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Hier stehen Einzel- und Sonderartikel . . . .

die in den Heften und im Kompendium mitten in den Seiten mit nur geringem Bezug zum jeweiligen Text eingebaut waren. Darum habe ich die auf einer separaten Seite zusammen gefaßt und dann (hoffentlich) im jeweiligen Text mit markierten "Links" referenziert. Der Inhalt des Kompendiums steht hier ..

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Transistoren in Aktion - gebräuchliche HiFi-Ausgangsstufen

Die Basis-Emitter-Durchlaßspannung des Transistors beträgt naturgegeben genau wie bei der Diode etwa 0,6 Volt. Sobald die Spannung UB an der Basis größer wird als dieser Grenzwert, fließt Basisstrom in den Transistor. Der Basisstrom wiederum steuert den Emitterstrom IE. In der gekennzeichneten Schaltung folgt daher ab einer Eingangsspannung von 0,6 Volt die Ausgangsspannung am Emitter dem Eingang.

Der Emitterstrom IE, den der Transistor durch den Lastwiderstand RL schickt, ist hierbei um den Faktor B - die Stromverstärkung - größer als der Basisstrom IB. Um den Emitterstrom liefern zu können, muß sich der Transistor ihn zum großen Teil aus der am Kollektor angeschlossenen Spannungsquelle U0 holen. Der Nutzen dieser Schaltung besteht darin, daß die Spannungsquelle, welche die Eingangsspannung liefert, vom Basisstrom nur gering belastet wird. Währenddessen liefert der Transistor am Ausgang große Ströme in den Lastwiderstand RL.

Soll die Ausgangsspannung UA nicht nur positive, sondern auch negative Werte annehmen, muß die Schaltung gar nicht mal wesentlich modifiziert werden. Es genügt, am Transistor positive, am Widerstand negative Spannung anzulegen, schon kann die Ausgangsspannung positive und negative Werte annehmen.

Der Nachteil der Eintakt A-Verstärker

Dieser sogenannte Eintakt-A-Verstärker - viele Vorstufen arbeiten nach diesem Prinzip - hat aber einen Nachteil: Er kann zwar hohe positive Ausgangsströme liefern, wenn der Transistor zügig „aufmacht, negative Ströme, also solche, die vom Lastwiderstand in den Verstärker hineinfließen, werden aber vom Emitterwiderstand begrenzt. Macht man ihn kleiner, wiegt dieser Mangel zwar nicht mehr so schwer, dafür muß aber ein sehr hoher Ruhestrom der Schaltung in Kauf genommen werden. Aus diesem Grunde sind HiFi-Endstufen in der Regel als komplementäre Gegentaktverstärker aus NPN- und PNP-Transistoren aufgebaut.

Ist UE positiv, dann leitet die Basis-Emitter-Diode des oberen NPN-Transistors; der Strom Ib1 verursacht nun den wesentlich größeren Emitterstrom IE1. Dieser fließt über den am Ausgang angeschlossenen Lastwiderstand - im Falle der HiFi-Endstufe ein Lautsprecher. Nimmt UE negative Werte an, dann sperrt der NPN-Transistor, und der untere PNP-Typ übernimmt mit seinem Strom IE2 die Aufgabe, den Strom IA durch den Lastwiderstand zu liefern. So kann die Schaltung sowohl negative als auch positive Halbwellen der Eingangswechselspannung an den Lautsprecher weitergeben.

Die Gegentaktschaltung

Der Vorteil dieser Gegentaktschaltung liegt darin, daß der jeweils inaktive Zweig zur Stromversorgung sperrt und so keine unnötigen Ruheströme fließen. In der gezeichneten Primitivversion treten allerdings in dem Teil des Eingangssignals, in dem die Eingangsspannung UE zwischen + 0,6 und -0,6 Volt liegt, erhebliche Verzerrungen der Ausgangsspannung auf. Diese bleibt nämlich so lange auf 0 Volt, bis die Eingangsspannung den Schwellenwert von 0,6 Volt nach Plus oder Minus über- beziehungsweise unterschritten hat. Erst dann beginnt einer der beiden Transistoren, Strom zu leiten.

Weil die Verzerrungen immer dann entstehen, wenn ein Transistor die weitere Signalverarbeitung von seinem Kollegen übernimmt, heißen sie Übernahmeverzerrungen oder schön englisch "Cross over distorsions". Hat es der Entwickler nicht verstanden, sie durch geschickte Schaltungsauslegungen zu eliminieren, dann klingt der Verstärker bei kleinen Lautstärken rauh und heiser.

Klein - mini - LSI

Nachdem die Elektroniker sich an den Transistor gewöhnt hatten, wurden ihre Schaltungsentwürfe immer verwegener und komplizierter. Um die inzwischen röhrenlosen HiFi-Verstärker platzsparend und kostengünstig aufzubauen, stiegen viele Hersteller von den zu Röhrenzeiten üblichen frei verdrahteten Chassis auf gedruckte Schaltungen um. Dort stecken die Bauteileanschlüsse in Löchern einer Trägerplatte. Auf dieser werden sie dann mit der auf einer oder beiden Plattenseiten aufgeklebten dünnen Kupferschicht verlötet.

