Transistorverstärker - Kopplung

Direkt gekoppelte Verstärker

Verstärker bestehen oft aus mehreren Stufen. Würde man jetzt die Basis der zweiten Stufe einfach mit dem Kollektor der ersten verbinden, hätte das dramatische Folgen für die Arbeitspunkte. Die Folgestufe würde das Kollektorpotential der Vorstufe auf die niedrige Flussspannung der Basis-Emitter-Diode herunterziehen. Der Verstärker ließe sich kaum noch aussteuern. Eine Möglichkeit der direkten Kopplung zweier Stufen wäre die Potentiale über einen Spannungsteiler anzupassen.

direkt gekoppelte Verstärkerstufen

Dadurch wird aber auch das Nutzsignal herabgesetzt und ein Teil der Verstärkung wieder zunichte gemacht. Eine andere Möglichkeit ist, die Stufen mit komplementären Transistoren aufzubauen. Auch hier leidet aber die Aussteuerbarkeit etwas. Trotz der Probleme hat die direkte Kopplung entscheidende Vorteile.

direkt gekoppelte Komplementärstufen

Sie ist im Grunde genommen eine Voraussetzung für die Herstellung integrierter Verstärkerschaltkreise. Außerdem haben direkt gekoppelte Verstärker praktisch keine untere Grenzfrequenz und sind auch als Gleichspannungsverstärker geeignet. Bei diskret aufgebauten Wechselspannungsverstärkern geht man aber meist andere Wege, die eine getrennte Arbeitspunkteinstellung für jede Stufe ermöglichen.

Induktive Kopplung

Eine Möglichkeit die Transistorstufen gleichspannungsmäßig zu entkoppeln ist die Verwendung eines Übertragers. Über das Windungsverhältniss der beiden Spulen ist eine Impedanzanpassung zwischen den Stufen möglich. Außerdem ist es, abgesehen von der Verwendung eines Optokopplers, die einzige Möglichkeit die beiden Stufen komplett voneinander galvanisch zu entkoppeln, wenn zwei getrennte Spannungsquellen benutzt werden.

Induktiv gekoppelte Verstärkerstufenstufen

Diese Art der Kopplung ist vor allem noch im Hochfrequenzbereich zu finden. Übertrager für niedrige Frequenzen sind groß, schwer und teuer und können den Frequenzgang negativ beeinflussen.



Kapazitive Kopplung

Im NF-Bereich am weitesten verbreitet ist die kapazitive Kopplung. Ein Kondensator ist für Gleichströme ein unüberwindbares Hindernis. Er lässt aber Wechselströme durch. Allerdings ändert sich sein Wechselstromwiderstand mit der Frequenz. Niedrige Frequenzen werden benachteiligt. Die Größe des Koppelkondensators muss so gewählt werden, dass sein Widerstand für niedrige Frequenzen ausreichend klein ist.

Kapazitiv gekoppelte Verstärkerstufenstufen

Der Kondensator bildet zusammen mit dem Eingangswiderstand der Folgestufe einen Hochpass. Eine Faustregel zur Berechnung des Koppelkondensators ist, dass sein Wechselstromwiderstand bei der niedrigsten zu übertragenen Frequenz maximal ein Fünftel des Widerstandes des Verstärkereingangs sein soll. $$X_{CK} = \frac{1}{5} \cdot R_{Ein}$$ $$C_K = \frac{1}{2 \pi \cdot f_G \cdot X_{CK}}$$ Auch der Emitterkondensator CE überbrückt die Gegenkopplung durch den Emitterwiderstand für verschiedene Frequenzen unterschiedlich gut. Hier setzt man sogar nur ein Zehntel des zu überbrückenden Widerstands für den Wechselstromwiderstand an. $$C_E = \frac{1}{2 \pi \cdot f_G \cdot \frac{1}{10} \cdot R_E}$$



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