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Die Grundschaltungen eines Verstärkers sind danach benannt, welche Elektrode dem Eingangskreis und dem Ausgangskreis gemeinsam ist. Im Falle eines Bipolartransistors ergeben sich so die Emitterschaltung, die Kollektorschaltung und die Basisschaltung. Sie unterscheiden sich in den elektrischen Eigenschaften und daher im Verwendungszweck.

Inhaltsverzeichnis 1 Übersicht 2 Emitterschaltung 2.1 Daten 2.2 Einsatzgebiete 2.3 Stabilisierung des Arbeitspunktes 3 Kollektorschaltung (Emitterfolger) 3.1 Daten 3.2 Einsatzgebiete 4 Basisschaltung 4.1 Daten 4.2 Einsatzgebiete 5 Kombinationen 6 Quellen 7 Weblinks

Übersicht

Die Schaltungen werden üblicherweise wie im nachfolgenden Bild in der oberen Reihe dargestellt, um die jeweils gemeinsame Elektrode zu verdeutlichen. Die Funktionsweise wird allerdings deutlicher, wenn man die Schaltungen gemäß der unteren Reihe umzeichnet.

Emitterschaltung

Sie entspricht der normalen Funktionsweise eines Bipolartransistors. C₁ und C₂ blockieren den Gleichspannungsanteil. Mit den Widerständen R₁ und R₂ wird der Arbeitspunkt festgelegt. Der Basis-Emitter-Strom steuert den um den Stromverstärkungsfaktor β größeren Kollektor-Emitter-Strom. Der Eingangswiderstand ist klein und entspricht R₁//R₂//(r_BE+B·R_E) (Wenn C_e vorhanden dann ist R_e=0). Der Ausgangswiderstand ist die Parallelschaltung aus dem Arbeitswiderstand und dem Kollektor-Emitter-Widerstand r_CE. Die Spannungsverstärkung ist das Verhältnis von Ausgangswiderstand und Eingangswiderstand. Emitter-Strom = Kollektor-Strom + Basis-Strom

Daten

• Invertierung des Eingangssignals (entspricht Phasendrehung um 180°)
• Leistungsverstärkung ca. 100–1.000
  • → hauptsächlich Spannungsverstärkung
• Eingangswiderstand 500 Ω–2 kΩ
• Ausgangswiderstand 50 kΩ–100 kΩ
• verzerrungsfreie Verstärkung nur für kleine Eingangsspannungen < 0,6 V

Einsatzgebiete

• in fast allen Bereichen der Elektronik (z. B. Verstärker, elektronische Schalter)
• Emitterschaltung mit nachfolgender Basisschaltung ergibt einen Kaskodeverstärker für HF-Anwendungen, bei dem Eingangs- und Ausgangswiderstand niedrig sind.

Stabilisierung des Arbeitspunktes

• Stabilisierung durch Emitterwiderstand beziehungsweise Gleichstromgegenkopplung (Abb. 1)

Der Transistor erwärmt sich im Betrieb, dadurch wird er leitender und es fließt ein größerer Kollektorstrom. Der größere Kollektorstrom bewirkt einen größeren Spannungsabfall am Emitterwiderstand R₄. Die Basis-Emitterspannung nimmt ab und der Transistor sperrt mehr.

• Gleichspannungsgegenkopplung (Abb. 2)

Bei Zunahme des Kollektorstromes durch Eigenerwärmung des Transistors fällt mehr Spannung am Widerstand R_c ab. Dadurch wird die Basis-Emitterspannung und Kollektor-Emitterspannung kleiner. Der Transistor sperrt mehr und der Kollektorstrom wird kleiner.

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Kollektorschaltung (Emitterfolger)

Indem man davon ausgeht, dass die Spannungsquelle (gegebenenfalls durch Parallelschaltung eines Kondensators) für das Signal keinen Widerstand besitzt, ist der Kollektor signalmäßig gleichwertig mit dem Minuspol und man kann die Schaltung so umformen, dass wieder ein Basis-Emitter-Strom fließt und einen Kollektor-Emitter-Strom steuert. Der Arbeitswiderstand folgt dem Emitter, weshalb man auch von einer Emitterfolgerschaltung spricht. Da der Arbeitswiderstand im Eingangs- und im Ausgangskreis liegt, sind die beiden Spannungen gleich (bis auf den Spannungsabfall über r_BE) und die Spannungsverstärkung ist etwa 1. Da aber im Ausgangskreis ein β-fach größerer Strom fließt, ist der Ausgangswiderstand klein, der Eingangswiderstand hingegen groß (Arbeitswiderstand · β). Dies macht die Schaltung zu einem Impedanzwandler.

