diff --git a/contents/sections/emitterschaltung.md b/contents/sections/emitterschaltung.md index 66e46b1..8f1fab7 100644 --- a/contents/sections/emitterschaltung.md +++ b/contents/sections/emitterschaltung.md @@ -12,7 +12,7 @@ Fassen wir kurz die Eigenschaften der Kollektor und Emitterschaltung in folgende | Ausgangsimpedanz | hoch | niedrig | -Wie wir im vorherigen Kapitel gelernt haben richtet sich Die Bezeichnung der Grundschaltungen eines bipolaren Transistors nach dem Anschluss, der weder als Eingang noch als Ausgang der Schaltung dient und damit den gemeinsamen Bezugspunkt für den Eingangs- und den Ausgangskreis bildet. Bei der Emitterschaltung ist dies der Emitter. +Wie wir im vorherigen Kapitel gelernt haben richtet sich die Bezeichnung der Grundschaltungen eines bipolaren Transistors nach dem Anschluss, der weder als Eingang noch als Ausgang der Schaltung dient und damit den gemeinsamen Bezugspunkt für den Eingangs- und den Ausgangskreis bildet. Bei der Emitterschaltung ist dies der Emitter. --- @@ -26,7 +26,7 @@ Verstärkerschaltungen von Bipolartransistoren werden nach dem Anschluss benannt Die Abbildung [ref:a_emitterschaltung] zeigt eine einfache Emitterschaltung mit Spannungsversorgung, Kollektorwiderstand und Koppelkondensatoren. -Für den Betrieb als linearer Spannungs-Verstärker benötigt der Transistor in der Emitterschaltung einen definierten Arbeitspunkt (BIAS), der normalerweise durch einen Spannungsteiler an der Basis festgelegt wird. +Für den Betrieb als linearer Spannungs-Verstärker benötigt der Transistor in der Emitterschaltung einen definierten Arbeitspunkt (engl. bias, Vorspannung), der normalerweise durch einen Spannungsteiler an der Basis festgelegt wird. [picture:136:a_emitterschaltung:Emitterschaltung] @@ -42,12 +42,12 @@ Die Ein- und Auskopplung der Signale an Basis und Kollektor erfolgt über sog. K Der Abblockkondensator in der Betriebsspannung (+) dient der Abführung von unerwünschten HF- und NF-Signalen, damit Rückkopplungseffekte auf die Stufe und die Versorgungsspannung vermieden werden. -Die Phasenverschiebung zwischen Ein- und Ausgangssignal beträgt bei der Emitterschaltung $\qty{180}{\degree}$, da bei einer positiven Halbwelle in der Eingangsspannung der Kollektorstrom steigt und damit der Spannungsabfall am Kollektorwiderstand zunimmt. Hierdurch sinkt die Spannung am Ausgangskondensator. Es kommt zu einer negativen Halbwelle am Ausgang der Verstärkerstufe. +Die Phasenverschiebung zwischen Ein- und Ausgangssignal beträgt bei der Emitterschaltung $\qty{180}{\degree}$, da bei einer positiven Halbwelle in der Eingangsspannung an der Basis der Kollektorstrom steigt und damit der Spannungsabfall am Kollektorwiderstand zunimmt. Hierdurch sinkt die Spannung am Ausgangskondensator. Es kommt zu einer negativen Halbwelle am Ausgang der Verstärkerstufe. [question:AD407] [question:AD408] -Die Spannungsverstärkung der Emitterschaltung bewegt sich bei entsprechender Auslegung im Bereich von $100\dots 300$ und ist damit sehr hoch im vergleich zur Kollektorschaltung. +Die Spannungsverstärkung der Emitterschaltung bewegt sich bei entsprechender Auslegung im Bereich von $100\dots 300$ und ist damit sehr hoch im Vergleich zur Kollektorschaltung. [question:AD410] diff --git a/contents/sections/kollektorschaltung.md b/contents/sections/kollektorschaltung.md index c159c77..e9c6374 100644 --- a/contents/sections/kollektorschaltung.md +++ b/contents/sections/kollektorschaltung.md @@ -16,7 +16,7 @@ Verstärkerschaltungen von Bipolartransistoren werden nach dem Anschluss benannt Da der Kollektor üblicherweise mit der Versorgungsspannung verbunden