Die Arbeitspunktstabilisierung

Prinzip

Erhöhte Stabilität einer Transistor-Verstärkerstufe gegenüber Schwankungen der Temperatur, der Betriebsspannung und gegenüber Streuung der Verstärkerkenngrößen wird durch Gegenkopplung erreicht. Hierbei wird ein Teil des Ausgangsspannung mit entgegengesetzter Phasenlage auf den Eingang des Verstärkers zurückgeführt. Bei der in diesem Versuch verwendeten Stromgegenkopplkung erzeugt der verstärkte Strom im Emitterwiderstand den für die Gegenkopplung verwendeten stromproportionalen, gegenphasigen Spannungsabfall.
Bei einer Spannungsgegenkopplung hingegen wird ein Teil der verstärkten Spannung vom Kollektor auf die Basis des Transistors zurückgeführt.
Neben den erwünschten Wirkungen - der Erhöhung der Stabilität des Verstärkers, der Linearisierung seiner Kennlinien und der Modifizierung seiner Kenngrößen - ist mit jeder Gegenkopplung unvermeidlich eine Verringerung der Verstärkung verbunden. Diese ist umso größer, je größer das Verhältnis der rückgekoppelten Spannung zu Ausgangsspannung ist.
Die stabilisierende Wirkung der Stromgegenkopplung wird verständlich, wenn man annimmt, dass eine konstante Steuerspannung von beispielsweise 1 V am Eingang des Verstärkers anliegt. Diese teilt sich auf die Basis-Emitter-Strecke und den Emitterwiderstand auf. Steigt nun, etwa durch Temperatur- oder Betriebsspannungserhöhung, die Emitterstromstärke an, so wächst auch der Spannungsabfall am Emitterwiderstand, wodurch für die Steuerung des Transistors an der Basis-Emitter-Strecke nur noch ein geringerer Teil der anliegenden Steuerspannung wirksam ist. Die ursprungliche Erhöhung der Kollektorstromstärke wird hierdurch wieder rückgängig gemacht. Die gleichen Vorgänge spielen sich auch ab, wenn zur Ansteuerung eine Wechselspannung verwendet wird; nur ein Teil der angelegten Spannung steht für die Steuerung des Transistors zu Verfügung, wenn ein Emitterwiderstand vorhanden ist.
Schaltet man einen Kondensator hinreichend großer Kapazität zum Emitterwiderstand parallel, so wird für Wechselspannungen die Gegenkopplung aufgehoben, während die Gleichstromgegenkopplung erhalten bleibt.

Vorteile

• Keine zusätzlichen Kabelverbindungen zwischen den Bausteinen nötig - übersichtlicherer und schnellerer Aufbau
• Kontaktsicherheit durch puzzelartig verzahnbare Bausteine
• Hartvergoldete, korrosionsbeständige Kontakte
• Doppelter Lernerfolg: Elektrischer Schaltplan auf der Ober- und reele Bauteile auf der Unterseite sichtbar

Aufgaben

Wie erreicht man, dass eine Transistor-Verstärkerstufe unempfindlich gegenüber Schwankungen der Betriebsspannung wird?

Untersuche, wie sich das Verhalten einer Transistor-Verstärkerstufe ändert, wenn ein Emitterwiderstand in die Schaltung eingesetzt wird.