Arbeitspunkt

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Bei einem aktiven Bauelement, also vorzugsweise einem Transistor oder einer Röhre, kann man den möglichen Arbeitsbereich in mehrere Abschnitte einteilen:

• Bei sehr geringer Basis-, Gate- oder Gitterspannung fließt in dem Bauelement im Ausgangskreis mehr oder weniger kein Strom. In diesem Zustand kann das Bauelement, logisch, nicht verstärken.
• Bei sehr hoher Basis-, Gate- oder Gitterspannung fließt im Ausgangskreis der maximal mögliche Strom - häufig nur durch die äußere Beschaltung begrenzt. Auch in diesem Zustand kann man keine Verstärkung erwarten.
• Irgendwo dazwischen liegt der Teil der Kennlinie, wo eine kleine Änderung am Eingang des aktiven Bauelements eine größere Änderung am Ausgang verursacht. Dieser Bereich wird für analoge Verstärkungseffekte benutzt. Dieser Bereich wird als linearer Bereich bezeichnet, auch wenn der Zusammenhang zwischen Eingangs- und Ausgangsgröße auch quadratisch sein kann (Feldeffekt-Transistor).

Je nach dem, wo man den Arbeitspunkt, d.h. den Ruhezustand der Verstärkerstufe, hin legt, spricht man von unterschiedlichen Betriebsarten:

• Beim A-Betrieb legt man den Ruhezustand irgendwo in die Mitte des linearen Bereiches. So erhält man eine möglichst große Verstärkung bei recht geringen Verzerrungen.
• Beim AB-Betrieb legt man den Ruhezustand in den unteren Bereich des linearen Bereichs. Kleine Signale können so noch linear verstärkt werden, aber bei größeren Signalen wird eine Halbwelle beschnitten. Diese Betriebsart benutzt man häufig bei Leistungsverstärkern im Niederfrequenzbereich (Lautsprecher), wobei man zwei Transistoren oder Röhren im Gegentakt ansteuert. Wenn also die eine Seite begrenzt, liefert die andere das Ausgangssignal.
• Beim B-Betrieb wählt man den Arbeitspunkt so, dass im Ruhezustand nur noch ein ganz kleiner Strom fließt. Sonst gilt das Gleiche wie beim AB-Betrieb.
• Beim C-Betrieb fließt im Ruhezustand kein Strom mehr. Das Eingangssignal wird aber wesentlich größer gewählt, als das bei den obigen Betriebsarten üblich ist. Der Transistor oder die Röhre wird also so schnell wie möglich vom gesperrten bis in den voll leitenden Zustand und wieder zurück gebracht. Man kann sagen, der Transistor oder die Röhre wird nur noch ein- und ausgeschaltet.
• Es gibt auch noch die Bezeichnungen D-Betrieb und E-Betrieb. Die beziehen sich aber auf spezielle Betriebsarten, die von externen Bauelementen unterstützt werden müssen.

Der A-Betrieb wird durchgängig in Kleinsignal-Verstärkern benutzt. Die anderen Betriebspunkte haben bei Leistungsverstärkern den Vorteil des besseren Wirkungsgrades. Beispiel: Ein 4-Ω-Lautsprecher soll mit einem Strom von bis zu 1 A Wechselstrom versorgt werden. Das sind 4 W Spitzenleistung oder etwa 2 W Dauerleistung - also das, was unsere Funkgeräte meist so liefern. Der Endverstärker muss also mal 1 A liefern und mal 1 A aufnehmen.

• Im A-Betrieb muss die Endstufe einen Ruhestrom von mehr als 1 A haben, um 1 A an den Lautsprecher liefern zu können. Der Transistor muss in der Spitze mehr als 2 A aufnehmen können - in der anderen Halbwelle des Wechselstroms. Die Endstufe muss dabei mit mindestens 12 V betrieben werden. Aus dem Ruhestrom von mehr als 1 A ergibt sich eine Verlustleistung der Endstufe von mehr als 12 W.

• Im AB- oder B-Betrieb arbeiten typisch zwei Transistoren im Gegentakt, d.h. wenn der eine zugesteuert wird, wird der andere aufgesteuert. Im AB-Betrieb wird die Enstufe mit z.B. 200 mA Ruhestrom betrieben, hat also bei 12 V noch eine Verlustleistung von 2,4 W. Beim B-Betrieb wird der Ruhestrom weiter zurückgenommen, so dass die Endstufe auf weniger als 1 W Verlustleistung im Ruhezustand kommt.

Die oben beschrieben Betriebsarten werden viel in Niederfrequenzverstärkern benutzt. A- und AB-Betrieb kommen in Röhrentechnik meist ohne weitere Linearisierungsmaßnahmen (Gegenkopplung) aus, was manche für ein spezielles Qualitätsmerkmal halten. Deshalb gibt es in hochwertigen Stereoanlagen gelegentlich heute noch Röhrenverstärker.

• Der C-Betrieb wird sehr viel in FM-Sendern (Kanalmühlen) benutzt. Hier kommt es vor allem darauf an, den Wirkungsgrad des Senders möglichst hoch zu machen. Wegen der Übersteuerung des Endtransistors entstehen zwar Verzerrungen in Form von Oberwellen. Die lassen sich aber mit einem Oberwellenfilter entfernen. Die Modulation steckt dagegen in den Frequenzänderungen des Trägers - deshalb Frequenzmodulation.