ist und für Wechselspannungen näherungsweise auf einem festen Potenzial liegt, folgt die Spannung am Emitter der Spannung an der Basis. Die Kollektorschaltung wird daher auch oft als *Emitterfolger* bezeichnet. -Steigt die Eingangsspannung beispielsweise während einer positiven Halbwelle an, erhöht sich der Emitterstrom. Dadurch nimmt der Spannungsabfall am Emitterwiderstand zu und auch die Ausgangsspannung steigt. Ein- und Ausgangssignal sind daher phasengleich; die Phasenverschiebung beträgt $\qty{0}{\degree}$. Aus diesem Grund wird die Kollektorschaltung auch als *Emitterfolger* bezeichnet. +Steigt die Eingangsspannung an der Basis beispielsweise während einer positiven Halbwelle an, erhöht sich der Emitterstrom. Dadurch nimmt der Spannungsabfall am Emitterwiderstand zu und auch die Ausgangsspannung steigt. Ein- und Ausgangssignal sind daher phasengleich; die Phasenverschiebung beträgt $\qty{0}{\degree}$. [question:AD405] @@ -30,7 +30,7 @@ Die Abbildung [ref:a_collector_circuit] zeigt eine einfache Kollektorschaltung m --- -Für den Betrieb als linearer Strom-Verstärker benötigt der Transistor in der Kollektorschaltung einen definierten Arbeitspunkt (BIAS), der normalerweise durch einen Spannungsteiler an der Basis festgelegt wird. +Für den Betrieb als linearer Strom-Verstärker benötigt der Transistor in der Kollektorschaltung einen definierten Arbeitspunkt (engl. bias, Vorspannung), der normalerweise durch einen Spannungsteiler an der Basis festgelegt wird. Abbildung [ref:a_kennlinie] zeigt die Kennlinie eines NPN-Transistors mit dem durch den Spannungsteiler eingestellten Arbeitspunkt. Die Basisvorspannung wird so gewählt, dass auf dem linearen Teil der Eingangskennlinie gearbeitet wird. Dies impliziert auch, dass immer ein gewisser Ruhestrom fließt, auch wenn kein Eingangssignal anliegt. Das werden wir im Kapitel der Verstärkerklassen noch genauer betrachten. diff --git a/contents/sections/verstaerker_klasse.md b/contents/sections/verstaerker_klasse.md index b7470bc..65746db 100644 --- a/contents/sections/verstaerker_klasse.md +++ b/contents/sections/verstaerker_klasse.md @@ -1,4 +1,4 @@ -Wie wir in den vorherigen Abschnitten gesehen haben, haben Transistoren eine Kennlinie, die den Zusammenhang zwischen Eingangssignal (Basis-Emitter- oder Gate-Source-Spannung) und Ausgangssignal (Kollektor-/Drainstrom) darstellt. Hierbei gibt es im Bereich der Kennlinie verschiedene Abschnitte, in denen der Transistor eine lineare oder auch nichtlineare Charakteristik hat. Gerade Bereiche der Kennlinie, in denen eine Änderung der Steuergröße eine proportionale Änderung der Ausgangsgröße bewirkt, werden als linear bezeichnet. Andere Bereiche der Kennlinie, in denen eine Änderung der Steuergröße **keine** proportionale Änderung der Ausgangsgröße bewirkt, werden als nichtlinear bezeichnet. +Wie wir in den vorherigen Abschnitten gesehen haben, haben Transistoren eine Kennlinie, die den Zusammenhang zwischen Eingangssignal (Basis-Emitter- oder Gate-Source-Spannung) und Ausgangssignal (Kollektor-/Drainstrom) darstellt. Hierbei gibt es im Bereich der Kennlinie verschiedene Abschnitte, in denen der Transistor eine lineare oder auch nichtlineare Charakteristik hat. Bereiche der Kennlinie, in denen eine Änderung der Steuergröße eine proportionale Änderung der Ausgangsgröße bewirkt, werden als linear bezeichnet. In linearer Darstellung sind diese Bereiche an einem geraden Verlauf, ohne Krümmung, zu erkennen. Andere Bereiche der Kennlinie, in denen eine Änderung der Steuergröße **keine** proportionale Änderung der Ausgangsgröße bewirkt, werden als nichtlinear