Forum: Analoge Elektronik und Schaltungstechnik Emitter gekoppelter Verstärker


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von Ralph S. (jjflash)


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Irgendwie stehe ich auf dem Schlauch und ich sehe wohl den Wald nicht 
weil es zu viele Bäume gibt (okay, die Lästerforumisten dürfen jetzt 
wieder über mich herziehen, wenn es eine gute Anwort gibt war es das 
dann wert).

Wie berechnet sich aus einem Emitter gekoppelten Verstärker, siehe 
Schaltplan, die Spannungsverstärkung?

Den Arbeitspunkt kann ich natürlich berechnen. Gegebene Schaltung 
erzeugt mir in der Simulation sowie bei einem Versuchsaufbau einen 
Verstärkungsfaktor von ca. 35. Fast unabhängig vom 
Gleichstromverstärkungsfaktor.

In der Simulation kann ich hier Werte von 100 bis 300 eingeben und es 
ändert sich fast nichts, im Versuchsaufbau kann ich unterschiedliche 
Transistoren einsetzen... natürlich das gleiche.

von Axel S. (a-za-z0-9)


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Ralph S. schrieb:
> Wie berechnet sich aus einem Emitter gekoppelten Verstärker, siehe
> Schaltplan, die Spannungsverstärkung?

Wie bei der gegengekoppelten Emitterschaltung auch: Kollektorwiderstand 
geteilt durch Emitterwiderstand. Bei dir also 10K ÷ 1K = 10.

von John B. (craftsman)


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Das ist ein Emitterfolger, gefolgt von einer Stufe in Basis Schaltung. 
entsprechend ist die Verstärkung zu berechnen.

von Jochen F. (jamesy)


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Das stimmt nicht! Die die Verstärkung bestimmenden Widerstände müßten in 
den 2 Emitterzweigen VOR dem Widerstand nach Minus sitzen. So wie 
gezeichnet erntet man eine sehr hohe Verstärkung, die in der Praxis 
allerlei Schwankungen unterworfen ist (Temperatur etc.)

von Axel S. (a-za-z0-9)


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John B. schrieb:
> Das ist ein Emitterfolger, gefolgt von einer Stufe in Basis
> Schaltung. entsprechend ist die Verstärkung zu berechnen.

Jep. Wollte ich gerade noch ergänzen.

Die Spannungsverstärkung macht alleine der rechte Transistor.

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Das ist eine Differenzverstärkerstufe.

Wenn im Gleichgewichtspunkt sich die die Ströme aufteile, d.h. von jedem 
Transistor die Hälfte käme, dann wurde bei 0,5V am Widestand von jeder 
Seite 0,25mA kommen. Wenn jetzt eine Seite ein Signal von 1mV bekäme, 
wird T1 etwas mehr geöffnet. Der Stromfluss könnte sich dann auf 0,3mA 
erhöhen. Der andere Transistor liefert dann nur noch 0,2mA. Die 0,05mA 
an 10k bewirken ein Änderung des Spannungsabfalls von 0,5V. In dem Falle 
wäre die Verstärkung 500mV zu 1mV.

von Mark S. (voltwide)


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Dies ist ein Differenzverstärker, der rechte Transistor verstärkt im 
Leerlauf.
Die Verstärkung ist proportional dem Spannungsgefälle über dem 
Kollektorwiderstand, dividiert durch eine konstante um die 30mV, wenn 
ich das recht erinnere, hat irgendwas mit kT zu tun und findet sich im 
Tietze Schenk. Lang, lang ists her...
Man kann auch die Vorwärtssteilheit des ersten Transistors (mA/V) in 
Abhängigkeit von dessen Kollektorstrom zugrunde legen , diese 
Stromänderung erzeugt am Kollektorwiderstand des rechten Transistors 
eine entsprechende Spannungsänderung.

: Bearbeitet durch User
von Ralph S. (jjflash)


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Axel S. schrieb:
> Wie bei der gegengekoppelten Emitterschaltung auch: Kollektorwiderstand
> geteilt durch Emitterwiderstand. Bei dir also 10K ÷ 1K = 10.

Genau das ist nicht der Fall, weder in der Simulation, noch in Hardware!

John B. schrieb:
> Das ist ein Emitterfolger, gefolgt von einer Stufe in Basis Schaltung.
> entsprechend ist die Verstärkung zu berechnen.

Aha! Deswegen heißt das ja auch Emitter gekoppelter Verstärker. Ein 
Emitterfolger hat die Verstärkung <= 1, die Verstärkung einer 
Basisschaltung mit Rc und Re hat einen anderen Verstärkungsfaktor als 
die emittergekoppelte.

