Bipolare Transistoren – Arbeitspunkt, Einstellung und Stabilisierung

Das heutige Video von mg-spots.de geht auf Bipolare Transistoren, deren Arbeitspunkt, Einstellungen und der Stabilisierung ein.

Ein Transistor dient zur Verstärkung von elektrischen Strömen, Spannungen und Leistungen.

In diesem Zusammenhang ist in der Elektrotechnik besonders der Arbeitspunkt und die Stabilisierung ein sehr wichtiges Thema.

Was versteht man unter einem Arbeitspunkt

Ein Arbeitspunkt zeigt die Spannungs- und Stromwerte auf, die im normalen Betrieb vorhanden sind. Sobald sich diese verändern sagt man auch, dass sich der Arbeitspunkt (AP) verschiebt. Im Video wird die Abhängigkeit der verschiedenen Werte in einem Diagramm aufgezeigt. Darin wird ermittelt, welche Messwerte für die Festlegung des Arbeitspunktes von Bedeutung sind. Der Arbeitspunkt kann aufgrund der Widerstandsgeraden gefunden werden.

Doch wo sollte sich der Arbeitspunkt in seiner Ruhelage befinden und was muss man beachten? Auch dieses Problem wird aufgegriffen und erläutert. Dabei gibt es drei verschiedene Betriebsarten. Darunter fällt die Betriebsart A, B und AB.

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Wie wird der Arbeitspunkt eingestellt

Anhand einer Grafik wird das Vierquadranten-Kennlinienfeld eines bipolaren Transistors erklärt. Darin enthalten ist neben dem Arbeitspunkt auch eine Erklärung zur Eingangs- und Ausgangskennlinie und der Steuerkennlinie (Stromkennlinie).

Damit der Arbeitspunkt an die gewünschte Stelle gebracht werden kann, muss die Basisemitterspannung oder den Basisstrom auf einen bestimmten Wert ein. Dazu kann ein Spannungsteiler verwendet werden. Mit Koppelkondensatoren können Beschädigungen an anderen elektronischen Bauteilen verhindert werden.

Die Lage des AP hängt auch von der Temperatur ab. Je höher diese ist, desto durchlässiger ist der Transistor. Mit der Strom-Gegenkopplung kann eine Stabilisierung des Arbeitspunktes geschafft werden. Die Wirkungsweise und deren Funktion wird im Video genauer beschrieben.

Die zweite Möglichkeit bietet ein Basis-Vorwiderstand. Mit einem Basis-Vorwiderstand kann der Arbeitspunkt ebenfalls eingestellt werden. Wie bei der Einstellung der Basisemitterspannung oder Basisstrom, muss auch beim Basis-Vorwiderstand der Transistor gegen eine Erhöhung der Temperatur mit einer Spannungs-Gegenkopplung geschützt werden.

Wichtiger als die Einstellungsmöglichkeiten des Arbeitspunktes in der Ruhelage, sind die dynamischen Kennwerte. Normalerweise werden immer Spannungs- und Stromänderungen verstärkt werden. Drei Einstellungsmöglichkeiten werden jeweils mit einem Schaltbild und einer Formelsammlung veranschaulicht dargestellt und ausführlich erklärt.

Am Ende wird dies an der Berechnung einer Verstärkerstufe mit Strom-Gegenkopplung verdeutlicht. Dort mit realistischen Werten gearbeitet und wird leichter verständlich.

Transistor-Grundschaltungen

In den meisten Verstärkerstufen wird der Transistor so eingesetzt, dass der Emitter der gemeinsame Bezugspunkt für Eingangs- und Ausgangsspannung ist. Die Emitter-Grundschaltung kann dynamisch eingesetzt werden und ist dadurch sehr universell einsetzbar. Als Impedanzwandler und in Verstärkerendstufen kommt die Kollektor-Grundschaltung vor. Als letztes gibt es noch die Basis-Grundschaltung und wird hauptsächlich im Hochfrequenzbereich eingesetzt.