Arbeitspunkteinstellung mit Basis-Vorwiderstand
Damit die Emitterschaltung richtig funktioniert, müssen Spannungs- und Stromwerte richtig eingestellt werden. Dabei müssen die Kollektor- und Basisstromwerte des Transistors beachtet werden. Ein Vorwiderstand an der Basis des Transistors ist eine Möglichkeit der Arbeitspunkteinstellung.
Der Arbeitspunkt wird durch den Basisstrom IB festgelegt. Der Vorwiderstand RV bestimmt den Basisstrom IB. Da der Vorwiderstand RV in der Regel sehr hochohmig ist, wird bei Erwärmung des Transistors der Basisstrom IB konstant bleiben. Der Basis-Vorwiderstand RV stellt zusammen mit dem Durchlasswiderstand der Basis-Emitter-Strecke einen Spannungsteiler dar.
Die Arbeitspunkteinstellung mit Basis-Vorwiderstand eignet sich vor allem für Vorverstärker. Vorausgesetzt, es werden keine hohen Anforderungen an die Arbeitspunktstabilität gestellt.
Ein typischer Anwendungsfall ist ein Mikrofonverstärker. Hierbei muss man beachten, dass das Mikrofon nur eine sehr niedrige Spannung mit maximal wenigen 10 mV liefern darf, weil sonst die lästigen nichtlinearen Verzerrung leicht hörbar werden. Wichtig sind dabei die beiden Koppelkondensatoren CK am Eingang und am Ausgang der Schaltung.
Funktion der Koppelkondensatoren CK
Wird eine Wechselspannung verstärkt, so muss die Schaltung über die Koppelkondensatoren CK mit der Signalquelle und der Last verbunden werden. Über die Koppelkondensatoren fließt kein Gleichstrom. Damit hat die Signalquelle bzw. Last keinen Einfluss auf den Arbeitspunkt. Die Spannungen des Arbeitspunktes lassen sich so unabhängig von den Gleichspannungen der Signalquelle und Last wählen.
Der Koppelkondensatoren CK am Ausgang bildet mit dem Eingangswiderstand der Last einen Hochpass.
Die Koppelkondensatoren müssen so dimensioniert werden, dass die kleinste Frequenz des zu übertragenden Signals noch durch den Hochpass hindurch kommt. Gleichspannungen (0 Hz) gelangen nicht hindurch.
Formel zur Berechnung des Kollektorwiderstandes RC
Die Werte für den Kollektorstrom IC und die Kollektor-Emitter-Spannung UCE werden durch die Anwendung oder die Nutzung der Emitterschaltung festgelegt.
Formel zur Berechnung des Basisstroms IB
Der Basisstrom IB wird aus dem Ausgangskennlinienfeld (unter Berücksichtigung von IC und UCE) entnommen oder bei gegebener Gleichstromverstärkung B berechnet. Dabei muss man beachten, dass die Gleichstromverstärkung B temperaturabhängig ist.
Formeln zur Berechnung des Basis-Vorwiderstandes RV
(vereinfacht)
Die Basis-Emitter-Spannung UBE wird aus dem Eingangskennlinienfeld für IB ermittelt. Sie liegt je nach Transistor bei 0,3 V (Germanium) oder 0,6...0,7 V (Silizium). Bei ausreichend großer Betriebsspannung UB hat die Basis-Emitter-Spannung UBE kaum Einfluss bei der Berechnung des Vorwiderstandes RV.
Frequenzabhängigkeit
Bei hohen Frequenzen macht sich die Frequenzabhängigkeit der differenziellen Stromverstärkung ß, die sich auf die Spannungsverstärkung auswirkt, durch den Vorwiderstand RV, Basis-Emitter-Widerstand rBE und ausgeprägt durch die Kollektor-Basis-Kapazität, die man auch als Millerkapazität bezeichnet, bemerkbar.
Vorteile
- Wenn die Stromverstärkung B bekannt ist, dann lässt sich die Schaltung zuverlässig dimensionieren. Es ist jedoch die Exemplarstreuung der Gleichstromverstärkung B zu beachten.
- Ist die Betriebsspannung UB groß genug, dann hängt der Basisstrom IB im wesentlichen von der Betriebsspannung UB und dem Vorwiderstand RV ab.
- Die Temperaturabhängigkeit der Basis-Emitter-Spannung UBE hat nur einen geringen Einfluss auf den Arbeitspunkt.
- Der Vorwiderstand RV hat keinen nennenswerten Einfluss auf den Eingangswiderstand der Schaltung.
Nachteile
- Bei großer Exemplarstreuung der Gleichstromverstärkung B muss der Arbeitspunkt durch einen veränderbaren Vorwiderstand RV eingestellt werden.
- Die Temperaturabhängigkeit der Gleichstromverstärkung B hat direkten Einfluss auf die Arbeitspunktstabilität.