Verstärker - Kurzanleitung

Jeder materialin der Natur hat bestimmte Eigenschaften. Diese Eigenschaften definieren das Verhalten der Materialien. Die Materialwissenschaft ist ein Zweig der Elektronik, der sich mit der Untersuchung des Elektronenflusses in verschiedenen Materialien oder Räumen befasst, wenn diese verschiedenen Bedingungen ausgesetzt sind.

Aufgrund der Vermischung von Atomen in Festkörpern werden anstelle einzelner Energieniveaus Bänder von Energieniveaus gebildet. Diese dicht gepackten Energieniveaus werden als bezeichnetEnergy bands.

Arten von Materialien

Das Energieband, in dem Valenzelektronen vorhanden sind, wird genannt Valence band, während das Band, in dem Leitungselektronen vorhanden sind, genannt wird Conduction band. Die Energielücke zwischen diesen beiden Bändern wird als bezeichnetForbidden energy gap.

Elektronisch werden die Materialien allgemein als Isolatoren, Halbleiter und Leiter klassifiziert.

• Insulators- Isolatoren sind solche Materialien, bei denen die Leitung aufgrund des großen verbotenen Spaltes nicht stattfinden kann. Beispiele: Holz, Gummi.

• Semiconductors- Halbleiter sind solche Materialien, bei denen die verbotene Energielücke klein ist und die Leitung stattfindet, wenn etwas externe Energie angelegt wird. Beispiele: Silizium, Germanium.

• Conductors- Leiter sind solche Materialien, bei denen die verbotene Energielücke verschwindet, wenn das Valenzband und das Leitungsband sehr nahe kommen, dass sie sich überlappen. Beispiele: Kupfer, Aluminium.

Von allen dreien werden Isolatoren verwendet, wenn ein spezifischer Widerstand gegen Elektrizität gewünscht wird, und Leiter werden verwendet, wenn die Leitung hoch sein muss. Die Halbleiter sind diejenigen, die ein spezifisches Interesse an ihrer Verwendung hervorrufen.

Halbleiter

EIN Semiconductorist eine Substanz, deren spezifischer Widerstand zwischen den Leitern und Isolatoren liegt. Die Eigenschaft des spezifischen Widerstands ist nicht die einzige, die ein Material als Halbleiter bestimmt, aber sie hat nur wenige Eigenschaften wie folgt.

• Halbleiter haben einen spezifischen Widerstand, der geringer als bei Isolatoren und höher als bei Leitern ist.

• Halbleiter haben einen negativen Temperaturkoeffizienten. Der Widerstand in Halbleitern nimmt mit sinkender Temperatur zu und umgekehrt.

• Die Leitfähigkeitseigenschaften eines Halbleiters ändern sich, wenn eine geeignete metallische Verunreinigung hinzugefügt wird, was eine sehr wichtige Eigenschaft ist.

Die Halbleiterbauelemente werden häufig auf dem Gebiet der Elektronik eingesetzt. Der Transistor hat die sperrigen Vakuumröhren ersetzt, wodurch die Größe und die Kosten der Geräte verringert wurden, und diese Revolution hat ihr Tempo weiter erhöht, was zu neuen Erfindungen wie der integrierten Elektronik führte. Halbleiter können wie unten gezeigt klassifiziert werden.

Ein Halbleiter in seiner extrem reinen Form soll ein sein intrinsic semiconductor. Die Leitfähigkeit dieser reinen Form ist jedoch zu gering. Um die Leitfähigkeit des intrinsischen Halbleiters zu erhöhen, ist es besser, einige Verunreinigungen hinzuzufügen. Dieser Vorgang des Hinzufügens von Verunreinigungen wird als bezeichnetDoping. Dieser dotierte intrinsische Halbleiter wird nun alsExtrinsic Semiconductor.

