Informations- und Kommunikationstechnik

Grundschaltungen der Transistorverstärker

Bei einem normalen Transistor mit den drei Elektroden, Emitter, Basis und Kollektor, sind mehrere Möglichkeiten denkbar, ein Steuersignal anzulegen und ein Ausgangssignal abzunehmen. Nach der beschriebenen Arbeitsweise der bipolaren 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 jeder Transistor eine Gleichspannung, die Betriebs- oder Versorgungsspannung. 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 nach dem ohmschen Gesetz aus den Schaltelementen und der Gleichspannung. Entsprechend der Definition für die technische Stromrichtung von Plus nach Minus wird der Minuspol fast immer als Bezugspunkt mit dem Potenzial 0 Volt oder Masse festgelegt.

Das Nullpotenzial, die Bezugmasse oder Masse genannt, ist auch bei einer dynamischen Ansteuerung für ein Eingangssignal und das daraus folgende Ausgangssignal der Messbezug. Jede Gleichspannungsquelle, Batterie oder Akku, ist mit einem aufgeladenen Kondensator vergleichbar, sofern die inneren elektrochemischen Prozesse unberücksichtigt bleiben. Je mehr Kapazität der Kondensator hat, desto länger kann er 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.

Diese kapazitive Eigenschaft ist beim Bestimmen der Grundschaltung eines Transistorverstärkers von Interesse. Für das Signal gesehen kommt die Gleichspannung des Transistors aus einem Kondensator sehr hoher Kapazität und stellt somit einen Wechselstromkurzschluss dar. Die Signaldarstellung mit einem Oszilloskop in AC-Kopplung kann sowohl zum Pluspol als auch zum Minuspol als gleichwertigem Massebezug erfolgen. Die Transistorelektrode, die für das Signal am direktesten mit dem Bezugspotenzial verbunden ist, gibt der Transistorschaltung den Namen. Es wird zwischen der Emitter-, der Basis- und der Kollektorgrundschaltung unterschieden.

Alle Transistorschaltungen benötigen eine statische Spannungsversorgung.
Die dynamische Signalansteuerung erfolgt immer zwischen Basis und Emitter.
Der Schaltungstyp ist nach der Transistorelektrode benannt, die für das Signal am nächsten an Masse liegt.

Die Darstellungen zeigen das Grundschaltungsprinzip für npn-Transistoren und darunter eine einfache schaltungstechnische Ausführung ohne Bauteilbemaßung. Der Arbeitswiderstand im Ausgangskreis ist Ra. Mit den anderen Widerständen wird ein statischer Arbeitspunkt für die Transistorschaltung eingestellt.

Transistorgrundschaltungen

Die weiteren Widerstände bestimmen im Fall der Emitter- und Kollektorschaltung den Basisstrom und damit die Basis-Emitter-Vorspannung. In der Basisschaltung bestimmt der rechte Widerstandsteiler das Basispotenzial. Der Gleichstromkreis wird über den linken Widerstand am Emitter nach Masse geschlossen. Die Spannung an ihm bildet das Emitterpotenzial. Die Potenzialdifferenz sollte beim Arbeitspunkt um 0,7 V betragen. Für das Signal legt der Kondensator die Basis ohne die Gleichspannung kurzzuschließen 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.

Eigenschaften Emitterschaltung Basisschaltung Kollektorschaltung
Stromverstärkung Vi groß >100 keine <1 groß >100
Spannungsverstärkung Vu groß >100 groß >100 keine <1
Leistungsverstärkung Vp sehr groß ≈104 groß >100 groß >100
dyn. Eingangswiderstand re mittel (1 ... 10) kΩ klein (10 ... 500) Ω sehr groß bis 1 MΩ
dyn. Ausgangswiderstand ra mittel (1 ... 30) kΩ groß (10 ... 1000) kΩ klein (0,1 ... 1) kΩ
Phasendrehung Aus/Ein φa gegenphasig 180° gleichphasig 0° gleichphasig 0°
obere Grenzfrequenz fgo mittel sehr hoch hoch
Anwendungsgebiete NF-Verstärker
HF-Verstärker
bis 10 MHz
Oszillatoren
HF-Verstärker
bis 1 GHz
Impedanzwandler
NF- u. HF Verstärker

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