. Eine Besonderheit des Emitterfolgers besteht darin, daß man ihn nur bei Aussteuerung mit sehr kleinen Wechselspannungen soniederohmig belasten kann, wie man es aufgrund des kleinen Ausgangswiderstandes erwarten würde. Das kommt daher, daß der Lastwiderstand R_L wechselspannungsmäßig parallel zum Gegenkopplungswiderstand R_E liegt. Macht man ihn niederohmig gegenüber R_E, wirdschon bei kleiner Spannungsaussteuerung die Stromaussteuerung so groß wie der Ruhestrom, und es treten Verzerrungen auf. Um sie klein zu halten, muß sein.

Tietze-Schenk Halbleiter-Schaltungstechnik

Erwin Böhmer Elemente der angeandten Elektronik

Referat Heralic, Schuberth

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