A2 Verstärker mit BJT

Thema

Dieser Bipolartransistor, der bereits im Modell für fortgeschrittene Halbleiterbauelemente beschrieben wurde, verstärkt Strom: Ein kleiner Strom, der in seinen Basisanschluss eingespeist wird, steuert einen wesentlich größeren Strom zwischen seinen beiden anderen Anschlüssen. Das Verstärkungsverhältnis ist für jeden Transistor charakteristisch. Um ein Signal verzerrungsfrei zu verstärken, muss der Transistor vorgespannt werden: Mithilfe von Festwiderständen und Spannungsquellen wird ein stabiler Arbeitspunkt in dem Bereich eingestellt, in dem der Transistor am linearsten arbeitet – weder vollständig gesperrt noch vollständig gesättigt.

Die Emitterschaltung, die gebräuchlichste Schaltung für die Spannungsverstärkung, invertiert das Eingangssignal zusätzlich zur Verstärkung. Neben dieser Grundschaltung gibt es verschiedene Verstärkungsklassen, die definieren, welchen Anteil der Signalperiode der Transistor leitet. Dies stellt einen grundlegenden Kompromiss zwischen Linearität und Energieeffizienz dar: Klasse A leitet über die gesamte Periode und bietet die beste Linearität, verschwendet aber den größten Teil der Energie als Wärme – derselbe Joule-Effekt, der im Widerstands- und Ohmschen Gesetzmodell beschrieben wird; Klasse B leitet nur für eine halbe Periode und opfert etwas Linearität für eine deutlich höhere Effizienz. Die Klasse AB stellt einen Mittelweg zwischen den beiden dar und wird am häufigsten in hochwertigen Audioverstärkern eingesetzt. Die Klasse D hingegen, die nicht linear verstärkt, sondern durch schnelles Schalten arbeitet, erzielt die höchsten Wirkungsgrade und dominiert derzeit Hochleistungs-Audioverstärker und Motorsteuerungen.

Deshalb zeigt dieses Modul, das mit einem kleinen Strom beginnt, der einen größeren Strom steuert, dass Verstärkung niemals kostenlos ist: Jede dieser vier Klassen geht auf unterschiedliche Weise den gleichen Kompromiss zwischen originalgetreuer Signalwiedergabe und möglichst geringer Energieverschwendung in Form von Wärme ein, und keine schafft es, beides gleichzeitig zu maximieren.

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