vorgespannt
Englisch: biased
Auf das eine elektrische Vorspannung angewendet wird.
Vorspannung: voreingestellt zum Betrieb in einem bestimmten Bereich
Eine vorgespannte Komponente oder Schaltung hat eine Gleichspannung oder einen Gleichstrom anliegen, um einen Referenzbetriebspunkt festzulegen, bevor die Signalverarbeitung beginnt. Diese Vorkonditionierung verschiebt das Bauteil in einen bestimmten Bereich seiner Kennlinie, wo es auf eingehende Signale vorhersehbar reagiert. Ohne Vorspannung würde sich ein aktives Bauteil oft im falschen Bereich befinden, was zu Verzerrungen oder gar zu keiner Reaktion führt.
Bei Transistoren ist die Vorspannung unerlässlich. Ein Bipolartransistor (BJT) benötigt einen Basisstrom, um die Sperrschicht aus dem Cutoff-Bereich (aus) in den aktiven Bereich (verstärkend) zu verschieben. Die Basis-Emitter-Spannung muss bei Silizium-Bauteilen oberhalb von etwa 0,6 Volt gehalten werden. Eine Verstärkerschaltung nutzt typischerweise ein Vorspannungswiderstandsnetzwerk, um einen stabilen Ruhepunkt einzustellen, so dass bei Ankunft eines schwachen Eingangssignals der Transistor bereit ist, linear zu verstärken ohne zu verzerren. Feldeffekttransistoren benötigen stattdessen eine Gate-Vorspannung und können je nach Schaltungsdesign oft nahe Null vorgespannt werden.
Vorspannung in der Signalverarbeitung
Dioden, Elektronenröhren und integrierte Schaltungen benötigen alle Vorspannung. Ein Operationsverstärker, der als Komparator verwendet wird, kann mit einer Referenzspannung an einem Eingang vorgespannt werden, um bei einer bestimmten Schwelle auszulösen. HF-Leistungsverstärker werden in Klasse A (durchgehend leitend), Klasse AB (mehr als eine halbe Periode leitend) oder Klasse C (kurzzeitig leitend) vorgespannt, um Effizienz gegen Linearität zu optimieren. Der Vorspannungspunkt bestimmt Stromverbrauch, Verstärkungsflachheit und Intermodulationsverzerrung.
Die Vorspannung wird durch Widerstandsteiler, Stromquellen oder dedizierte Vorspannungsnetzteile aufgebracht. Temperaturabweichung ist ein echtes Problem: Wenn ein Transistor sich erwärmt, sinkt sein Leitwertspannungsabfall, was einen unkompenssierten Vorspannungspunkt in Sperrbetrieb oder Sättigung treiben kann. Schaltungen enthalten häufig Thermistor-Kompensationsnetzwerke oder aktive Vorspannungsschaltungen, um den Ruhepunkt über Betriebstemperaturbereiche stabil zu halten.
Der Begriff kommt von der physikalischen Verschiebung oder Neigung, die dem Bauteil aufgeprägt wird, ähnlich wie Vorspannung oder Vorbelastung in mechanischen Systemen. Bei Schalt- und HF-Schaltungen wird die Vorspannung oft experimentell auf der Werkbank abgestimmt, da Bauteiltoleranten und Parasiten einfache Berechnungen unzuverlässig machen.