2.3.3 Verstärkerwirkung der Schaltung
2.3.3.1 Einkopplung der Eingangsspannung
Bei der Eingangsspannung ue handelt es sich um eine sinusförmige Wechselspannung. Diese muss über einen Koppelkondensator in die Schaltung eingekoppelt werden. Dadurch kommt es zu einer „Überlagerung“ der Eingangsspannung ue mit der Basis-Emitter-Gleichspannung UBE. Durch die Überlagerung entsteht die Basis-Emitter-Mischspannung UBE´.
Da die Eingangsspannung ue nahezu unverändert in die Schaltung eingekoppelt wird, kann der Wechselspannungsanteil in der Mischspannung UBE´ auch als Basis-Emitter-Wechselspannung uBE bezeichnet werden.
Durch die Überlagerung der Eingangspannung ue mit der Basis-Emitter-Gleichspannung UBE
entsteht eine Basis-Emitter-Mischspannung UBE´. Der Wechselspannungsanteil uBE in der
Mischspannung ist gleich der Eingangspannung ue.
Anmerkung: bei dem zuvor erwähnten „Einkopplungsvorgang“ lädt sich der Kondensator beim Einschalten der Betriebsspannung UB zunächst auf den Wert der Basis-Emitter-Gleichspannung UBE auf.
Ist die Kapazität des Kondensators ausreichend hoch, dann verändert sich dieser Spannungswert in weiterer Folge nicht mehr. Wird nun an einen Anschluss (im Bild 2-37 der linke Anschluss) die Eingangsspannung ue angeschlossen, dann wird das Potenzial des zweiten Anschlusses (im Bild 2-37 der rechte Anschluss) im Takt der Eingangsspannung verändert, es ist allerdings um den Wert von UBE höher als das Potenzial des linken Anschlusses. Der zeitliche Verlauf des Potenzials des rechten Anschlusses entspricht der Basis-Emitter-Mischspannung UBE´ im Bild 2-36.
2.3.3.2 Erzeugung des Basiswechsel/-mischstromes
Im nächsten Schritt wird der Basiswechselstrom iB durch die Basis-Emitter-Wechselspannung uBE erzeugt. Dieser Vorgang ist in der Eingangskennlinie sichtbar.
Damit überlagert sich dem Basisgleichstrom IB ein Basiswechselstrom iB. In die Basis des Transistors fließt daher ein Basismischstrom IB´.
Der Basismischstrom IB´ entsteht durch die Basis-Emitter-Mischspannung UBE´, die an der
Eingangskennlinie des Transistors wirksam wird.
2.3.3.3 Erzeugung des Kollektorwechsel/-mischstromes
Die Gleichstromverstärkung B wirkt nicht nur auf die Basis- und Kollektorgleichströme, sondern auch auf Änderungen dieser Ströme. Damit tritt auch der Basiswechselstrom iB mit einem Faktor B multipliziert als Kollektorwechselstrom iC auf.
Am Kollektor wird daher ein Kollektormischstrom IC´ erzeugt, dessen Anteile (IC + iC) aus den Anteilen des Basismischstromes IB´ (IB + iB) mit einem Faktor B multipliziert hervorgehen.
Der Kollektormischstrom IC´ ist der mit dem Faktor B multiplizierte Basismischstrom IB´.
2.3.3.4 Erzeugung der Kollektor-Emitter-Mischspannung
Betrachtet man die Verstärkerschaltung, dann kann eine Maschengleichung formuliert werden, in der auch die Kollektor-Emitter-Spannung UCE enthalten ist:
Diese zunächst nur für die Gleichspannungen formulierte Gleichung gilt jedoch auch für die Mischspannungen:
Die Mischspannung URC´ wird direkt durch den Kollektormischstrom IC´ verursacht. Da beide Größen durch das Ohmsche Gesetz (URC´= RC·IC´) miteinander verbunden sind, weist URC´ den gleichen Verlauf wie IC´ auf. Für UCE´ ergibt sich aufgrund der Maschengleichung folgendes Verhalten:
Steigt URC´ an, dann sinkt UCE´ bzw. sinkt URC´, dann steigt UCE´.
Anmerkung: aufgrund dieses Verhaltens sind uRC und uCE um 180° phasenverschoben (in „Gegenphase“).
Die Kollektor-Emitter-Mischspannung UCE´ wird daher indirekt vom Kollektormischstrom IC´ erzeugt.
Die Kollektor-Emitter-Mischspannung UCE´ entsteht aus dem Kollektormischstrom IC´ durch
Differenzbildung zwischen Betriebsspannung UB und Spannungsabfall URC´ am Widerstand RC.
2.3.3.5 Auskopplung der Ausgangsspannung
Bei der Auskopplung der Ausgangsspannung ua wird aus der Kollektor-Emitter-Mischspannung UCE´ der Gleichspannungsanteil UCE durch den Koppelkondensator „herausgefiltert“.
Die Ausgangsspannung ua entspricht daher dem Wechselspannungsanteil uCE.
Die Ausgangsspannung ua entsteht durch Auskopplung des Wechselspannungsanteils uCE
der Kollektor-Emitter-Mischspannung UCE´.
Anmerkung: die „Auskopplung“ der Ausgangsspannung ua aus der Kollektor-Emitter-Mischspannung UCE´ erfolgt genau umgekehrt wie die „Einkopplung“ der Eingangsspannung ue.
2.3.3.6 Spannungssteuerung des Transistors
Der beschriebene Ablauf der Verstärkerwirkung wird als „Spannungssteuerung“ bezeichnet, da der Transistor durch die Spannung ue gesteuert wird.
Im Vierquadrantenkennlinienfeld bildet sich die verstärkende Wirkung der Spannungssteuerung wie folgt ab:
Bei der Spannungssteuerung bildet die sinusförmige Eingangsspannung ue aufgrund der nichtlinearen Eingangskennlinie des Transistors einen nicht sinusförmigen Basisstrom iB.
Damit ergibt sich auch ein nichtsinusförmiger Kollektorstrom iC und eine nicht sinusförmige Ausgangsspannung ua. Es treten daher im Verstärker Verzerrungen auf, die natürlich unerwünscht sind.
Bei der Spannungssteuerung weist die Ausgangsspannung Verzerrungen aufgrund der
nichtlinearen Eingangskennlinie des Transistors auf.
2.3.3.7 Stromsteuerung des Transistors
Um diese Verzerrungen zu reduzieren, wird der Transistor in der Praxis durch eine Spannungsquelle mit einem hohen Innenwiderstand gesteuert. Dies wird als „Stromsteuerung“ bezeichnet. Weist die Spannungsquelle selbst nur einen geringen Innenwiderstand auf, dann kann ein zusätzlicher Widerstand in Serie geschaltet werden.
Bei der Stromsteuerung verursacht die sinusförmige Spannung u zunächst einen sinusförmigen Wechselstrom ie, der als sinusförmiger Basisstrom iB alle anderen Wechselgrößen in der Schaltung steuert. In diesem Fall bleibt die Ausgangsspannung ua unverzerrt, obwohl die Eingangspannung ue direkt am Verstärkereingang nicht sinusförmig ist!
Bei der Stromsteuerung treten keine Verzerrungen der Ausgangsspannung auf.
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