Dieter D. schrieb:
> as ist eine Differenzverstärkerstufe.

Mark S. schrieb:
> Dies ist ein Differenzverstärker, der rechte Transistor verstärkt im
> Leerlauf.

... und nein, ein Differenzverstärker ist es nicht!

Ein Differenzverstärker sind 2 Emitterstufen bei dem beide Emitter 
verbunden sind (wie hier auch der emittergekoppelte Verstärker) und 
entweder einen gemeinsamen Re haben, oder die am Re mit einer 
Konstantstromquelle gespeißt wird. Aber im Gegensatz zu hier ist der 
linke Zweig des Verstärkers eben auch ein Emitterverstärker und das 
Signal wird zwischen beiden Kollektoren abgegriffen.

Jochen F. schrieb:
> So wie
> gezeichnet erntet man eine sehr hohe Verstärkung, die in der Praxis
> allerlei Schwankungen unterworfen ist (Temperatur etc.)

Wurde beobachtet, hält sich zumindest bei der Temperatur in Grenzen. 
Obige Schaltung erhöht den Verstärkungsfaktor von ca. 35 auf 42 bei 
Erwärmung mit dem Fön. Temperatur habe ich jedoch nicht gemessen.

Grundsätzlich ging es mir darum, wie sich die Verstärkung hier 
berechnet.

Jochen F. schrieb:
> So wie
> gezeichnet erntet man eine sehr hohe Verstärkung, die in der Praxis
> allerlei Schwankungen unterworfen ist (Temperatur etc.)

Mit steigender Temperatur wird der Verstärkungsfaktor der Transistoren 
größer. In der Simulation kann man die Verstärkungsfaktoren B der 
Transistoren einstellen. Hier kann man dann auch sehen dass zumindest 
das nicht den sooo großen Einfluß hat.

https://www.falstad.com/circuit/circuitjs.html?ctz=CQAgjCAMB0l3BWcAWaAmAzAgbBjB2BSfZBNBADhCOusmoFMBaMMAKABcRkBObEPPwTJkAjP3oQmGaHxL58PRRjRpsFUTAQIMYcmEgUKO3eDggAJgwBmAQwCuAGw6cQ2ZPUFvDYieBAs0GD4FDxYlMjG4mB8UNA4aPhgHupJkNiKSAb0VnZOLgDu1CICZNQ8aKWVkGwATsWiWJXCosgqUGZwdd5UaEY9IGg+kvA1RS0CQw2Dw2zjJUNU2D6LUHNuHr5u+JVeNfW8-F6H3O2SFF0A5tyxbZUnIlT0+zf8fVQnq-TqXUWfPhMvmwAManXbiV5bZ6weBSMCwEQ8GIeMDidTGaow9j1DKVd7bPHDNwXF64rZk5BgPxgElsa4UqkE7iRDpjAarMlAv6xVZ3GZPNgAJTB-O45i+HU2SGecQQ60+-ROe3Wy16-VVAkgmhVPgwWoGKmeOqoetEhF2+rZnPVOyhKttXnwEOVoKdRwhbu4jPoqHwo39-oQzHw4ARaFYkB4Fx0yHUlDicHY109lP4KZZRtdZVNIAojJzkhhAeLYGDg3iqOEhhpfoUKQTkGxufz+rz-A8Muy8Dpzfb5jbzKea2uEz5o4zawADuVdmUEBUvfwIJJ1vPZ5UNU1hzPFzvHqyhSLjuY9v5kghoKImDBIORWbK2AB7ASidwdAAeGMZBgb2DvkgTaoQAASQAO0newXGfPoNg-L8hAbOAlGwBJpUGOIMA6GDMJveBeB4AjCKIoi-AAeUgiCXAwE1RAAMQgTCpg7AIIFo2oGAAR3sBhQIALzYaiXxAeiOmvWBpXEliQAAWVsd8AB0AGcADVH2cWxLgYNggA

von Hippelhaxe (hippelhaxe)


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Jochen F. schrieb:

> So wie gezeichnet erntet man eine sehr hohe Verstärkung,

Na ja.
Grundsätzlich richtig, aber bei nur 0.25mA Kollektorstrom
ist die Steilheit der Transistoren nicht so dolle.

Mit S = Ic/U_T kommt man auf überschlägig 0.01 Siemens;
zusammen mit den 10k||100k Kollektorwiderstand gibt für
eine Stufe eine Spannungsverstärkung von ca. 90.

Wegen R_aus_1 = R_in_2 halbiert sich das nochmal auf 45...


> die in der Praxis allerlei Schwankungen unterworfen
> ist (Temperatur etc.)