Die zugesetzten Verunreinigungen sind im Allgemeinen pentavalent und trivalentVerunreinigungen. Abhängig von diesen Arten von Verunreinigungen wird eine andere Klassifizierung durchgeführt. Wenn einpentavalent einem reinen Halbleiter wird Verunreinigung zugesetzt, die als bezeichnet wird N-type extrinsic Semiconductor. Auch wenn atrivalent einem reinen Halbleiter wird Verunreinigung zugesetzt, die als bezeichnet wird P-type extrinsic Semiconductor.

PN Junction

Wenn sich ein Elektron von seinem Platz entfernt, wird dort ein Loch gebildet. Ein Loch ist also das Fehlen eines Elektrons. Wenn gesagt wird, dass ein Elektron vom negativen zum positiven Anschluss bewegt wird, bedeutet dies, dass ein Loch vom positiven zum negativen Anschluss bewegt wird.

Die oben genannten Materialien sind die Grundlagen der Halbleitertechnologie. DasN-type Material, das durch Zugabe von fünfwertigen Verunreinigungen gebildet wird, hat electrons as its majority carriersund Löcher als Minderheitsträger. WährendP-type Material, das durch Zugabe von dreiwertigen Verunreinigungen gebildet wird, hat holes as its majority carriers und Elektronen als Minoritätsträger.

Versuchen wir zu verstehen, was passiert, wenn die P- und N-Materialien miteinander verbunden werden.

Wenn ein Material vom P-Typ und ein Material vom N-Typ nahe beieinander gebracht werden, verbinden sich beide, um eine Verbindung zu bilden, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Ein P-Typ hat holes als die majority carriers und ein Material vom N-Typ hat electrons als die majority carriers. Wenn sich entgegengesetzte Ladungen anziehen, tendieren wenige Löcher vom P-Typ dazu, zur n-Seite zu gehen, während wenige Elektronen vom N-Typ dazu neigen, zur P-Seite zu gehen.

Während beide in Richtung des Übergangs wandern, rekombinieren Löcher und Elektronen miteinander, um zu neutralisieren und Ionen zu bilden. In diesem Übergang gibt es nun einen Bereich, in dem die positiven und negativen Ionen gebildet werdenPN junction oder Verbindungsbarriere wie in der Abbildung gezeigt.

Die Bildung negativer Ionen auf der P-Seite und positiver Ionen auf der N-Seite führt zur Bildung eines engen geladenen Bereichs auf beiden Seiten des PN-Übergangs. Diese Region ist jetzt frei von beweglichen Ladungsträgern. Die hier vorhandenen Ionen waren stationär und halten einen Raumbereich zwischen ihnen ohne Ladungsträger aufrecht.

Da dieser Bereich als Barriere zwischen Materialien vom P- und N-Typ wirkt, wird dies auch als bezeichnet Barrier junction. Dies hat einen anderen Namen alsDepletion regionwas bedeutet, dass beide Regionen erschöpft sind. Es tritt eine Potentialdifferenz V _D aufgrund der Bildung von Ionen über dem als bezeichneten Übergang aufPotential Barrierda es eine weitere Bewegung von Löchern und Elektronen durch den Übergang verhindert. Diese Formation wird als bezeichnetDiode.

Vorspannung einer Diode

Wenn eine Diode oder zwei beliebige Anschlusskomponenten in einer Schaltung angeschlossen sind, hat sie bei der gegebenen Versorgung zwei vorgespannte Zustände. Sie sindForward biased Zustand und Reverse biased Bedingung.

Vorwärts vorgespannter Zustand

Wenn eine Diode in einer Schaltung angeschlossen ist, mit ihrer anode to the positive Terminal und cathode to the negative Anschluss der Versorgung, dann soll eine solche Verbindung sein forward biased Bedingung.

Diese Art der Verbindung macht die Schaltung immer vorwärts vorgespannt und hilft bei mehr Leitung. Eine Diode leitet gut in vorwärts vorgespanntem Zustand.

Reverse Bias Condition

Wenn eine Diode in einer Schaltung angeschlossen ist, mit ihrer anode to the negative Terminal und cathode to the positive Anschluss der Versorgung, dann soll eine solche Verbindung sein Reverse biased Bedingung.