Die Kupferkaschierung der Trägerplatte wurde vorher durch Wegätzen unerwünschter Teile zu einem System von Leitungen umgestaltet, das die elektrischen Verbindungen aller Bauteile herstellt. Mit Leiterbahnen auf einer oder beiden Seiten oder sogar als Multilayerplatte, die bis zu 16 Leiterbahnebenen in sandwichartiger Anordnung enthält, sind diese gedruckten Schaltungen die am weitesten verbreitete Art, elektronische Schaltungen aufzubauen.

Im Zuge weiterer Miniaturisierung entstanden die Hybridschaltungen. Als Bauteileträger fungiert bei ihnen ein dünnes Keramik-plättchen, darauf sind die Leiterbahnen aufgedruckt.

Die Bauteile, die in den Hy-brids Dienst tun, besitzen keine Anschlußdrähte, sondern lediglich metallisierte Enden, mit denen sie direkt auf die Leiterbahnen der Trägerplatte gelötet werden. Widerstände sind in solchen Schaltungen als Einzelbauteile oft nicht mehr anzutreffen. Dort, wo der Widerstand in der Schaltung sitzen soll, stellt man die Leiterbahnen statt aus dem gut leitenden Kupfer aus einer Paste her, die aufgedruckt wird und sich nach kurzer Trocknung verfestigt hat.

Den Widerstandswert bestimmen die Mischung, aus der die Paste hergestellt ist, sowie die Breite und Länge der Widerstandsbahn.

Kommt es auf genaue Einhaltung bestimmter Werte an, dann kann der Widerstand durch gezieltes Wegbrennen der Schicht mittels Laserstrahl abgeglichen werden.

Der finnische HiFi-Professor Matti Otala bietet den Käufern seiner Endstufe Citation XX diesen Luxus eines lasergetrimmten Verstärkers. Das Herz der XX besteht aus einer Hybridschaltung. Nach der eigentlichen Fertigung gleicht ein gewissenhafter Techniker die in der Schaltung enthaltenen Widerstände so lange mit der Laserkanone ab, bis sich optimale Klangeigenschaften einstellen und das Endprodukt das Placet des Meisters Otala findet.

Auch die Hybridtechnik erlaubt nur begrenzte Packungsdichten. Pro Quadratzentimeter bringen die Entwicklungsingenieure etwa fünf der besonders klein gebauten Spezialtransistoren unter. Mehr geht aus fertigungstechnischen Gründen nicht.

Um die Anforderungen von Raumfahrt und Militär zu erfüllen, unternahmen Halbleiterentwickler verstärkt Anstrengungen in Richtung weiterer Miniaturisierung.

Anfang der sechziger Jahre gelang es, statt eines Transistors gleich mehrere samt den zugehörigen Leitungen auf ein und demselben Halbleiterkristall herzustellen. Solche Kristalle heißen dann Chips. Sobald die Fabrikanten die fehlerfreie Herstellung der Chips im Griff hatten, überschwemmte eine Flut verschiedenartiger Integrierter Schaltungen den Bauteilemarkt. Die kleinen, vielbeinigen Alleskönner machten sich natürlich sofort auch in der HiFi-Technik breit.

In Verstärkern sorgen ICs für korrekte Entzerrung und Verstärkung der Signale des Tonabnehmers. Andere erfüllen als elektronische Potentiometer ihren Zweck anstelle von Balance-und Lautstärkestellen. Nahezu alle Autoradios verwöhnen dank integrierter Schaltungen den Fahrer mit vorher nicht gekanntem Bedienkomfort.

Das neueste Spielzeug der HiFi-Freaks - der CD-Spieler - ist ohne integrierte Schaltungen undenkbar. Mikrorechenschaltungen, elektronische Speicher und Steuerwerke helfen mit, die Null- und Eins-Befehle, die der Laser aus der CD liest, von Fehlern zu befreien und dem richtigen Kanal zuzuordnen. Anschließend fabrizieren Digital-Analog-Wandler aus den Spannungssprüngen wieder die ursprünglichen Musiksignale.

In IC-Bausteinen sind bis zu 50.000 Transistoren auf einem einzigen Chip von nur fünf mal sieben Millimeter Abmessung untergebracht. Eine derartige Schaltung hätte, als konventionelle Leiterplatte hergestellt, ein Format von gut einem Quadratmeter.

Der aus dem englischen Sprachbereich entlehnte Fachausdruck für hochintegrierte Schaltungen heißt ,Large Scale Integration' - abgekürzt LSI. Das bedeutet etwa: Integration in großem Maßstab. Schaltungen mit noch mehr Transistoren pro Quadratzentimeter nennen sich VLSI (Very Large Scale Integration).

Einbahnstraße für Strom und Spannung: Diode

Die Diode in zwei Darstellungsarten: So wie in der oberen Zeichnung stellen sich die Halbleiterphysiker den Aufbau einer Diode vor. Die linke Hälfte enthält durch P-Dotierung einen Überschuß an positiv geladenen Löchern, in der rechten Hälfte überwiegen infolge N-Dotierung die negativen Elektronen.

Das Schaltsymbol auf der unteren Zeichnung verrät mehr über die Funktion. Eine Diode wirkt für den elektrischen Strom wie das Ventil im Fahrradschlauch für die Luft: Unter Spannung gesetzt, läßt bei richtiger Polung Strom in Pfeilrichtung fließen. Der Pluspol der Spannungsquelle muß dabei links angeschlossen sein. Bei umgekehrter Polung sperrt die Diode.

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