Betriebspunkt

Der Arbeitspunkt, auch Betriebspunkt oder -zustand genannt, ist ein bestimmter Punkt im Kennfeld oder auf der Kennlinie eines technischen Gerätes, der aufgrund der Systemeigenschaften und einwirkenden äußeren Einflüsse und Parameter eingenommen wird.

Technik allgemein - Elektromotor

Arbeitspunkt eines Elektromotors

Der Arbeitspunkt ist abhängig von der Konstruktion und den Betriebsbedingungen einer Anlage.

Beispiel:

Bei einem Elektromotor ist der Betriebszustand (Arbeitspunkt) abhängig von der anliegenden Spannung und dem Drehmoment am Abtrieb. Der Arbeitspunkt wird durch die Eigenschaften des Motors (Systemeigenschaften) bei diesen Einflüssen beschrieben. Dazu zählt z. B. Stromaufnahme (Leistung), Drehzahl, Motortemperatur usw.

Häufig ist es erwünscht, das Gerät in einem bestimmten Arbeitspunkt (bzw. -bereich) zu betreiben, da es für diesen konzipiert wurde. An diesem Arbeitspunkt kann z. B. der Wirkungsgrad des Gerätes sehr hoch oder auch der Verbrauch oder Schallemission sehr gering sein.

Im nebenstehenden Beispiel bildet sich der Arbeitspunkt als Schnittpunkt der Motorkennlinie des Elektromotors und der Kennlinie der Arbeitsmaschine (hier z.B. Pumpe oder Lüfter)

Elektronik

Kennlinie einer Verstärkerröhre mit verschiedenen Arbeitspunkten

Der Arbeitspunkt einer Schaltung ist der Ruhezustand bei Nichtvorhandensein eines Signals. Er wird durch einen bestimmten Punkt auf der Kennlinie beschrieben. Von diesem Punkt aus ändern sich Strom bzw. Spannung, wenn ein Nutzsignal angelegt wird. Um eine möglichst unverzerrte, symmetrische Signalübertragung zu erreichen, legt man den Arbeitspunkt normalerweise in die Mitte der Kennlinie, d. h. zwischen maximaler und minimaler Spannung bzw. Stromstärke. Diesen Betriebszustand nennt man auch A-Betrieb.

Wenn eine unsymmetrische Aussteuerung gewünscht wird, rückt man den Arbeitspunkt an den Rand der Kennlinie (B-Betrieb, C-Betrieb). Man muss dann für jede Halbwelle des Signals (Positiv/Negative Welle) einen gesonderten Transistor vorsehen. Von dieser Technik wird bei Leistungsverstärkern Gebrauch gemacht, weil damit ein geringer Ruhestrom durch den Transistor fließt, wo im A-Betrieb ein hoher Ruhestrom den Transistor unnötig aufheizen würde.

Auswirkung des Arbeitspunktes auf einen Transistorverstärker

Im Bild wird ein Transistorverstärker und sein Verhalten bei verschiedenen Einstellungen des Arbeitspunktes gezeigt. Durch das Potentiometer P1 kann der Signalpegel verändert werden, durch R und P2 der Arbeitspunkt. Liegt er in der Mitte zwischen maximaler (Betriebsspannung) und minimaler Spannung (Masse), so kann das Signal symmetrisch um den Arbeitspunkt ausgesteuert werden. Verschiebung des Arbeitspunktes nach oben führt dazu, dass die Signalsspitzen an die Betriebsspannung anstoßen, bei Verschiebung nach unten an das Massepotenzial. Das Signal wird hierdurch verzerrt. Zur Verzerrungen kommt es ebenfalls, wenn der Verstärker (durch ein zu großes Eingangssignal) übersteuert wird. In diesem Fall reicht der Bereich zwischen maximaler und minimaler Spannung nicht mehr für das Signal aus. Man sagt auch, der Verstärker beginnt zu clippen. Um das Abschneiden runder zu gestalten, und somit weniger Oberschwingungen zu produzieren, gibt es so genannte Soft-Clipping-Schaltungen.


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