Diese Art der Verbindung führt dazu, dass die Schaltung immer mehr in Sperrrichtung vorgespannt wird und die Leitung minimiert und verhindert wird. Eine Diode kann nicht in einem in Sperrrichtung vorgespannten Zustand leiten.

Mit den obigen Informationen haben wir jetzt eine gute Vorstellung davon, was ein PN-Übergang ist. Lassen Sie uns mit diesem Wissen im nächsten Kapitel etwas über Transistoren lernen.

Nachdem wir die Details eines einzelnen PN-Übergangs oder einfach einer Diode kennen, versuchen wir, die Verbindung mit zwei PN-Übergängen herzustellen. Wenn einem einzelnen PN-Übergang ein anderes Material vom P-Typ oder N-Typ hinzugefügt wird, wird ein anderer Übergang gebildet. Eine solche Formation wird einfach alsTransistor.

EIN Transistor ist ein Halbleiterbauelement mit drei Anschlüssen, das den Strom- oder Spannungsfluss reguliert und als Schalter oder Gate für Signale fungiert.

Verwendung eines Transistors

• Ein Transistor wirkt als an Amplifier, wo die Signalstärke erhöht werden muss.

• Ein Transistor wirkt auch als switch um zwischen verfügbaren Optionen zu wählen.

• Es auch regulates das eingehende current and voltage der Signale.

Konstruktive Details eines Transistors

Der Transistor ist eine Festkörpervorrichtung mit drei Anschlüssen, die durch Anschließen zweier Dioden aneinander gebildet wird. Daher hat estwo PN junctions. Aus den drei darin enthaltenen Halbleitermaterialien werden drei Anschlüsse gezogen. Diese Art der Verbindung bietet zwei Arten von Transistoren. Sie sindPNP und NPN was bedeutet, dass ein Material vom N-Typ zwischen zwei P-Typen und das andere ein Material vom P-Typ zwischen zwei N-Typen ist.

Die folgende Abbildung zeigt den grundlegenden Aufbau von Transistoren

Die drei vom Transistor gezogenen Anschlüsse zeigen an Emitter, Base und CollectorTerminals. Sie haben ihre Funktionalität wie unten beschrieben.

Emitter

• Die linke Seite der oben gezeigten Struktur kann verstanden werden als Emitter.

• Das hat eine moderate size und ist heavily doped als seine Hauptfunktion ist zu supply eine Anzahl von majority carriersdh entweder Elektronen oder Löcher.

• Da dies Elektronen emittiert, wird es als Emitter bezeichnet.

• Dies wird einfach mit dem Buchstaben angezeigt E.

Base

• Das mittlere Material in der obigen Abbildung ist das Base.

• Das ist thin und lightly doped.

• Seine Hauptfunktion ist zu pass die Mehrheit trägt vom Emitter zum Kollektor.

• Dies wird durch den Buchstaben angezeigt B.

Kollektor

• Das Material auf der rechten Seite in der obigen Abbildung kann als verstanden werden Collector.

• Sein Name impliziert seine Funktion von collecting the carriers.

• Das ist ein bit largerin der Größe als Emitter und Basis. Es istmoderately doped.

• Dies wird durch den Buchstaben angezeigt C.

Die Symbole der PNP- und NPN-Transistoren sind wie folgt.

Das arrow-head in den obigen Figuren angegeben die emittereines Transistors. Da der Kollektor eines Transistors viel mehr Leistung verbrauchen muss, wird er groß gemacht. Aufgrund der spezifischen Funktionen von Emitter und Kollektor sind sienot interchangeable. Daher sind bei Verwendung eines Transistors immer die Anschlüsse zu beachten.

In einem praktischen Transistor befindet sich zur Identifizierung eine Kerbe in der Nähe der Emitterleitung. Die PNP- und NPN-Transistoren können mit einem Multimeter unterschieden werden. Das folgende Bild zeigt, wie verschiedene praktische Transistoren aussehen.

