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.
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.
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.
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.
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.
Gegentaktstufe mit Vorspannung durch zwei Dioden
Eine bereits richtig dimensionierte Schaltung eines kleinen Gegentaktverstärkers findet man hier.
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