Ein Bipolartransistor ist ein elektronisches Gerät, das die Funktionen der Signalverstärkung und -umschaltung in elektronischen Schaltungen erfüllt. Damit der Transistor ordnungsgemäß funktioniert, muss er ordnungsgemäß in die Schaltung angeschlossen werden. Es gibt verschiedene Einschaltschemata, von denen jedes seine eigenen Merkmale hat und in bestimmten Fällen angewendet wird.
Eine der gebräuchlichsten Schaltungen ist die Schaltung, um den Transistor über den praktisch inaktiven Hauptstrom des Kollektors einzuschalten. In dieser Schaltung ändert sich der Kollektorstrom im Laufe der Zeit praktisch nicht und wird über einen Widerstand im Emitterkreis eingestellt. Diese Schaltung ermöglicht eine hohe Signalverstärkung. Es gewährleistet jedoch nicht die Genauigkeit des Kollektorstroms, da er von der Temperatur und den Parametern des Transistors selbst abhängt.
Ein anderer gebräuchlicher Typ des Einschaltschemas ist eine Schaltung mit einem gemeinsamen Emitter. In dieser Schaltung ist es notwendig, einen Widerstand im Emitterkreis zu verwenden, um den Betriebsstrom einzustellen. Diese Schaltung bietet eine geringere Signalverstärkung als die vorherige Schaltung, weist jedoch eine größere Stabilität und Genauigkeit auf, um den Kollektorstrom einzustellen.
Zusätzlich zu den oben genannten Schaltungen gibt es auch Schaltkreise im Basisstromverstärkungsmodus und eine Rückkopplungsschaltung. Jeder von ihnen hat seine eigenen Eigenschaften und wird in verschiedenen Bereichen der Elektronik verwendet, abhängig von der erforderlichen Funktionalität und den Eigenschaften der Schaltung.
Es ist wichtig, den richtigen Schaltkreis für den Transistor zu wählen, basierend auf den Aufgaben und Anforderungen für den Betrieb des Geräts. Unabhängig davon, welche Schaltung Sie wählen, müssen Sie daran denken, die entsprechenden Parameter der Schaltungselemente wie Widerstände und Kondensatoren auszuwählen, um sicherzustellen, dass der Transistor ordnungsgemäß funktioniert und die erforderlichen Eigenschaften der ausgeführten Schaltung erreicht werden.
Grundlegende Arten von Einschaltplänen
Es gibt verschiedene Haupttypen von Schaltkreisen für einen Bipolartransistor, die sich in der Verbindungsmethode seiner Elektroden unterscheiden und für verschiedene Funktionen ausgelegt sind:
1. Schaltplan des Transistors als Verstärker (Emitter-Repeater): in dieser Schaltung wird die Basiselektrode mit der Signalquelle verbunden, die Emitterelektrode mit dem gemeinsamen Punkt der unteren Schleife und die Kollektorelektrode mit der Last verbunden. Diese Schaltung ermöglicht es Ihnen, das Eingangssignal zu verstärken und es in vergrößerter Form am Ausgang zu erhalten.
2. Schaltplan des Transistors als Schalter (Emitter-Tracking-Schaltung): hier wird die Kollektorelektrode an die Stromquelle angeschlossen, die Basiselektrode an das Steuersignal angeschlossen und die Emitter–Elektrode dient zur Steuerung des Kollektorstroms. Diese Schaltung ermöglicht die Verwendung eines Transistors zum Umschalten von Signalen und zur Steuerung verschiedener Geräte.
3. Schaltplan des Transistors als Stromstabilisator (Emitter-Stabilisator): Hier wird die Basiselektrode mit der Steuerspannung verbunden, die Kollektorelektrode mit der Versorgungsspannung und die Emitterelektrode mit der Last verbunden. Diese Schaltung gewährleistet die Stabilität des Strom- und Spannungspegels in der Schaltung, da sich die Änderungen des Eingangssignals nur geringfügig auswirken.
Jede dieser Schaltungsarten hat ihre eigenen Eigenschaften und wird in verschiedenen Bereichen der Elektronik verwendet. Die Wahl des Schaltungstyps hängt von den erforderlichen Eigenschaften und Funktionen ab, die ein Bipolartransistor in einer bestimmten Situation ausführen muss.
Schaltplan am gemeinsamen Emitter
Das Grundprinzip der Schaltung am gemeinsamen Emitter besteht darin, den Kollektorstrom mit Hilfe des Basisstroms zu steuern. Wenn sich der Basisstrom ändert, ändert sich der Kollektorstrom. Auf diese Weise ermöglicht die Schaltung, die Signale zu verstärken und im Verstärkungsmodus zu arbeiten.
Die Vorteile der Schaltung am gemeinsamen Emitter umfassen eine hohe Stromverstärkung, relativ hohe Ein- und Ausgangsimpedanzen sowie die Möglichkeit, niedrige Eingangsspannungen und hohe Ausgangsspannungen zu verwenden.
Die Schaltung hat jedoch auch einige Nachteile, wie einen hohen Geräuschpegel, eine niedrige Schaltgeschwindigkeit und einen hohen Energieverbrauch.
Daher ist die Einschaltschaltung am gemeinsamen Emitter eine der häufigsten und wichtigsten Einschaltschaltkreise eines Bipolartransistors, die auf dem Prinzip der Verstärkung und Steuerung des Stroms durch die Basis basiert.