Wir haben bisher die konstruktiven Details eines Transistors diskutiert, aber um die Funktionsweise eines Transistors zu verstehen, müssen wir zuerst die Vorspannung kennen.

Transistorvorspannung

Da wir wissen, dass ein Transistor eine Kombination aus zwei Dioden ist, haben wir hier zwei Übergänge. Da sich eine Verbindung zwischen dem Emitter und der Basis befindet, wird dies als bezeichnetEmitter-Base junction und ebenso ist der andere Collector-Base junction.

Biasingsteuert den Betrieb der Schaltung durch Bereitstellung einer Stromversorgung. Die Funktion beider PN-Übergänge wird gesteuert, indem die Schaltung durch eine Gleichstromversorgung vorgespannt wird. Die folgende Abbildung zeigt, wie ein Transistor vorgespannt ist.

Wenn man sich die obige Figur ansieht, versteht man das

• Das Material vom N-Typ wird negativ versorgt, und das Material vom P-Typ wird positiv versorgt, um die Schaltung herzustellen Forward bias.

• Das Material vom N-Typ wird positiv versorgt und das Material vom P-Typ wird negativ versorgt, um die Schaltung herzustellen Reverse bias.

Durch Anwenden der Kraft wird die emitter base junction ist immer forward biasedda der Emitterwiderstand sehr klein ist. Dascollector base junction ist reverse biasedund sein Widerstand ist etwas höher. Am Emitterübergang ist eine kleine Vorwärtsvorspannung ausreichend, während am Kollektorübergang eine hohe Rückwärtsvorspannung angelegt werden muss.

Die in den obigen Schaltkreisen angegebene Stromrichtung, auch als bezeichnet Conventional Currentist die Bewegung des Lochstroms, die ist opposite to the electron current.

Betrieb des PNP-Transistors

Der Betrieb eines PNP-Transistors kann durch einen Blick auf die folgende Figur erklärt werden, in der der Emitter-Basis-Übergang in Vorwärtsrichtung und der Kollektor-Basis-Übergang in Rückwärtsrichtung vorgespannt ist.

Die Spannung V_EEliefert am Emitter ein positives Potential, das die Löcher im Material vom P-Typ abstößt, und diese Löcher kreuzen den Emitter-Basis-Übergang, um den Basisbereich zu erreichen. Dort verbindet sich ein sehr geringer Prozentsatz der Löcher wieder mit freien Elektronen der N-Region. Dies liefert einen sehr geringen Strom, der den Basisstrom darstelltI_B. Die verbleibenden Löcher kreuzen den Kollektor-Basis-Übergang, um einen Kollektorstrom zu bildenI_C, das ist der Lochstrom.

Wenn ein Loch den Kollektoranschluss erreicht, füllt ein Elektron vom Minuspol der Batterie den Raum im Kollektor. Dieser Fluss nimmt langsam zu und der Elektronenminderheitsstrom fließt durch den Emitter, wo jedes Elektron in den positiven Anschluss von eintrittV_EEwird durch ein Loch ersetzt, indem man sich in Richtung des Emitterübergangs bewegt. Dies ist ein EmitterstromI_E.

Daher können wir verstehen, dass -

• Die Leitung in einem PNP-Transistor erfolgt durch Löcher.

• Der Kollektorstrom ist etwas geringer als der Emitterstrom.

• Die Zunahme oder Abnahme des Emitterstroms beeinflusst den Kollektorstrom.

Betrieb des NPN-Transistors

Der Betrieb eines NPN-Transistors kann durch einen Blick auf die folgende Figur erklärt werden, in der der Emitter-Basis-Übergang in Vorwärtsrichtung und der Kollektor-Basis-Übergang in Rückwärtsrichtung vorgespannt ist.

