Das Kennlinienfeld eines T

Für die Praxis sind folgende Dinge von Interesse (einfach als Zusammenfassung nochmals erwähnt):

Wie erwähnt ist die Stromverstärkung das, was man am Transistor zuerst mal braucht. Wenn man nun in den Datenblättern nachschaut, so sieht man, dass diese Stromverstärkung frequenzabhängig ist und mit zunehmender Frequenz abnimmt. Nun könnte man, wie sonst üblich, eine 3dB-Grenze verwenden. Dummerweise wurde das nicht so gemacht, sondern die Grenzfrequenz eines Transistors ist dann erreicht, wenn eine Basisstromänderung von beispielsweise 1mA nur noch eine Kollektorstromänderung von 1mA zur Folge hat.
Das bedeutet in einer Endstufe, dass bei der Grenzfrequenz der Endtransistoren der Treiber die gleiche Leistung erbringen müsste, wie die Endstufe im Normalfall liefern könnte.
Wenn man nun Darlington-Transistoren verwendet (zwei Transistoren im selben Gehäuse), so hat man einmal eine viel höhere Stromverstätkung im Gleichstromfall (10 bis 50 mal höher) und auch eine entsprechend höhere Grenzfrequenz, aber das hilft nicht viel, weil ja die Grenzfrequenz ebenfalls um diese zusätzliche Verstärkung angehoben wird und weil wieder als Grenze eine Stromverstärkung von 1 angenommen wird.

Der erste Quadrant. Die schwarzen Kurven liegen sehr flach. Das bedeutet, dass der Transistor einen hohen dynamischen Innenwiderstand hat. Oder anders gesagt: Wenn Ib konstant ist (was bei konstanter Temperatur und konstanter Ube der Fall ist), ändert sich Ic kaum, auch wenn Uce verändert wird.
Auf dieser Basis funktioniert eine Konstantstromquelle. Dort wird dieser Effekt ausgenützt. Man kann sich das so vorstellen, als könnte man einen grossen Arbeitswiderstand mit einer Spannungsquelle so kombinieren, dass trotz des hohen Widerstandes ein bestimmter Strom möglich wird. Und da die Verstärkung (vor allem) von der Grösse des Arbeitswiderstandes abhängt, kann man so bei relativ geringer Betriebsspannung eine hohe Verstärkung erreichen.

Vergleicht man die Kurven des ersten und zweiten Quadranten, so stellt man fest, dass der Kollektorstrom praktisch linear mit dem Basisstrom zunimmt. Dies ist bereits in der Kurvenschar des ersten Quadranten ersichtlich, weil die schwarzen Kurven parallel verlaufen und das mit praktisch konstantem Abstand. Das bedeutet, dass man eine unverzerrte Verstärkung erreicht, wenn man den Transistor über den Basisstrom ansteuert.

Das Grundproblem des Transistors ist der dritte Quadrant. Hier ist klar ersichtlich, dass es erst mal eine Minimalspannung an der Basis braucht, damit überhaupt etwas geschieht. Und das schlimmste ist die Krümmung der Kurve im Bereich von 0,5 bis 0,7V.
Das bedeutet, dass der Basisstrom nicht linear zur Ube ist. Wenn man also einer festen Basisvorspannung (die den Ruhestrom im Kollektor entstehen lässt) eine Wechselspannung überlagert, so ändert sich durch diese Wechselspannung der Ib nicht linear. Folglich verzerrt der Transistor. Darum ist ein Transitorverstärker ohne Gegenkopplung praktisch nicht zu bauen.
Man kann (Aufnahmepegel-Automatik bei den ersten Kassettenrecordern) allerdings davon ausgehen, dass ein Mikrofonsignal sehr klein ist und daher nur ein sehr kurzes Stück der Ube-Kennlinie genutzt wird. Ein kurzes Stück kann als einigermassen gerade betrachtet wwerden. Somit ist der Klirr bei kleinen Signalen klein, bei grossen Signalen (es wird praktisch die ganze Kennlinie genutzt) gross.
Wenn man weiss, dass die Verstärkung eigentlich das Produkt aus Steilheit dieser Kurve und Arbeitswiderstand ist, kann man durch Verändern der Vorspannung die Verstärkung verändern. Das ist aber ein ausgesprochener Sonderfall.

Rechnet man mal diesen Quadranten durch, so sieht man, dass die Nichtlinearität von Ube und Ib einen variablen Eingangswiderstand nach sich ziehen. Wenn man sich einen Spannungsteiler vorstellt, gebildet aus einem Längswiderstand zwischen Tonquelle und Basis und dem variablen Widerstand, den die be-Strecke bildet, so kann man sich auch vorstellen, dass die Ib dann der Eingangs-Tonspannung genau folgt, wenn dieser Längswiderstand unendlich gross ist. Das heisst, dass man zwar mit einem Längswiderstand die Unlinearität des be-Widerstandes ausgleichen und damit den Klirr reduzieren kann, dass man aber damit Verstärkung verliert. Daher ist wie erwähnt eine vernünftige Klirrarmut kaum zu erreichen.

Eine Klirrreduktion ist dann gegeben, wenn man mit einem extrem hohen Ruhestrom arbeitet. Dann ist man auf der Kennlinie des dritten Quadranten so weit aussen, dass sie (sie strebt bei unendlich auf die absolute Linearität zu) als linear betrachtet werden kann. Aus diesem Grund gibt es Endstufen in Klasse A, also mit extrem hohem Ruhestrom, um den Klirr ohne zusätzliche Massnahmen unter die 0,1% Marke zu drücken.