Logisch.
Die Temperaturspannung heisst ja nicht aus Spaß so...

von Hippelhaxe (hippelhaxe)


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Ralph S. schrieb:

> [...] Fast unabhängig vom Gleichstromverstärkungsfaktor.

Logisch.


> In der Simulation kann ich hier Werte von 100 bis 300
> eingeben und es ändert sich fast nichts, im Versuchsaufbau
> kann ich unterschiedliche Transistoren einsetzen...
> natürlich das gleiche.

Die Stromverstärkung bestimmt den Eingangswiderstand.
Die Steilheit bestimmt die Spannungsverstärkung.

Details kann man im Tietze/Schenk nachlesen...

von Ralph S. (jjflash)


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Hippelhaxe schrieb:
> Die Stromverstärkung bestimmt den Eingangswiderstand.
> Die Steilheit bestimmt die Spannungsverstärkung.

Danke, das war der Ansatz. Tietze/Schenk verstaubt (leider) irgendwo im 
Keller und schau ich mir noch einmal an!

von Peter D. (peda)


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Solche Schaltungen denken sich nur Theoretiker aus. Es fehlt völlig eine 
Gegenkopplung zur Arbeitspunktstabilisierung.
Setze mal in der Simulation für die Basisspannungsteiler Widerstände mit 
5% Toleranz ein oder ändere die Temperatur, VCC.

Super dämlich, daß Du die Bauteile nicht nummeriert hast. Daher kann man 
die Schaltung nicht genauer kommentieren.

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Ralph S. schrieb:
> ... und nein, ein Differenzverstärker ist es nicht!

Es ist eine Differentalstufe, wie beim bipolaren OP im Eingang.

Bei Deiner Simulation ergibt sich bei 20mV eine Schwankung von 1,5 bis 
3,2V am Kollektorwiderstand. Also 1,7:0,04=42,5

Wuerde die Betriebsspannung 50V betragen und der Widerstand im Kollektor 
haette 100k dann waere der Hub bei rund 17V, also rund 400fache 
Verstaerkung.

von Dergute W. (derguteweka)


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Moin,

Dieter D. schrieb:
> Wuerde die Betriebsspannung 50V betragen und der Widerstand im Kollektor
> haette 100k dann waere der Hub bei rund 17V, also rund 400fache
> Verstaerkung.

Und waeren Katzen Pferde, koennte man auf Baeume reiten.

scnr,
WK

von Lutz V. (lvw)


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John B. schrieb:
> Das ist ein Emitterfolger, gefolgt von einer Stufe in Basis Schaltung.
> entsprechend ist die Verstärkung zu berechnen.

Das ist genau der richtige Ansatz zur Berechnung:
* Stufe 1 (Koll.Schaltung): Vu1=g1*re/(1+g1*re)
wobei re=1/g2 der Eing.-Widerstand der Basisschaltung ist (re<<1k)
Mit g1=g2=g ist damit Vu1=1/2.

* Stufe 2: Die Verstärkung der Basisstufe ist Vu2=g*Rc.

* Gesamtverstärkung: Vu=Vu1*Vu2=(1/2)g*Rc.

Kommentar 1: Der Gleichtakteinfluss wurde dabei vernachlässigt und 
außerdem gilt die Vereinfachung 1/g<<Re=1kOhm.

Kommentar 2: Der letzte Satz des Fragestellers verdient noch einen 
Kommentar (Zitat: "Fast unabhängig vom 
Gleichstromverstärkungsfaktor.....In der Simulation kann ich hier Werte 
von 100 bis 300 eingeben und es ändert sich fast nichts. im 
Versuchsaufbau kann ich unterschiedliche
Transistoren einsetzen... natürlich das gleiche.").

Diese Beobachtung ist ein schöner Nachweis für die (oft geleugnete) 
Tatsache, dass der Transistor ein spannungsgesteuertes Element ist 
(Shockley-Gleichung) und die "Stromverstärkung B" (leider irreführende 
Bezeichnung) keinen Einfluss auf die Spanungsverstärkung hat. 
Ausschlaggebend ist allein die Steigung der Spannungssteuerkennlinie 
Ic=f(Vbe) - das ist die Steilheit g.
 Die Größe B bestimmt nur den - leider unvermeidlichen - Basisstrom und 
damit den Eingangswiderstand an der Basis.

: Bearbeitet durch User
von John B. (craftsman)


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Lutz V. schrieb:
> John B. schrieb:
>> Das ist ein Emitterfolger, gefolgt von einer Stufe in Basis Schaltung.
>> entsprechend ist die Verstärkung zu berechnen.
>
> Das ist genau der richtige Ansatz zur Berechnung:

Danke für die gut fundierte und recht verständliche Ausführung.

