Transistor Arbeitspunkt

Wahl des Arbeitspunktes

A-Betrieb

Ansteuerung des Transistors durch ein Wechselsignal das symetrisch zum Arbeitspunkt ist. Die untere Grenze von U_CE liegt ca. bei 1V an der Kennlinienkrümmung. Die obere Grenze bildet die Versorgungsspannung.

B-Betrieb

Ansteuerung des Transistors durch ein Wechselsignal nur in einer Richtung. Dieser Betriebsfall wird bei Gegentaktverstärkerstufen verwendet. Der Arbeitspunkt liegt auf der Spannungsachse U_CE. Daraus folgt I_B(A) = 0 und I_C(A) = 0.

AB-Betrieb

Ansteuerung des Transistors wie im B-Betrieb, nur mit einer kleinen Verschiebung des Arbeitspunktes in Richtung A-Betrieb.

Einstellung des Arbeitspunktes

Arbeitspunkteinstellung durch Basisspannungsteiler

Berechnung

Wahl des Arbeitspunktes Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle I_{C_{(A)}}\;} , Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle U_{CE_{(A)}}\;} .
Bei gegebener Versorgungsspannung Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle U_{CC}\;} liegt der Widerstand Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle R_{C}\;} fest Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle R_C = \cfrac{U_{CC}-U_{CE_{(A)}}}{I_{C_{(A)}}}\;} .
Der Basisstrom Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle I_B\;} kann auf unterschiedliche Weise ermittelt werden:
- mithilfe des Ausgangskennlinienfeld,
- aus der Stromverstärkungskennlinie oder
- mit der Näherungsformel Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle I_{B_{(A)}} = \cfrac{I_{C_{(A)}}}{B}\;}
Ermittlung der Spannung Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle U_{BE_{(A)}}\;} mithilfe der Eingangskennlinie.
Definition des Spannungsteilers Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \cfrac{R_1 + R_2}{R_2} = \cfrac{U_{CC}}{U_{BE_{(A)}}}\;} einer der Widerstände kann frei gewählt werden. Dabei muss darauf geachtet werden, dass der Teiler aus Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \cfrac{R_1}{R_2}\;} gegenüber der Last (Transistor) niederohmig gewählt wird. Grund für dieses Vorgehen ist, dass der Spannungsteiler nur dann ein Spannungsverhältnis entsprechend dem Widerstandsverhältnis liefert, wenn er nicht oder wenig belastet wird. Hilfe liefert der Querstromfaktor, Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle q = \cfrac{I_2}{I_1}\;} . Die Teilerspannung bleibt konstant, wenn man Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle q\;} groß wählt. Richtwerte sind: Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle q = 5 - 10\;} .
Der Kondensator Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle C_1 \;} dient zur Abtrennung der Gleichspannung von der angelegten Wechselspannungsquelle. Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle C_1 \;} muss für die Betriebsfrequenz niederohmig sein. Es muss Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle X_{C1} \approx r_{ein}\;} gewählt werden. Wechselstrommäßig liegt der Widerstand Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle R_1\;} auch an Masse, damit gilt für der Eingagnswiderstand Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle r_{ein} = R_1 \| R_2 \| r_{BE}\;} . Für Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle r_{BE_{(A)}}\;} gilt Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle r_{BE_{(A)}} = \cfrac{U_T}{I_{B_{(A)}}}\;} .

Wird der Arbeitspunkt mithilfe des Basisspannungsteilers eingestellt, tritt durch Temperatureinflüsse und Exemplarstreuung eine Verschiebung des Arbeitspunktes ein.

Arbeitspunkteinstellung durch Konstant-Basisstrom

Berechnung

Der Basisstrom muss durch Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle R_1\;} fließen.
Für Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle R_1\;} ergibt sich damit Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle R_1 = \cfrac{ U_{CC} - U_{BE(A)}}{I_{B(A)}}\;} .
Da im allgemeinen Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle U_{BE(A)} \;} << Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle U_{CC}\;} ist, haben die geringen Änderungen von Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle U_{BE(A)}\;} keinen Einfluss auf Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle I_B\;} .
Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle I_B\;} ist nahezu konstant.
Richtwerte des Temperatureinflusses: Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \Delta T = 100 K\;} ergibt eine Stromverstärkungsänderung um den Faktor 2.

Stabilisierung des Arbeitspunktes

Arbeitspunktstabilisierung durch Gleichspannungsgegenkopplung

Berechnung

Teilerverhältnis: Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \cfrac{R_1 +R_2}{R_2} = \cfrac{U_{CE(A)}}{U_{BE(A)}}\;}
Driftverstärkung: Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle v_D = \cfrac{\Delta U_{CE(A)}}{\Delta U_{BE(A)}}\;} oder Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle v_D = 1+ \cfrac{R_1}{R_2}\;}
Wechselstromeingangswiderstand: Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle r_{ein} = R_2 \| r_{BE} \| \cfrac{R_1}{v_u}\;} wobei Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle v_u\;} die Spannungsverstärkung der Schaltung ist.
Für viele Anwendungen ist es von Nachteil, dass das Schaltungsprinzip einen relativ geringen Eingangswiderstand besitzt.

Arbeitspunktstabilisierung durch Gleichstromgegenkopplung

Berechnung

Es gilt die Maschengleichung Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle U_e = U_{BE(A)} + U_{RE}\;} .
Driftverstärkung Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle v_D = \cfrac{\Delta U_a}{\Delta U_e} \approx \cfrac{\Delta U_a}{\Delta U_{RE}} = \cfrac{R_C}{R_E}\;} .
Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle \cfrac{R_C}{R_E}\;} wird als Kopplungsfaktor Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle m\;} bezeichnet.
Wechselstromeingangswiderstand: Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle r_{ein} = r_{BE} +\beta \cdot R_E\;} .
Um für die Wechselspannung die Gegenkopplung unwirksam zu machen, schaltet man parallel zu Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle R_E\;} einen Kondensator Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle C_E\;} . Es gilt Fehler beim Parsen (SVG mit PNG-Fallback (MathML kann über ein Browser-Plugin aktiviert werden): Ungültige Antwort („Math extension cannot connect to Restbase.“) von Server „https://wikimedia.org/api/rest_v1/“:): {\displaystyle X_{CE} \approx 0,1 \cdot R_E\;} .

Siehe auch

Weblinks