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Gegentaktstufen


Bei der Verstärkung von Wechselspannungen gibt es das Problem, das man immer die negative und die positive Halbwelle hat. Ein einzelner Transistor muß hier mit einem hohen Ruhestrom betrieben werden, damit beide Halbwellen möglichst unverzerrt verstärkt werden können. Das hat einen schlechten Wirkungsgrad und einen hohen Strom zur Folge. Für die Verstärkung von Wechselspannungen verwendet man daher meist Gegentaktstufen.



Funktion der Gegentaktstufe

Gegentaktverstärker sind aus zwei komplementären Transistoren aufgebaut, d. h. aus einen NPN- und einen PNP-Transistor mit den gleichen Verstärkungseigenschaften. Der NPN-Transistor verstärkt die positive und der PNP-Transistor die negative Halbwelle der Wechselspannung.


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Prinzip der Gegentaktstufe


Zum Betrieb einer solchen Gegentaktstufe braucht man allerdings eine positive und eine negative Betriebsspannung. Dies erreicht man z. B. durch zwei 9 Volt Batterien, die man in Reihe schaltet. Die Brücke zwischen beiden Batterien dient als Bezugsmasse.

Um hinter die Funktion zu kommen, bauen wir die Schaltung in Gedanken etwas um. Die Koppelkondensatoren nehmen wir heraus und anstelle des Lautsprechers wird ein Lastwiderstand eingebaut. Das ist notwendig, weil wir an den Eingang der Stufe eine Gleichspannung legen. Dazu können wir die Betriebsspannung nehmen. Zuerst legen wir an den Eingang der Stufe eine positive Gleichspannung von 9 Volt. Dies entspricht der positiven Halbwelle bei einem Wechselspannungssignal am Eingang. Das Bild unten zeigt den Stromfluß in diesem Fall.


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Gegentaktstufe mit positiver Gleichspannung am Eingang


Der NPN-Transistor T1 ist geöffnet, weil an seiner Basis eine Spannung anliegt. Es fließt damit ein Strom über die Kollektor-Emitterstrecke von T1, dem Emitterwiderstand R1 und dem Lastwiderstand R Last. Der PNP-Transistor T2 ist dagegen gesperrt, weil an seiner Basis eine positive Spannung anliegt.


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Gegentaktstufe mit negativer Gleichspannung am Eingang


Jetzt verbinden wir den Eingang der Stufe mit der negativen Betriebsspannung, was bei einem Wechselspannungssignal der negativen Halbwelle entspricht. Der NPN-Transistor T1 sperrt, weil an seiner Basis keine (positive) Spannung mehr anliegt. Stattdessen öffnet der PNP-Transistor T2, weil seine Basis mit dem negativen Pol der Betriebsspannung verbunden ist, und so ein Strom aus seiner Basis herausfließen kann. Damit fließt auch ein Strom über den Lastwiderstand R Last, dem Emitterwiderstand R2 und der Kollektor-Emitterstrecke von T2. Bei einem Wechselspannungssignal am Eingang schaltet die Stufe also ständig hin und her.

Ein Nachteil hat die oben gezeigte Schaltung: Bei kleinen Eingangssignalen unter 0,7 Volt wird die Schwellenspannung der Transistoren nicht erreicht und solche Signale daher gar nicht verstärkt. Dies führt zu starken Verzerrungen. Damit auch kleine Signale verstärkt werden können, müssen die Transistoren bereits leitend sein, d. h. sie müssen mit einer kleinen Vorspannung angesteuert werden. Dies geschieht z. B. mit Hilfe von zwei Dioden. An jeder Diode fallen 0,7 Volt ab und diese Spannung wird an die Basis des jeweiligen Transistors gegeben, womit dieser leitend wird. Die Widerstände R3 und R4 dienen als Strombegrenzung für die Dioden und sollten gleiche Werte haben.


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Gegentaktstufe mit Vorspannung durch zwei Dioden


Der Spannungsunterschied zwischen den beiden Basen der Transistoren T1 und T2 beträgt etwa 1,4 Volt. Und nein, die Diode D1 ist nicht falsch herum, wie es manche ab und zu meinen. Wäre sie anders herum gepolt (mit der Kathode zum Widerstand R3 hin), wäre überhaupt kein (Gleich)stromfluß über R3, den beiden Dioden nach R4 möglich! In diesem Fall wären die Transistoren T1 und T2 nicht leitend und würden erst mit dem Anlegen einer Spannung am Eingang größer als 0,7 Volt leitend werden, womit wir wieder das Problem hätten, das kleine Signale am Eingang gar nicht verstärkt würden.

Man kommt sogar mit nur einer Betriebsspannung aus, wenn man zwischen dem Verstärkerausgang und dem Lautsprecher einen großen Kondensator (Elko) schaltet. Der Elko wird während der positiven Halbwelle aufgeladen und während der negativen Halbwelle wieder entladen. Beim Entladen wirkt er kurzzeitig als Spannungsquelle, so daß man mit einer Betriebsspannung auskommt.


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Gegentaktstufe mit nur einer Betriebsspannung
C2 ist ein Elko mit z. B. 470 µF


Allerdings ist der Eingang dieser Schaltung recht niederohmig und würde den Ausgang der Signalquelle stark belasten. Daher wird vor dem Verstärker meist noch eine Treiberstufe geschaltet. Eine bereits richtig dimensionierte Schaltung eines kleinen Gegentaktverstärkers findet man bei den Bastelprojekten. Diese enthält neben der Treiberstufe auch eine Gegenkopplung über dem gesamten Verstärker.


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© Copyright: 2005-2014 Mario Lehwald
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