Kleinsignalverhalten
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Das Kleinsignalverhalten bezeichnet die Aussteuerung eines Systems mit kleinen Signalen in der Nähe eines Arbeitspunktes. Dadurch kann in vielen Systemen näherungsweise ein lineares Übertragungsverhalten zwischen Eingangs- und Ausgangsgröße erreicht werden.
Ein lineares Kleinsignalverhalten ist zum Beispiel Voraussetzung für die Anwendung der Laplace-Transformation in der Systemtheorie/Elektrotechnik zwecks Systemanalyse.
[Bearbeiten] Halbleiter-Schaltungstechnik
Eine typische Anwendung des Kleinsignalverhalten ist eine elektronische Verstärkerschaltung bestehend aus Transistoren oder Elektronenröhren als aktive, verstärkende Bauelemente. Der Arbeitspunkt des Bauteils wird dabei so gewählt, dass er in der Übertragungskennlinie in einem linearen Bereich zuliegen kommt. Durch eine kleine Aussteuerung um diesen Arbeitspunkt herum, wovon sich der Name ableitet, bleibt der lineare Zusammenhang zwischen dem Eingangsignal und Ausgangssignal näherungsweise erhalten und das übertragende Signal bleibt daher bis auf einen konstanten Verstärkungsfaktor unverändert.
Bei nichtlinearen Verzerrungen hingegen, welche unter anderem Folge des Großsignalverhaltens sein können, werden durch das Übertragungsystem zusätzliche Frequenzanteile erzeugt, was gleichbedeutend mit einer Steigerung des Klirrfaktors ist.
Anhand einer Silizium-Halbleiterdiode lässt sich das Kleinsignalverhalten einfach darstellen. Die Strom-Spannungs-Kennlinie für positive Anoden-Kathoden-Spannungen ist für die Diode 1N4001 rechts in der Abbildung dargestellt. Der Verlauf (für positive Spannungen UD) lässt sich im wesentlichem durch die Shockley-Gleichung beschreiben.
Man kann die Kennlinie der Diode durch eine Taylorreihe approximieren. Da man beim Kleinsignalverhalten nur lineare Anteile berücksichtig, reicht es aus die Reihenentwicklung nach dem linearen Glied abzubrechen.
Damit erhält man schließlich:
Nun definiert man u = dU = UD − UD,A und i = dI = ID − ID,A noch als Kleinsignalgrößen.