Die Spannung V_EEliefert am Emitter ein negatives Potential, das die Elektronen im Material vom N-Typ abstößt, und diese Elektronen kreuzen den Emitter-Basis-Übergang, um den Basisbereich zu erreichen. Dort verbindet sich ein sehr geringer Prozentsatz der Elektronen wieder mit freien Löchern der P-Region. Dies liefert einen sehr geringen Strom, der den Basisstrom darstelltI_B. Die verbleibenden Löcher kreuzen den Kollektor-Basis-Übergang, um den Kollektorstrom zu bildenI_C.

Wenn ein Elektron aus dem Kollektoranschluss herauskommt und in den positiven Anschluss der Batterie eintritt, wird ein Elektron vom negativen Anschluss der Batterie entfernt V_EEtritt in den Emitterbereich ein. Dieser Fluss nimmt langsam zu und der Elektronenstrom fließt durch den Transistor.

Daher können wir verstehen, dass -

• Die Leitung in einem NPN-Transistor erfolgt durch Elektronen.

• Der Kollektorstrom ist höher als der Emitterstrom.

• Die Zunahme oder Abnahme des Emitterstroms beeinflusst den Kollektorstrom.

Vorteile von Transistoren

Die Verwendung eines Transistors bietet viele Vorteile, wie z.

• Hochspannungsverstärkung.
• Eine niedrigere Versorgungsspannung ist ausreichend.
• Am besten für Anwendungen mit geringem Stromverbrauch geeignet.
• Kleiner und leichter.
• Mechanisch stärker als Vakuumröhren.
• Keine externe Heizung erforderlich wie bei Vakuumröhren.
• Sehr gut geeignet zur Integration mit Widerständen und Dioden zur Herstellung von ICs.

Es gibt nur wenige Nachteile, da sie aufgrund der geringeren Verlustleistung nicht für Hochleistungsanwendungen verwendet werden können. Sie haben eine niedrigere Eingangsimpedanz und sind temperaturabhängig.

Jeder Transistor hat drei Anschlüsse, die emitter, das base, und die collector. Mit diesen 3 Anschlüssen kann der Transistor in einer Schaltung mit einem Anschluss verbunden werden, der sowohl dem Eingang als auch dem Ausgang in drei verschiedenen möglichen Konfigurationen gemeinsam ist.

Die drei Arten von Konfigurationen sind Common Base, Common Emitter und Common CollectorKonfigurationen. In jeder Konfiguration ist der Emitterübergang in Vorwärtsrichtung vorgespannt und der Kollektorübergang ist in Rückwärtsrichtung vorgespannt.

Common Base (CB) -Konfiguration

Der Name selbst impliziert, dass die BaseDer Anschluss wird als gemeinsamer Anschluss sowohl für den Eingang als auch für den Ausgang des Transistors verwendet. Die gemeinsame Basisverbindung für NPN- und PNP-Transistoren ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Betrachten wir zum besseren Verständnis den NPN-Transistor in der CB-Konfiguration. Wenn die Emitterspannung angelegt wird, während sie in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, stoßen die Elektronen vom negativen Anschluss die Emitterelektronen ab und der Strom fließt durch den Emitter und die Basis zum Kollektor, um den Kollektorstrom beizutragen. Die Kollektorspannung V _CB wird dabei konstant gehalten.

In der CB-Konfiguration ist der Eingangsstrom der Emitterstrom I_E und der Ausgangsstrom ist der Kollektorstrom I_C.

Stromverstärkungsfaktor (α)

Das Verhältnis der Änderung des Kollektorstroms (ΔI _C ) zur Änderung des Emitterstroms (ΔI _E ), wenn die Kollektorspannung V _CB konstant gehalten wird, wird als bezeichnetCurrent amplification factor. Es wird mit bezeichnetα.

$\alpha = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_E}$bei konstanter V _CB

Ausdruck für Kollektorstrom

Versuchen wir mit der obigen Idee, einen Ausdruck für den Kollektorstrom zu zeichnen.

