Grundschaltungen für Transistorverstärker

Bei einem bipolaren Transistor mit den Elektroden, Emitter, Basis und Kollektor, sind mehrere Möglichkeiten denkbar, ein Steuersignal anzulegen und ein Ausgangssignal abzunehmen. Nach der beschriebenen Arbeitsweise bipolarer Transistoren erfolgt die Ansteuerung immer an der Basis-Emitter Strecke. Diese Diodenstrecke kann durch Verändern des Basispotenzials bei konstantem Emitterpotenzial gesteuert werden. Ebenso ist es möglich mit dem Steuersignal das Emitterpotenzial zu variieren, während das Basispotenzial konstant bleibt. In vielen gegengekoppelten Schaltungen entsteht das Steuersignal als Differenzsignal bei gleichzeitiger Änderung des Basis- und Emitterpotenzials.

Als aktives Bauelement benötigt ein Transistor eine Gleichspannung, die Betriebs- oder Versorgungsspannung genannt. Es wird somit zwischen einer statischen und dynamischen Ansteuerung unterschieden. Die statischen Betriebswerte ergeben sich aus der Festlegung der Potenziale an den Elektroden. Sie berechnen sich mithilfe des Ohmschen Gesetzes aus den Schaltelementen und der Gleichspannung. Bei einer positiven DC-Betriebsspannung ist der Minuspol mit 0 V der Bezugspunkt. Bei einer negativen DC-Betriebsspannung ist der Pluspol mit 0 V der Bezugspunkt. Die Aussage für die technische Stromrichtung von Plus nach Minus verallgemeinert sich: Die Spannungs- und Strompfeilzählrichtungen sind zum Bezugspotenzial gerichtet.

Das Nullpotenzial, Bezugsmasse oder Masse genannt, ist auch bei einer dynamischen Ansteuerung für ein Eingangssignal und dem daraus folgenden Ausgangssignal der Messbezug. Jede Gleichspannungsquelle, Batterie oder Akku, kann mit einem aufgeladenen Kondensator großer Kapazität verglichen werden, sofern die inneren elektrochemischen Prozesse unberücksichtigt bleiben. Je mehr Kapazität der Kondensator hat, desto länger kann er an ein angeschlossenes Bauelement Strom liefern. Netzgeräte zur Gleichspannungsversorgung haben intern parallel zum Ausgang immer Kondensatoren großer Kapazität geschaltet. Sie sind Bestandteil der Lade- und Siebschaltung zur Ausfilterung unerwünschter Wechselspannungsanteile.

Soll ein Transistorverstärker ein AC-Signal verarbeiten, so ist es für das Signal egal, ob die Gleichspannung des Verstärkers aus einer herkömmlichen DC-Quelle oder aus einem geladenen Kondensator kommt. Jede reale DC-Quelle hat einen Innenwiderstand. Für jeden Kondensator kann ein kapazitiver Blindwiderstand bestimmt werden. Er ist von der Kapazität und der Frequenz abhängig. Ist der Kondensator auf Gleichspannung aufgeladen, dann ist die Frequenz null und der Blindwiderstand extrem (unendlich) groß. Ist die Kapazität des Kondensators groß und die Signalfrequenz ungleich null, dann ist der kapazitive Innenwiderstand klein und oft vernachlässigbar klein. Die DC-Versorgungsspannung eines Transistorverstärkers stellt für ein AC-Signal quasi einen Kurzschluss dar.

Sollen mit einem Oszilloskop nur AC-Signale gemessen werden, dann ist es zweckmäßig für den Eingang des Messkanals die AC-Kopplung einzustellen. Normalerweise ist der Messbezug in Schaltungen die Schaltungsmasse mit dem definierten Potenzial 0 Volt. Da die DC-Quelle, verglichen mit einem geladenen Kondensator, für AC-Signale sehr niederohmig ist, kann das AC-Signal entweder gegen Schaltungsmasse mit 0 V oder gegen die DC-Spannung gemessen werden. Das Signalbild ist identisch.

Die Grundschaltungen der Transistorverstärker werden als Emitter-, Basis- oder Kollektorschaltung bezeichnet. Je nachdem welche der drei Transistorelektroden für das Signal niederohmig am direktesten mit dem Bezugspotenzial 0 V verbunden ist, erhält die Transistorschaltung ihre Typbezeichnung.

Alle Transistorschaltungen benötigen eine statische DC-Spannungsversorgung.
Die dynamische AC-Signalansteuerung erfolgt immer zwischen Basis und Emitter.
Der Schaltungstyp ist nach der Transistorelektrode benannt, die für das AC-Signal mit geringstem Widerstand an Masse liegt.

Die Darstellungen zeigen das Grundschaltungsprinzip für npn-Transistoren und darunter die einfachste Schaltung ohne Bauteilbemaßung. Der Arbeitswiderstand im Ausgangskreis ist Ra. Die Werte der realen Widerstände bestimmen den statischen Arbeitspunkt der jeweiligen Transistorschaltung. Für die Basis-Emitter-Gleichspannung werden zur Berechnung 0,7 V angenommen.

Der DC-Arbeitspunkt des Verstärkers sollte so berechnet sein, dass am Ausgangswiderstand die halbe DC-Betriebsspannung zu messen ist. Nur dann kann das verstärkte AC-Signal symmetrisch um diesen Wert unverzerrt variieren. In der Emitter- und Kollektorschaltung bestimmt ein Basisvorwiderstand das Basispotenzial. Während in der Emitterschaltung die Basis-Emitterspannung 0,7 V haben sollte, muss für die Kollektorschaltung dieser Wert um die halbe DC-Betriebsspannung höher sein.

Für die Basisschaltung bestimmt der rechte Widerstandsteiler das Basispotenzial. Der Gleichstromkreis wird über den linken Widerstand am Emitter nach Masse geschlossen. Der Basis-Emitterstrom der leitenden Diode bildet mit dem Spannungsfall am Emitterwiderstand das Emitterpotenzial. Für den Arbeitspunkt sollte die Potenzialdifferenz zwischen Basis und Emitter dann bei 0,7 V liegen. Für das AC-Signal legt der Kondensator die Basis ohne die Gleichspannung kurzzuschließen niederohmig an Masse. Sein Blindwiderstand muss für die tiefsten Signalfrequenzen möglichst klein sein, daher werden die Kapazitätswerte im μF-Bereich liegen.

Die Grundschaltungen werden in eigenen Kapiteln ausführlicher beschrieben. Sie weisen ganz unterschiedliche Eigenschaften auf, die hier in der Tabelle zum Vergleich gegenübergestellt sind.

Die Verlinkungen leiten weiter zu ausführlicheren Schaltungsbeschreibungen und Eigenschaften der Emitterschaltung, Basisschaltung und Kollektorschaltung.