Zur Illustration hänge ich eine sim Berechnung an.

von John B. (craftsman)


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Ralph S. schrieb:
> John B. schrieb:
>> Das ist ein Emitterfolger, gefolgt von einer Stufe in Basis Schaltung.
>> entsprechend ist die Verstärkung zu berechnen.
>
> Aha! Deswegen heißt das ja auch Emitter gekoppelter Verstärker. Ein
> Emitterfolger hat die Verstärkung <= 1, ...

Vielleicht ist das Folgene inzwischen eh schon klar geworden:

Wenn du den rechten Transistor weg nimmst, hat der linke eine Vst. von 
fast 1. Nachdem aber der rechte Transistor vorhanden ist und auf den 
selben Re arbeitet, wobei seine Basis bezüglich AC geerdet ist, ergibt 
sich am Re ein Mittelwert und die wirksame Verstärkung des 
Eingangstransistors ist fast 1/2.

von John B. (craftsman)


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Peter D. schrieb:
> Es fehlt völlig eine
> Gegenkopplung zur Arbeitspunktstabilisierung.

Schau bitte nochmals nach, die "Gegenkopplung zur 
Arbeitspunktstabilisierung" ist deutlich zu sehen.

von Hans (ths23)


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Dieter D. schrieb:
> Es ist eine Differentalstufe, wie beim bipolaren OP im Eingang.

Es ist ist eben kein Differenzverstärker. Differenzverstärker sind, wie 
schon erwähnt, zwei Emitterstufen, die auf einen gemeinsamen 
Emittewiderstand arbeiten (s.hier 
https://www.elektronik-kompendium.de/sites/slt/0209091.htm). Im realen 
OPV (IC) wird der Emitterwiderstand i.d.R. von einer Stromquelle und die 
Kollektorwiderstände durch Stromspiegel ersetzt.

von Enrico E. (pussy_brauser)


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Sobald Emitterwiderstände im Spiel sind, ist auch automatisch eine 
Gegenkopplung vorhanden.

von Lutz V. (lvw)


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John B. schrieb:

> Wenn du den rechten Transistor weg nimmst, hat der linke eine Vst. von
> fast 1. Nachdem aber der rechte Transistor vorhanden ist und auf den
> selben Re arbeitet, wobei seine Basis bezüglich AC geerdet ist, ergibt
> sich am Re ein Mittelwert und die wirksame Verstärkung des
> Eingangstransistors ist fast 1/2.

Na ja ....wieso denn "Mittelwert"?
Die erste Stufe hat deshalb die Verstärkung von Vu1=1/2 weil sie auf 
einen Widerstand re=1/g2 arbeitet, dessen Kehrwert genauso groß ist wie 
die eigen Steilheit g1 (also: g1=g2=g).

von Peter D. (peda)


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John B. schrieb:
> Schau bitte nochmals nach, die "Gegenkopplung zur
> Arbeitspunktstabilisierung" ist deutlich zu sehen.

Du vertraust darauf, daß beide Basen die exakt gleiche Spannung sehen 
und die Transistoren auch die gleiche Temperatur haben, damit sich der 
Strom durch den 1k einigermaßen gleichmäßig aufteilt.
Addiere mal auf den einen 1,8k noch eine Toleranz von 5% und simuliere 
dann neu.
Im worst case könnten die Toleranzen der 1,8k gegensätzlich sein, sowie 
bei den 6,8k. Dann bekommt die eine Basis 0,97V, die andere 1,13V.

Man könnte aber die Stabilität deutlich erhöhen, indem man 2 
Emitterwiderstände nimmt und einen Koppelkondensator dazwischen.

: Bearbeitet durch User
von John B. (craftsman)


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Peter D. schrieb:
> Du vertraust darauf, daß beide Basen die exakt gleiche Spannung sehen
> und die Transistoren auch die gleiche Temperatur haben, damit sich der
> Strom durch den 1k einigermaßen gleichmäßig aufteilt.

Nö, das habe ich weder geschrieben, noch impliziert. Diese fantastische 
Vermutung stammt von dir, und dort lasse ich sie auch.

von Dieter D. (Firma: Hobbytheoretiker) (dieter_1234)


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Hans schrieb:
> Es ist ist eben kein Differenzverstärker. Differenzverstärker sind, wie
> schon erwähnt, zwei Emitterstufen, die auf einen gemeinsamen
> Emittewiderstand arbeiten

Das tut die Schaltung auch. Die verlinkte hat symmetrische Ausgänge, 
diese hier verzichtet auf den anderen Ausgang, also asymmetrisch.

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