Zusammen mit dem fließenden Emitterstrom gibt es eine gewisse Menge an Basisstrom I_Bdie aufgrund der Elektronenlochrekombination durch den Basisanschluss fließt. Da der Kollektor-Basis-Übergang in Sperrrichtung vorgespannt ist, fließt aufgrund von Minoritätsladungsträgern ein weiterer Strom. Dies ist der Leckstrom, der verstanden werden kann alsI_leakage. Dies ist auf Ladungsträger von Minderheiten zurückzuführen und daher sehr gering.

Der Emitterstrom, der den Kollektoranschluss erreicht, beträgt

$$\alpha I_E$$

Gesamtkollektorstrom

$$I_C = \alpha I_E + I_{leakage}$$

Wenn die Emitter-Basis-Spannung V _EB = 0 ist, fließt selbst dann ein kleiner Leckstrom, der als I _CBO (Kollektor-Basis-Strom mit offenem Ausgang) bezeichnet werden kann.

Der Kollektorstrom kann daher ausgedrückt werden als

$$I_C = \alpha I_E + I_{CBO}$$

$$I_E = I_C + I_B$$

$$I_C = \alpha (I_C + I_B) + I_{CBO}$$

$$I_C (1 - \alpha) = \alpha I_B + I_{CBO}$$

$$I_C = \frac{\alpha}{1 - \alpha}I_B + \frac{I_{CBO}}{1 - \alpha}$$

$$I_C = \left ( \frac{\alpha}{1 - \alpha} \right )I_B + \left ( \frac{1}{1 - \alpha} \right )I_{CBO}$$

Daher ist das oben abgeleitete der Ausdruck für den Kollektorstrom. Der Wert des Kollektorstroms hängt vom Basisstrom und dem Leckstrom zusammen mit dem Stromverstärkungsfaktor des verwendeten Transistors ab.

Eigenschaften der CB-Konfiguration

• Diese Konfiguration bietet eine Spannungsverstärkung, jedoch keine Stromverstärkung.

• Wenn die V _CB- Konstante konstant ist und die Emitter-Basisspannung V _EB geringfügig ansteigt , wird der Emitterstrom I _E erhöht.

• Der Emitterstrom I _E ist unabhängig von der Kollektorspannung V _CB .

• Die Kollektorspannung V _CB kann den Kollektorstrom I _C nur bei niedrigen Spannungen beeinflussen, wenn V _EB konstant gehalten wird.

• Der Eingangswiderstand R_iist das Verhältnis der Änderung der Emitter-Basis-Spannung (ΔV _EB ) zur Änderung des Emitter-Stroms (ΔI _E ) bei konstanter Kollektor-Basis-Spannung V _CB .

$R_i = \frac{\Delta V_{EB}}{\Delta I_E}$bei konstanter V _CB

• Da der Eingangswiderstand sehr niedrig ist, reicht ein kleiner Wert von V _EB aus, um einen großen Stromfluss des Emitterstroms I _E zu erzeugen .

• Der Ausgangswiderstand R_oist das Verhältnis der Änderung der Kollektor- Basisspannung (ΔV _CB ) zur Änderung des Kollektorstroms (ΔI _C ) bei konstantem Emitterstrom IE.

$R_o = \frac{\Delta V_{CB}}{\Delta I_C}$bei konstanter I _E.

• Da der Ausgangswiderstand von sehr hohem Wert ist, eine große Änderung in V _CB erzeugt eine sehr geringe Änderung des Kollektorstrom I _C .

• Diese Konfiguration bietet eine gute Stabilität gegen Temperaturanstieg.

• Die CB-Konfiguration wird für Hochfrequenzanwendungen verwendet.

Common Emitter (CE) -Konfiguration

Der Name selbst impliziert, dass die EmitterDer Anschluss wird als gemeinsamer Anschluss sowohl für den Eingang als auch für den Ausgang des Transistors verwendet. Die gemeinsame Emitterverbindung für NPN- und PNP-Transistoren ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Genau wie in der CB-Konfiguration ist der Emitterübergang in Vorwärtsrichtung und der Kollektorübergang in Rückwärtsrichtung vorgespannt. Der Elektronenfluss wird auf die gleiche Weise gesteuert. Der Eingangsstrom ist der BasisstromI_B und der Ausgangsstrom ist der Kollektorstrom I_C Hier.