Daten

• Nicht-invertierend
• Spannungsverstärkung < 1, Leistungsverstärkung > 1
  • => Stromverstärkung
• Eingangswiderstand groß: 3 kΩ - 1 MΩ
• Ausgangswiderstand klein: 30 Ω - 20 Ω
• verzerrungsfreie Verstärkung für Eingangsspannungen bis zu einem Drittel der Versorgungsspannung

Einsatzgebiete

• Impedanzwandler

Basisschaltung

Sie entspricht der Emitterschaltung, jedoch liegt die Basis auf Masse, und der Kollektor-Emitter-Strom muss auch durch die Signalquelle fließen. Dies macht die Stromverstärkung zu 1. Der Eingangswiderstand ist sehr klein, da nur 1/β des Eingangsstroms von der Quelle aufgebracht werden muss, der Rest stammt aus dem Kollektorstrom. Der Ausgangswiderstand und die Spannungsverstärkung entsprechen der Emitterschaltung.

Daten

• Nicht-invertierend
• Stromverstärkung geringfügig unter 1
• Leistungsverstärkung ca. 1.000
  • => Spannungsverstärkung
• Spannungsverstärkung 5 % bis 10 % größer als bei der Emitterschaltung
• Eingangswiderstand klein: 25 Ω- 500 Ω
• Ausgangswiderstand groß: 100 kΩ - 1 MΩ
• höhere Grenzfrequenz durch geringere Rückwirkung
• verzerrungsfreie Verstärkung für Eingangsspannungen bis zu einem Zehntel der Versorgungsspannung

Einsatzgebiete

• HF-Stufen
• HF-Oszillatoren ab ca. 50 MHz

Kombinationen

Alle möglichen Schaltungen ergeben sich durch Einsetzen einer Triode (oder eines Transistors) in einen Vierpol. Ein Anschluss der Triode muss also doppelt verwendet werden. Da es drei Anschlüsse gibt, folgen daraus drei mögliche Transistorgrundschaltungen.

Auch alle 6 Schaltkreise von zwei Transistoren in einen Vierpol haben einen Namen.

• Parallelschaltung (die einzelnen Transistoren in jeweils alle drei Grundschaltungen). (3)
• Serielle Schaltung oder Kaskadenschaltung funktionieren nur mit zusätzlichen Bauteilen (3+0=3)
• Kaskode: Emitterschaltung und Basisschaltung in Serie (3+1=4)
• Transistor-Transistor-Logik-Inverter: Basisschaltung und Emitterschaltung in Serie.
• Darlington-Schaltung. Zwei Kollektorschaltung teilen sich die Spannung zwischen Basis und Emitter und erreichen eine hohe Stromverstärkung. (4+1=5)
• Thyristor oder auch astabiler Multivibrator. Zwei Emitterschaltungen mit Rückkopplung. (5+1=6)

Im TTL Ausgangsverstärker wird ein Transistor in einer Mischung aus Emitter- und Kollektorschaltung betrieben.

Weiter 2 Transistorschaltungen:

• Beim Stromspiegel wirkt der 2. Transistor als Emitterschaltung
• Beim differentielle Eingang eines Operationsverstärkers wirkt jeder der beiden Eingänge als Emitterschaltung (invertierend) auf dem ihm nahe gelegenen Ausgang und als Serie aus Kollektorschaltung und Basisschaltung auf den anderen Ausgang.

Quellen

• Hans-Joachim Fischer und Wolfgang E. Schlegel: Transistor- und Schaltkreistechnik; Militärverlag DDR (1988);
• Rainer Funke und Siegfried Liebscher: Grundschaltungen der Elektronik; Verlag Technik Berlin (1975); ISBN 344198031X
• Johann Siegl: Schaltungstechnik - Analog und gemischt analog/digital; Springer (2005); ISBN 3540242112

Weblinks

Die Kaskodeschaltung

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