Verstärkungsrechner

Berechnung der Kleinsignalverstärkung für Emitter-, Basis- und Kollektorschaltung (CE/CB/CC) mit Hybrid-π-Modell.

Funktionsprinzip

Das Hybrid-π-Modell beschreibt das Kleinsignalverhalten eines BJT. Die drei Grundschaltungen unterscheiden sich in Verstärkung, Impedanz und Phasenverhalten:

Emitterschaltung (CE) Av = −gm × (Rc ∥ RL), Zin = rπ, Zout ≈ Rc
Basisschaltung (CB) Av = +gm × (Rc ∥ RL), Zin ≈ 1/gm, Zout ≈ Rc
Kollektorschaltung (CC) Av ≈ 1, Zin = rπ + (β+1)×(Re ∥ RL), Zout ≈ 1/gm + Rs/(β+1)

Mit gm = Ic/Vt und rπ = β/gm. Die Thermospannung folgt aus Vt = kT/q und ist damit direkt temperaturabhängig.

Vergleich der drei Konfigurationen

CE Emitterschaltung Q Av: hoch Ai: hoch Zin: mittel Phase: 180° haeufige Grundtopologie CB Basisschaltung Q Av: hoch Ai: ≈ 1 Zin: sehr niedrig Phase: 0° HF / Kaskode CC Kollektorschaltung Q Av: ≈ 1 Ai: hoch Zin: sehr hoch Phase: 0° Impedanzwandler Abb. 1: Vergleich der drei BJT-Grundschaltungen — Verstärkung, Impedanz und Phaseninversion

Normen & Standards

Verifizierte Referenzen (abgerufen am 3. April 2026): Links führen zu offiziellen Standard-Publishern oder Normportalen.

Norm Bezeichnung Anwendungsbereich
DIN EN 60747-7 Halbleiterbauelemente — BJT Prüfverfahren für Verstärkungskenngrößen: hFE, hfe (Kleinsignal), Grenzfrequenz fT, Eingangs-/Ausgangsimpedanzen.
IEC 60747-7 Semiconductor — Bipolar transistors Internationale Messnorm für BJT-Parameter: Gleichstrom- und Kleinsignalverstärkung, thermische Grenzdaten.
JEDEC JEP95 Registered and standard outlines for semiconductor packages Standardisierte Gehäuse- und Package-Bezeichnungen für Datenblattvergleich, thermische Bewertung und mechanische Integration.

Fachbegriffe (Glossar)

Emitterschaltung (CE)
BJT-Konfiguration mit Emitter als gemeinsamer Referenz. Je nach Last und Arbeitspunkt oft hohe Av und Ai bei 180° Phasenumkehr.
Basisschaltung (CB)
BJT-Konfiguration mit Basis als gemeinsamer Referenz. Keine Phasenumkehr, oft niedrige Zin und hohe Bandbreite.
Kollektorschaltung (CC)
Emitterfolger: Av haeufig nahe 1, oft hohe Zin und niedrige Zout. Wird haeufig als Impedanzwandler verwendet.
Transkonduktanz (gm)
gm = Ic/Vt: Verhältnis von Ausgangsstroms zu Eingangsspannung. Schlüsselparameter für alle Verstärkerkonfigurationen.
rπ (Basis-Eingangswiderstand)
Kleinsignal-Widerstand der B-E-Strecke: rπ = β/gm = β×Vt/Ic.
Hybrid-π-Modell
Kleinsignal-Ersatzschaltbild des BJT: stromgesteuerte Stromquelle (gm×vbe) mit rπ und ro. Standardmodell für manuelle Analyse.
Miller-Effekt
Scheinbare Vergrößerung der B-C-Kapazität in CE: Cin = Cbc×(1+|Av|). Begrenzt die Bandbreite.

Häufig gestellte Fragen

Was ist die Emitterschaltung (CE)?

Eine haeufig verwendete BJT-Grundkonfiguration: Eingang an der Basis, Ausgang am Kollektor, Emitter als gemeinsamer Bezugspunkt. Sie ermoeglicht oft hohe Spannungs- und Stromverstaerkung, aber mit Phasenumkehr (180°).

Was ist die Basisschaltung (CB)?

Eingang am Emitter, Ausgang am Kollektor, Basis als gemeinsamer Bezugspunkt. Typische Eigenschaften sind keine Phasenumkehr, oft hohe Bandbreite (geringer Miller-Effekt) und niedrige Eingangsimpedanz. Sie wird haeufig fuer HF-Stufen und Kaskoden betrachtet.

Was ist der Emitterfolger (CC)?

Eingang an der Basis, Ausgang am Emitter, Kollektor als gemeinsamer Bezugspunkt. Av liegt haeufig nahe 1 (keine nennenswerte Spannungsverstaerkung), waehrend Eingangs- und Ausgangsimpedanz ihn oft als Impedanzwandler nutzbar machen.

Was ist gm (Transkonduktanz)?

gm = Ic/Vt beschreibt, wie stark der Ausgangsstrom auf kleine Eingangsspannungsänderungen reagiert. Mit steigendem Arbeitspunktstrom steigt gm typischerweise ebenfalls, wodurch sich die mögliche Spannungsverstärkung im Kleinsignalmodell erhöht.

Was ist rπ?

rπ = β/gm ist der Kleinsignal-Eingangswiderstand der Basis-Emitter-Strecke im Hybrid-π-Modell. Er hängt direkt von β, Temperatur und Arbeitspunktstrom ab und sollte für den konkreten Betriebspunkt berechnet werden.

Warum kehrt CE die Phase um?

Steigt Vbe → steigt Ic → steigt der Spannungsabfall über Rc → sinkt Vc. Die Ausgangsspannung bewegt sich entgegengesetzt zur Eingangsspannung. CB und CC invertieren nicht.

Wie beeinflusst Re die CE-Verstärkung?

Ohne Re-Bypass: Av = -Rc/(re + Re), deutlich reduziert. Mit Bypass-Kondensator ergibt sich im einfachen Kleinsignalmodell naeherungsweise Av = -gm×Rc. Der Kompromiss: Re stabilisiert den Arbeitspunkt, reduziert aber Av. Eine gaengige Loesung ist, Re nur fuer DC wirksam werden zu lassen.

Was ist der Miller-Effekt?

In CE: Die Kollektor-Basis-Kapazität Cbc wird durch den Spannungsgewinn multipliziert: Cin_eff = Cbc × (1 + |Av|). Dies begrenzt die Bandbreite. CB hat keinen Miller-Effekt → höhere Grenzfrequenz.

Wann verwende ich welche Konfiguration?

CE: haeufige Grundtopologie fuer Spannungsverstaerkung, z.B. in Vorverstaerker- oder NF-Stufen. CB: oft in HF-Eingangsstufen oder Kaskoden. CC: haeufig als Impedanzwandler, Treiberstufe oder Puffer zwischen Stufen. Ueblich sind auch Kaskaden wie CE → CC oder CE → CB.

Wie berechne ich die Leistungsverstärkung?

Ap = Av × Ai (Spannungsverstärkung × Stromverstärkung). In dB: Ap_dB = 10×log10(|Av × Ai|). Welche Topologie den höchsten Leistungsgewinn erreicht, ist last- und biasabhängig und muss pro Schaltung geprüft werden.

Verwandte Werkzeuge

Methodik & Verifizierung

Diese Seite verwendet nachvollziehbare Modellgleichungen und verweist auf Normen, Datenblätter oder Primärliteratur. Quellenlinks wurden zuletzt am 3. April 2026 gegen offizielle Veröffentlichungen geprüft.