Basisstromverstärkungsfaktor (β)

Das Verhältnis der Änderung des Kollektorstroms (ΔI _C ) zur Änderung des Basisstroms (ΔI _B ) ist bekannt alsBase Current Amplification Factor. Es wird mit β bezeichnet.

$$\beta = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_B}$$

Beziehung zwischen β und α

Versuchen wir, die Beziehung zwischen dem Basisstromverstärkungsfaktor und dem Emitterstromverstärkungsfaktor abzuleiten.

$$\beta = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_B}$$

$$\alpha = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_E}$$

$$I_E = I_B + I_C$$

$$\Delta I_E = \Delta I_B + \Delta I_C$$

$$\Delta I_B = \Delta I_E - \Delta I_C$$

Wir können schreiben

$$\beta = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_E - \Delta I_C}$$

Teilen durch ΔI _E.

$$\beta = \frac{\Delta I_C/\Delta I_E}{\frac{\Delta I_E}{\Delta I_E} - \frac{\Delta I_C}{\Delta I_E}}$$

Wir haben

$$\alpha = \Delta I_C / \Delta I_E$$

Deshalb,

$$\beta = \frac{\alpha}{1 - \alpha}$$

Aus der obigen Gleichung ist ersichtlich, dass β unendlich wird, wenn sich α 1 nähert.

Daher, the current gain in Common Emitter connection is very high. Dies ist der Grund, warum diese Schaltungsverbindung hauptsächlich in allen Transistoranwendungen verwendet wird.

Ausdruck für Kollektorstrom

In der Common Emitter-Konfiguration ist I _B der Eingangsstrom und I _C der Ausgangsstrom.

Wir wissen

$$I_E = I_B + I_C$$

Und

$$I_C = \alpha I_E + I_{CBO}$$

$$= \alpha(I_B + I_C) + I_{CBO}$$

$$I_C(1 - \alpha) = \alpha I_B + I_{CBO}$$

$$I_C = \frac{\alpha}{1 - \alpha}I_B + \frac{1}{1 - \alpha}I_{CBO}$$

Wenn der Basisstromkreis offen ist, dh wenn I _B = 0 ist,

Der Kollektor-Emitter-Strom bei offener Basis ist I _CEO

$$I_{CEO} = \frac{1}{1 - \alpha}I_{CBO}$$

Wenn wir den Wert davon in die vorherige Gleichung einsetzen, erhalten wir

$$I_C = \frac{\alpha}{1 - \alpha}I_B + I_{CEO}$$

$$I_C = \beta I_B + I_{CEO}$$

Somit wird die Gleichung für den Kollektorstrom erhalten.

Kniespannung

In der CE-Konfiguration steigt I _C , wenn der Basisstrom I _B konstant gehalten wird, wenn V _CE variiert wird, nahezu auf 1 V von V _{CE an} und bleibt danach konstant. Dieser Wert von V _CE, bis zu dem sich der Kollektorstrom I _C mit V _CE ändert, wird als bezeichnetKnee Voltage. Die Transistoren werden im CE-Betrieb oberhalb dieser Kniespannung betrieben.

Eigenschaften der CE-Konfiguration

• Diese Konfiguration bietet eine gute Stromverstärkung und Spannungsverstärkung.

• Wenn V _CE konstant gehalten wird, steigt der Basisstrom I _B mit einem geringen Anstieg von V _BE schnell an als in CB-Konfigurationen.

• Für jeden Wert von V _CE über Kniespannung, I _C ist ßl ungefähr gleich _B .

• Der Eingangswiderstand R_iist das Verhältnis der Änderung der Basisemitterspannung (ΔV _BE ) zur Änderung des Basisstroms (ΔI _B ) bei konstanter Kollektoremitterspannung V _CE .

