Im Fokus: Der Millereffekt

Wikipedia: „Als Millereffekt wird die effektive Vergrösserung der parasitären Kapazität zwischen Ausgang und invertierendem Eingang eines Spannungsverstärkers bezeichnet. Dieser Effekt ist meist störend, kann aber auch zum Erzeugen grösserer effektiver Kapazitätswerte vorteilhaft verwendet werden. Der Effekt ist nach John Milton Miller benannt, der ihn 1919 entdeckt hat. Eine Verallgemeinerung des Millereffekt ist das Millertheorem.“

Man beachte das Titelbild. Bild A zeigt den einfachsten Verstärker mit einem NPN-Transistor (BJT). Cm0 ist die echte Kapazität zwischen Kollektor und Basis. Bei Kleinsignal-Transistoren (z.B. BC547) liegt diese parasitäre Kapazität im unteren pF-Bereich.

Cx ist hier in einer kleinen Wolke dargestellt, weil es ist ja nicht so, dass die Kapazität eines physikalisch existierenden Kondensators erhöht wird. Cx ist die grössere (virtuelle) Millerkapazität, die als Gegenkopplung auf die Basis rückwirkt. Die Ursache liegt in der Spannungsänderung am Kollektor. Cx wirkt begrenzend auf die Frequenzbandbreite bei AC-Spannungen. Bild B zeigt den Trick, wie man die kleine Verstärkerschaltung beschleunigt. Es ist der Kondensator Cb parallel zu Rb. Bild C zeigt exakt das Gegenteil wie man die Verstärkerschaltung absichtlich bremst. Mit dem zu Cm0 parallel geschalteten realen Kondensator Cm. Hier wird die Kapazität Cm virtuell erhöht.

Bild D zeigt diesbezüglich ein einfaches Experiment. Wird der Schalter auf +Ub gesetzt, sinkt, durch Cm stark gebremst, die Kollektor-Emitterspannung von T2. Der LED-Strom steigt und die LED leuchtet langsam heller. Wird der Schalter auf GND gesetzt, geschieht das Umgekehrte, die LED leuchtet langsam dunkler. Diese Zeiten sind dabei deutlich länger als die Rb*Cm-Zeitkonstante aus dem Grund des Millereffektes. T1 und T2 bilden ein Darlington.

Die Schaltung in Bild E ist eine Erweiterung von Bild D. Geeignet für eine messtechnische Aufgabe als Beispiel. Mehr dazu im Detail in diesem Elektronik-Minikurs.

Gruss Euer
ELKO-Thomas