Arbeitspunkt

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

Technik allg.

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 gerin sein.

Elektronik

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 Betriebsszustand 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 kann dann z.B. für jede Halbwelle des Signals einen gesonderten Transistor vorsehen. Von dieser Technik wird bei Leistungsverstärkern Gebrauch gemacht, weil dann kein Ruhestrom durch den Transistor fließt, der ihn unnötig aufheizen würde.

Im Bild ist 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.