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Emitterschaltung

Die Emitterschaltung ist eine Universal-Verstärkerschaltung, die im niederfrequenten Bereich (NF) zur Erzeugung sehr hoher Spannungsverstärkungen genutzt wird. Doch bei hohen Frequenzen macht sich die Frequenzabhängigkeit der Schaltung bemerkbar. Steigt die Frequenz, sinkt die Verstärkung. Aus diesem Grund wird die Emitterschaltung nur mit kleiner Spannungsverstärkung betrieben. Weil der Transistor temperaturabhängig ist und sich der Arbeitspunkt mit der Temperatur verändert, wird die Emitterschaltung mit Arbeitspunktstabilisierung durch Stromgegenkopplung betrieben.
Die Emitterschaltung wird gerne auch zur Ansteuerung von Gegentakt-Endstufen verwendet.
Emitterschaltung
Die Emitterschaltung besteht im wesentlichen aus einem Transistor, dem Kollektorwiderstand RC, der Eingangssignalquelle Ue mit dem Basis-Vorwiderstand RV oder einem Spannungsteiler (R1 und R2) und der Betriebsspannung +UB. Der Kollektoranschluss des Transistors ist der Ausgang für die Ausgangsspannung Ua. Der Emitteranschluss ist der gemeinsame Bezugspunkt von Eingangs- und Ausgangsspannung. Deshalb wird diese Schaltung Emitterschaltung genannt.

Strom- und Spannungsverteilung

Emitterschaltung
Die Wechselspannung Ue wird über den Koppelkondensator CK angelegt. Über den Spannungsteiler R1 und R2 wird der Arbeitspunkt eingestellt. Dadurch wird die Basis-Emitter-Spannung UBE je nach Transistor auf 0,3 V (Germanium) oder 0,6 V (Silizium) eingestellt.
Der Widerstand RC ist maßgeblich an der maximalen Spannungsverstärkung beteiligt. Und er begrenzt den Kollektorstrom IC für den Transistor.
Die Koppelkondensatoren CK trennen das Wechselstromsignal von der Gleichspannung. Das verstärkte Signal wird über einen weiteren Koppelkondensator CK als Wechselspannung Ua ausgegeben. Dabei muss man beachten, dass Eingangs- und Ausgangsspannung zueinander in der Phase um 180° verdreht sind.
Wichtig, Eingangs- und Ausgangsspannung sind nicht phasenverschoben, wie es in anderer Literatur zur Emitterschaltung geschrieben steht. Bei dieser Phasenverdrehung von 180° handelt es sich um eine Inversion oder Invertierung. Eine Phasenverschiebung tritt nur bei höheren Frequenzen auf, wenn der Miller-Effekt zum Wirken kommt (frequenzabhängige Phasenverschiebung).

Funktion der Koppelkondensatoren CK

Wird Wechselspannung verstärkt, so muss die Schaltung über die Koppelkondensatoren CK mit der Signalquelle und der Last verbunden werden. Über die Koppelkondensatoren fließt kein Gleichstrom. Damit hat die Signalquelle bzw. Last keinen Einfluss auf den Arbeitspunkt. Die Spannungen des Arbeitspunktes lassen sich so unabhängig von den Gleichspannungen der Signalquelle und Last wählen.
Der Koppelkondensator CK am Ausgang bildet mit dem nachfolgendem Lastwiderstand einen Hochpass. Der Koppelkondensator CK am Eingang bildet mit dem Eingangswiderstand der Verstärkerschaltung, der sich zur Hauptsache aus dem Parallelwiderstandswert aus R1 und R2 ergibt, einen Hochpass.
Die Koppelkondensatoren müssen so dimensioniert werden, dass die kleinste Frequenz des zu übertragenden Signals noch durch den Hochpass hindurch kommt. Gleichspannungen (0 Hz) gelangen nicht hindurch.

Formel zur Berechnung der Gleichstromverstärkung B

Formel für Gleichstromverstärkung
Die Emitterschaltung verstärkt den Gleichstromanteil der Eingangsspannung Ue. Die Gleichstromverstärkung beträgt 10...50.

Wechselstromverstärkung ß

Häufig sind die Gleichstromverstärkung und die Wechselstromverstärkung ähnlich. Daher wird in den Transistor-Datenblättern nur die Gleichstromverstärkung angegeben.

Arbeitspunkteinstellung bei der Emitterschaltung

Damit die Emitterschaltung richtig funktioniert, müssen Spannungs- und Stromwerte richtig eingestellt sein. Dabei müssen die Kollektor- und Basisstromwerte des Transistors beachtet werden. Generell unterscheidet man zwischen zwei Möglichkeiten der Arbeitspunkteinstellung.

Arbeitspunktstabilisierung bei der Emitterschaltung

Alle Transistorwerte sind temperaturabhängig. Das bedeutet, auch der Arbeitspunkt des Transistors ist temperaturabhängig. Je nach Anwendung des Transistors und Ort des Betriebs, kann die Temperatur auf die Emitterschaltung einwirken und den Arbeitspunkt verschieben. Das Verschieben des Arbeitspunktes führt am Ausgang der Emitterschaltung zu nichtlinearen Verzerrungen.
In der Regel nimmt bei steigender Temperatur der Kollektorstrom IC zu. Um dem entgegen zu wirken verkleinert man die Basis-Emitter-Spannung UBE und verhindert so den Anstieg des Kollektorstroms IC. Die Schwierigkeit ist, die Basis-Emitter-Spannung UBE so zu verkleinern bzw. zu vergrößern, dass eine Arbeitspunktstabilisierung eintritt.
Bei der Arbeitspunktstabilisierung unterschiedet man zwischen Temperaturkompensation und Gegenkopplung.

Anwendungen der Emitterschaltung

Übersicht: Die Emitterschaltung im Vergleich

Schaltung Emitterschaltung Basisschaltung Kollektorschaltung
Eingangswiderstand re 100 Ω ... 10 kΩ 10 Ω ... 100 Ω 10 kΩ ... 100 kΩ
Ausgangswiderstand ra 1 kΩ ... 10 kΩ 10 kΩ ... 100 kΩ 10 Ω ... 100 Ω
Spannungsverstärkung Vu 20 ... 100 fach 100 ... 1000 fach <=1
Gleichstromverstärkung B 10 ... 50 fach <=1 10 ... 4000 fach
Phasendrehung 180°
Temperaturabhängigkeit groß klein klein
Leistungsverstärkung Vp sehr groß mittel klein
Grenzfrequenz fg niedrig hoch niedrig
Anwendungen NF- und HF-Verstärker
Leistungsverstärker
Schalter
HF-Verstärker Anpassungsstufen
Impedanzwandler

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