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Transistorverstärkerschaltungen

Bipolare Transistoren sind generell Stromverstärker. Sie werden durch einen Eingangsstrom gesteuert und eine mögliche Ausgangsspannung wird nur durch einen durch den Transistor verstärkten Strom durch einen Arbeitswiderstand erzeugt. Je nach dem, welcher Anschluss des Transistors als Bezugspotential verwendet wird, hat die Verstärkerschaltung unterschiedliche Eigenschaften, die in speziellen Anwendungen ausgenutzt werden.


Bild 1: Emitterschaltung


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Bild 1: Emitterschaltung

Emitterschaltung

Die Emitterschaltung ist die Standardanwendung für einen Transistorverstärker. Sie hat eine sehr große Spannungsverstärkung. Durch den Vorwiderstand RV wird für die Basis des Transistors eine kleine Vorspannung erzeugt, die es ermöglicht, auch negative Eingangsspannungen zu verstärken. Die Emitterschaltung wird meist als Spannungsvorverstärkerstufe eingesetzt. Die gezeigte Schaltung hat einen Ausgangsswiderstand von 1,8 kΩ bei einem Eingangswiderstand von etwa 3 kΩ.


Bild 2: Phasensprung in der Emitterschaltung


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Bild 2: Phasensprung in der Emitterschaltung

Die Ausgangsspannung wird durch den Kollektorstrom IC durch den Arbeitswiderstand beeinflusst. Je größer der Strom, desto größer ist der Spannungsabfall über den Widerstand, desto geringer ist die Spannung am Ausgang der Verstärkerstufe. Das Eingangssignal wird somit am Ausgang in der Phasenlage um 180° gedreht.


Bild 3: Kollektorschaltung


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Bild 3: Kollektorschaltung

Kollektorschaltung

Bei einer Kollektorschaltung ist der Kollektor über den Siebkondensator CS und dem Innenwiderstand der Spannungsquelle wechselstrommäßig mit Masse verbunden. Das Ausgangsignal wird am Emitter abgegriffen. Der Kollektoranschluss ist der Bezugspunkt für die Ein- und Ausgangspannung.

Die Kollektorschaltung besitzt einen Spannungsverstärkungsfaktor von etwa eins. Das Ausgangssignal hat also eine annähernd gleiche Spannungsamplitude, wie das Eingangssignal. Der Ausgangsstrom ist jedoch um den Faktor der Stromverstärkung des Transistors ß verstärkt. Somit ergibt sich daraus eine Leistungsverstärkung. Der Eingangswiderstand ist recht groß, der Ausgangswiderstand dagegen relativ klein.

Der Emitterwiderstand RE bzw. der Lastwiderstand RL am Ausgang liegen sowohl im Eingangskreis als auch im Ausgangskreis. Im Eingangskreis erscheint der Gesamtlastwiderstand allerdings um den Faktor der Stromverstärkung des Transistors ß vergrößert, da hier die Stromstärke um 1/ß mal kleiner ist als im Ausgangskreis. Alle Widerstände des Einganskreises erscheinen dagegen auf der Ausgangsseite 1/ß mal kleiner, weil dort die Stromstärke ß mal größer ist als im Eingangskreis.

Diese Schaltung findet Verwendung als Eingangsschaltung, als Leitungstreiber oder als Impedanzwandler zwischen hochohmigen Signalquellen und niederohmigen Verbrauchern. Weil die Eingangsspannung gleichphasig (φ=0) und auch annähernd gleich groß zur Ausgangsspannung ist, wird diese Schaltung oft auch als Emitterfolger bezeichnet.


Bild 4: Basisschaltung


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Bild 4: Basisschaltung

Basisschaltung

Ein Transistorverstärker in Basisschaltung hat ähnlich der Emitterschaltung eine große Spannungsverstärkung. Die Eingangsspannung ist zwischen Basis und Emitter angelegt. Da im Eingangskreis der Basisschaltung der große Emitterstrom durch einen kleinen Widerstand fließt, ist der Eingangswiderstand der Basisschaltung sehr klein, oft nur wenigen Ohm. Auch diese Grundschaltung eines Verstärkers erfüllt die Aufgabe einer Impedanzwandlung. Die Stromverstärkung ist etwas kleiner als 1. Die Spannungsverstärkung kann durch die Wahl des Arbeitswiderstandes RA beeinflusst werden.

Bei der Basisschaltung liegt die Basis des Transistors wechselstrommäßig über einen Kondensator an Masse. Eine direkte Verbindung der Basis mit der Masse ist nicht möglich, da die Basis eine Gleichspannung als Vorspannung benötigt. Der Emitter des Transistors ist über einen Widerstand an den Minuspol der Betriebsspannung angeschlossen. Dieser Widerstand kann auch durch eine Spule realisiert werden, in welche die Steuerspannung durch einen Schwingkreis induktiv eingekoppelt wird. Der Ausgangswiderstand ist dagegen ähnlich groß wie in der Emitterschaltung.

Die parasitären Kapazitäten des Transistors können sich in dieser Schaltung nur gering auswirken. Der Transistor kann deswegen höhere Frequenzen verstärken, als zum Beispiel in einer Emitterschaltung. Durch die geringe Rückwirkung der Ausgangsspannung auf den Eingangskreis ist die Schaltung auch relativ sicher gegen unerwünschtes Eigenschwingen. Die Basisschaltung wird deswegen oft in Eingangsstufen von Empfängern bei sehr hohen Frequenzen verwendet.