Gegentaktverstärker - Alles auf einmal

 

Materialbedarf

 

Anz. Bezeichnung Datenblatt
1 Batterie/Spannungsquelle 9V  
1 Transistor BC548C (BC546C-BC550C)
1 Transistor BC558C (BC556C-BC560C)
2 Diode 1N4001 (1N4001-1N4007)
2 Widerstand 47 Ohm  
2 Widerstand 10 kOhm  
2 Widerstand 47 kOhm  
1 Trimmpotentiometer 25 kOhm
1 Multimeter  

 

 

Aufbau der Schaltung

 

Mit Hilfe von verschiedenen Schaltungen oder Bauteile lassen sich Ströme ein, ausschalten oder auch verstärken. Diese haben aber meist einen großen Nachteil. Sie können nur die Minus-Leitung oder den Plus-Pol durchschalten. Es gibt aber Anwendungen, da werden beide Betriebsspannungspole benötigt. Z.b. in der Digitaltechnik benötigt man definierte Spannungspotentiale. Es muss also + oder - durchgeschaltet werden. Aber auch für Wechselspannungen werden beide Potentiale benötigt. Verarbeitete Signale werden dann mit Einsatz von Kondensatoren wieder in Wechselspannung gewandelt.

 

Für diese Probleme gibt es eine relativ einfache Lösung. Es ist die Gegentaktstufe. So eine Stufe besteht aus zwei Komplementärtransistoren. Das heißt aus einem NPN und einem PNP-Transistor. Beide Typen sollten, im Idealfall, komplett gleiche technische Daten haben. Für die meisten hergestellten Transistoren gibt es auch gleichwertige Komplementärtypen. Für den BC548 wäre dies der BC558.

 

 

Ein Gegentaktverstärker folgt immer der Eingangsspannung. Wenn man diese Schaltung in Betrieb nimmt, wird man am Widerstand eine Spannung von ca. 0,7 V messen. Ganz auf 0 V kommt man bei dieser Schaltung nie herunter. Ebenso wird nie die volle Betriebsspannung erreicht.

Der Vorteil dieses Verstärkers ist aber, das beide Pole durchgeschaltet wird. Wir können also gegen 0 oder gegen den Plus-Pol unsere Last legen. Hier wurde mit R3 und R4 beides getan. Wird die Spannung an R4 gemessen, wird man dort den größten Teil der Betriebsspannung vorfinden.

 

Hier misst man tatsächlich ca. 8,3 V. In diesem Fall wird also der Minus-Pol durchgeschaltet. Wenn man nun aber den Plus-Pol geschaltet haben möchte, muss man nur den Eingang mit einer entsprechenden Spannung versorgen.

 

 

Hier wurde die Plus-Leitung an den Eingang gelegt und man erkennt sofort an der Messung, dass an R4 jetzt ca. 0,7 V abfallen. Der Rest müsste jetzt an R5 zu messen sein.

 

Ein Anschluss des Multimeters bestätigt dies auch. Nun messen wir hier die 8,3 V. Wie aber funktioniert das Ganze nun?

 

 

Funktionsweise des Gegentaktverstärkers

 

Als erstes schauen wir uns die Schaltung einmal an, wenn der Verstärker mit dem Null-Potential verbunden ist.

Wie bereits bekannt sein dürfte, steuert ein PNP-Transistor durch, wenn ein Strom aus der Basis fließt. Dies ist hier bei T2 gegeben. Der Basisstrom muss hier nicht begrenzt werden, da sich der Maximalstrom durch den Lastwiderstand, hier ist das R3, ergibt.

Bei der Messung an R4 wurde dort auch eine kleine Spannung festgestellt. Diese entsteht durch den Spannungsabfall von R2 und der EC-Strecke des Transistors.

T1 benötigt zum durchsteuern aber einen Stromzufluss. Da dieser hier nicht gegeben ist, sperrt der Transistor.

 

Genau umgekehrt sieht es aber aus, wenn wir den Eingang an die Plus-Leitung legen. Hier kommt dann ein Stromfluss zur Basis von T1, begrenzt durch den Lastwiderstand R4, zustande und dieser steuert durch. Aus der Basis von T2 kommt aber kein Strom zustande und er sperrt.

R1 und R2 haben zwei Aufgaben. Zum Einen dienen sie teilweise als Überlastungsschutz der Transistoren und zum Zweiten dienen sie als Temperaturkompensation. Alle Halbleiter haben die Eigenschaft, dass sie bei steigender Temperatur leitfähiger werden, so auch Transistoren. Sollten sich hier die Transistoren erwärmen, würde der Strom steigen. Dies bewirkt eine Spannungssteigerung an den entsprechenden Widerständen. dadurch sinkt die CE-Spannung und der Strom sinkt wieder etwas. Dies hat zur Folge, dass sich der Transistor wieder abkühlt.

Vielleicht hat diesen Effekt schon mal jemand bei einem HiFi-Verstärker erlebt. Die Musik wird allmählich leiser, wenn man dem Verstärker eine zu hohe Leistung abverlangt.

 

 

Der Gegentaktverstärker als Spannungsfolger

 

 

Wenn wir nun den Gegentaktverstärker mit einer variablen Spannung versorgen, welches hier durch den Potentiometer P1 geschieht, folgt der Ausgang der Eingangsspannung. Ein Messung am Ausgang zeigt dieses.

Hier regeln sich die beiden Transistoren so ein, dass das Verhältnis zwischen Positiven und Null-Potential am Ausgang, dem am Eingang entspricht.

 

 

Arbeitspunkteinstellung

 

 

Wer bei der letzten Schaltung einmal die Drahtbrücke von der Basis von T1 zum Poti entfernt hat, wird am Ausgang eine undefinierte Spannung messen. Der Verstärker 'schwebt'. Je nach Bauteiletoleranzen ergibt sich dann irgendeine Ausgangsspannung. Ein weiteres Problem ist, wenn man mit dieser Schaltung Wechselspannung verstärken will, muss sie positive wie auch negative Spannungen verstärken können. Der Verstärker muss also schon zur Hälfte ausgesteuert sein.

Dieses erreichen wir mit der Schaltungsergänzung die hier zu sehen ist. Durch die beiden zusätzlichen Widerstand R1 und R2 sorgen wir dafür, das die beiden Transistoren bis auf die Mitte der Betriebsspannung durchsteuern.

Die beiden Dioden D1 und D2 sorgen dafür, das die Schwellenspannung von T1 und T2 überwunden wird. Somit ergibt sich für den Verstärker einen ziemlich linearen Spannungsverlauf.

 

 

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