Einschaltschema auf gemeinsamer Basis
Der Hauptvorteil einer gemeinsamen Basisschaltung besteht darin, dass sie eine hohe Transistorstromverstärkung (α) aufweist, aber einen niedrigen Ausgangsimpedanz aufweist. Dies ermöglicht eine gemeinsame Basisschaltung in Verstärkungskreisen mit großen Eingangssignalen und niedriger Versorgungsspannung.
In einer gemeinsamen Basisschaltung wird der Emitterstrom durch den Grundstrom geregelt, der durch den Kollektorübergang fließt. Wenn der Grundstrom groß genug ist, steigt der Kollektorstrom an, was zu einem Anstieg des Emitterstroms führt. Bei der Verwendung einer Schaltung auf einer gemeinsamen Basis sollte jedoch berücksichtigt werden, dass sie im Vergleich zu anderen Schaltkreisen weniger Leistung und weniger Stabilität aufweist.
Schaltplan am gemeinsamen Kollektor
In dieser Schaltung ist der Emitter des Transistors mit der Stromversorgung verbunden, die Basis ist mit der Steuersignalquelle und der Kollektor mit der Last verbunden.
Das Grundprinzip der Schaltung am gemeinsamen Kollektor besteht darin, dass der gemeinsame Kollektor dazu dient, das Signal zu verstärken und umzukehren. Der Transistor arbeitet im aktiven Modus, wenn ein Steuersignal zwischen der Basis und dem Emitter ausgegeben wird.
Die Vorteile der Schaltung am gemeinsamen Kollektor umfassen einen hohen Eingangswiderstand, Verstärkungsstabilität und eine einfache Schaltungstechnik. Diese Schaltung sorgt auch für eine Spannungsverstärkung und reduziert den Einfluss der Last auf die Signalquelle.
Die Schaltung am gemeinsamen Kollektor weist jedoch einige Nachteile auf, z. B. eine geringe Stromverstärkung und die Unfähigkeit, im Phasenverschiebungsmodus zu arbeiten. Außerdem ist diese Schaltung nicht wirksam, um schwache Signale zu verstärken.
Verstärkerschaltung mit gemeinsamem Emitter
Die Verstärkerschaltung mit einem gemeinsamen Emitter besteht aus einem Bipolartransistor, einer Signalquelle, einer Last und einer Stromquelle. Das Signal wird über die Basis des Transistors geleitet und das Ausgangssignal wird vom Kollektor entfernt. Der Emitter-Widerstand ermöglicht es Ihnen, eine Rückkopplung zu erstellen und den Arbeitspunkt des Transistors festzulegen.
Ein Generator, ein Potentiometer oder ein anderer Verstärker kann als Signalquelle fungieren. Die Last ist ein Widerstand oder Lautsprecher, an den das verstärkte Signal gesendet wird.
Die Verstärkerschaltung mit einem gemeinsamen Emitter hat eine hohe Verstärkung und einen breiten Frequenzbereich, wodurch sie für verschiedene Geräte wie Radios, Audioverstärker und Fernsehgeräte geeignet ist.
Verstärkerschaltung mit gemeinsamem Kollektor
Das Hauptmerkmal einer gemeinsamen Kollektorschaltung ist, dass ihr Eingangsimpedanz hoch ist und der Ausgang niedrig ist. Dadurch kann ein solcher Verstärker verwendet werden, wenn er mit niedrigen Signalquellen arbeitet und eine hohe Verstärkung erhält. Die gemeinsame Kollektorschaltung hat auch einen hohen Ausgangsimpedanz, wodurch eine Last mit einem hohen Eingangsimpedanz angeschlossen werden kann, ohne den Betrieb des Verstärkers spürbar zu beeinflussen.
Arbeitsprinzip:
Wenn ein Eingangssignal über einen Leistungsverstärker oder einen anderen Vorverstärker an die Basis des Transistors angelegt wird, ändert sich der durch den Emitter-Kollektorübergang fließende Strom. Diese Änderung führt zu einer Änderung der Spannung am Emitter und damit zu einer Änderung der Ausgangsspannung des Verstärkers.
Der mit dem Emitter verbundene Laststromkreis wirkt sich durch den Emittererdungswiderstand auf die Basis des Transistors umgekehrt aus. Dies macht den Verstärker resistent gegen Laststromänderungen und ermöglicht eine hohe Verstärkung.
Funktionsweise eines Bipolartransistors
Normalerweise arbeitet der Transistor, wenn er in Verstärkungsschaltungen oder als Schlüssel verwendet wird, in drei Hauptmodi: aktiv, gesättigt und abgeschnitten.
Im aktiven Modus arbeitet der Transistor als Signalverstärker. In diesem Modus sind der Grundstrom und der Kollektorstrom vorhanden und die umgekehrte Polarität des pn-Übergangs ist zwischen Basis und Kollektor eingestellt.
Im gesättigten Modus arbeitet der Transistor als offener Schlüssel. In diesem Modus ist bei ausreichender Grundspannung und zwischen Basis und Kollektor eine gerade Polarität des pn-Übergangs eingestellt.
Im Cutoff-Modus ist der Kollektorstrom Null. In diesem Modus gibt es keinen pn-Übergang zwischen Basis und Kollektor.
Wichtige Parameter eines Bipolartransistors sind der Übergangsstromkoeffizient beta (β) und die pn-Übergangsspannung. Eine Erhöhung des Grundstroms führt zu einem Anstieg des Kollektorstroms im aktiven Modus und im gesättigten Modus. Die Verstärkung des β-Transistors hängt von seiner Konstruktion ab und kann vordefiniert werden, sein Wert kann jedoch abhängig von der Temperatur und anderen Faktoren variieren.