bezeichnet. [picture:1085:a_kennlinien_transistor_arbeitspunkt:Vereinfachte Eingangskennlinie eines Transistors mit verschiedenen Arbeitspunkten] @@ -21,7 +21,7 @@ Zusammenfassung A-Betrieb: - Wirkungsgrad ca. $\qty{40}{\percent}$ - sehr geringer Oberwellenanteil - Eignet sich gut für AM und SSB -- Ein Ausgangsstrom fließt durch die gesamte Periode (Stromflusswinkel $\Theta =\qty{360}{\degree}$) des Eingangssignals +- Ein Ausgangsstrom fließt über die gesamte Periode (Stromflusswinkel $\Theta =\qty{360}{\degree}$) des Eingangssignals [picture:1086:a_eingangsspannung:Beispiel für eine HF-Eingangsspannung $U_\mathrm{BE}$ eines Transistors] @@ -30,10 +30,6 @@ Zusammenfassung A-Betrieb: [question:AD419] -Die Ausgangsleistung eines Verstärkers kann durch Kenntnis des Arbeitspunktes und damit dessen ungefähren Wirkungsgrads grob berechnet werden. Hierbei berechnet man zunächst die Gleichspannungsleistung aus dem Produkt von Spannung und Strom, die dem Verstärker zugeführt wird. Anschließend multipliziert man diese Leistung mit dem numerischen Faktor des Wirkungsgrads, wobei $\qty{100}{\percent}$ einem Wirkungsgrad von $1$ entsprechen. Beispielsweise entspricht ein Wirkungsgrad von $\qty{40}{\percent}$ dann einem Faktor von $0,4$. Versuche nun die folgenden Aufgaben zu lösen: - -[question:AD424] - % B-Betrieb des Verstärkers: Wird der Arbeitspunkt für den *B-Betrieb* gewählt, liegt der Transistor idealerweise gerade am Sperrpunkt. Ohne Eingangssignal fließt daher praktisch kein Ruhestrom. Bei einer sinusförmigen Ansteuerung, wie in Abbildung [ref:a_eingangsspannung] dargestellt, beginnt der Transistor erst ab einer bestimmten Eingangsspannung zu leiten. Ein einzelner Transistor ist deshalb nur während einer Halbwelle beziehungsweise über einen Stromflusswinkel von $\qty{180}{\degree}$ aktiv. @@ -116,4 +112,8 @@ Fassen wir die gelernten Verstärkerklassen noch einmal in einer Übersicht zusa | Stromflusswinkel | $\Theta = \qty{360}{\degree}$ | $\Theta = \qty{180}{\degree}$ | $\qty{180}{\degree} < \Theta < \qty{360}{\degree}$ | $\Theta < \qty{180}{\degree}$ | | Maßnahmen gegen Oberwellen | Filter | Gegentaktstufe oder Filter | Gegentaktstufe oder Filter | Filter | +Die Ausgangsleistung eines Verstärkers kann durch Kenntnis des Arbeitspunktes und damit dessen ungefähren Wirkungsgrads grob berechnet werden. Hierbei berechnet man zunächst die Gleichspannungsleistung aus dem Produkt von Spannung und Strom, die dem Verstärker zugeführt wird. Anschließend multipliziert man diese Leistung mit dem numerischen Faktor des Wirkungsgrads, wobei $\qty{100}{\percent}$ einem Wirkungsgrad von $1$ entsprechen. Beispielsweise entspricht ein Wirkungsgrad von $\qty{40}{\percent}$ dann einem Faktor von $0,4$. Versuche nun die folgenden Aufgaben zu lösen: + +[question:AD424] + Neben den klassischen Verstärkerklassen A, B, AB und C gibt es weitere hocheffiziente Verstärkerklassen wie die Klassen D, E und F. Bei Klasse-D- und Klasse-E-Verstärkern wird der Transistor gezielt als Schalter betrieben, sodass möglichst wenig Leistung im Transistor selbst verloren geht. Klasse-F-Verstärker nutzen zusätzlich abgestimmte Netzwerke für die Grundfrequenz und ausgewählte Oberwellen, um Strom- und Spannungsverläufe am Transistor günstig zu formen. Auf diese Weise können sehr hohe Wirkungsgrade erreicht werden. Solche Verstärker erfordern jedoch eine sorgfältige Schaltungsauslegung und sind im HF-Bereich häufig nur für einen begrenzten Frequenzbereich geeignet. Weitere Betriebsarten wie Klasse J oder Klasse S verfolgen ähnliche Ziele, sind für die Amateurfunkprüfung jedoch nicht relevant. \ No newline at end of file