$R_i = \frac{\Delta V_{BE}}{\Delta I_B}$bei konstanter V _CE

• Da der Eingangswiderstand einen sehr niedrigen Wert hat, reicht ein kleiner Wert von V _BE aus, um einen großen Stromfluss des Basisstroms I _B zu erzeugen .

• Der Ausgangswiderstand R_oin Kollektor ist das Verhältnis der Veränderung Emitter - Spannung (& Dgr; V _CE ) zu der Änderung des Kollektorstroms (& Dgr; I _C ) bei konstanten I _B .

$R_o = \frac{\Delta V_{CE}}{\Delta I_C}$bei konstanter I _B.

• Da der Ausgangswiderstand der CE-Schaltung geringer ist als der der CB-Schaltung.

• Diese Konfiguration wird normalerweise für Vorspannungsstabilisierungsverfahren und Audiofrequenzanwendungen verwendet.

Common Collector (CC) -Konfiguration

Der Name selbst impliziert, dass die CollectorDer Anschluss wird als gemeinsamer Anschluss sowohl für den Eingang als auch für den Ausgang des Transistors verwendet. Die gemeinsame Kollektorverbindung für NPN- und PNP-Transistoren ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Genau wie bei CB- und CE-Konfigurationen ist der Emitterübergang in Vorwärtsrichtung und der Kollektorübergang in Rückwärtsrichtung vorgespannt. Der Elektronenfluss wird auf die gleiche Weise gesteuert. Der Eingangsstrom ist der BasisstromI_B und der Ausgangsstrom ist der Emitterstrom I_E Hier.

Stromverstärkungsfaktor (γ)

Das Verhältnis der Änderung des Emitterstroms (ΔI _E ) zur Änderung des Basisstroms (ΔI _B ) ist bekannt alsCurrent Amplification factorin der Common Collector (CC) -Konfiguration. Es wird mit γ bezeichnet.

$$\gamma = \frac{\Delta I_E}{\Delta I_B}$$

• Die Stromverstärkung in der CC-Konfiguration ist dieselbe wie in der CE-Konfiguration.
• Die Spannungsverstärkung in der CC-Konfiguration beträgt immer weniger als 1.

Beziehung zwischen γ und α

Versuchen wir, eine Beziehung zwischen γ und α zu ziehen

$$\gamma = \frac{\Delta I_E}{\Delta I_B}$$

$$\alpha = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_E}$$

$$I_E = I_B + I_C$$

$$\Delta I_E = \Delta I_B + \Delta I_C$$

$$\Delta I_B = \Delta I_E - \Delta I_C$$

Wenn wir den Wert von I _{B einsetzen} , erhalten wir

$$\gamma = \frac{\Delta I_E}{\Delta I_E - \Delta I_C}$$

Teilen durch ΔI _E.

$$\gamma = \frac{\Delta I_E / \Delta I_E}{\frac{\Delta I_E}{\Delta I_E} - \frac{\Delta I_C}{\Delta I_E}}$$

$$= \frac{1}{1 - \alpha}$$

$$\gamma = \frac{1}{1 - \alpha}$$

Ausdruck für Kollektorstrom

Wir wissen

$$I_C = \alpha I_E + I_{CBO}$$

$$I_E = I_B + I_C = I_B + (\alpha I_E + I_{CBO})$$

$$I_E(1 - \alpha) = I_B + I_{CBO}$$

$$I_E = \frac{I_B}{1 - \alpha} + \frac{I_{CBO}}{1 - \alpha}$$

$$I_C \cong I_E = (\beta + 1)I_B + (\beta + 1)I_{CBO}$$

Das Obige ist der Ausdruck für den Kollektorstrom.

Eigenschaften der CC-Konfiguration

• Diese Konfiguration bietet eine Stromverstärkung, jedoch keine Spannungsverstärkung.

• In der CC-Konfiguration ist der Eingangswiderstand hoch und der Ausgangswiderstand niedrig.

• Die von dieser Schaltung bereitgestellte Spannungsverstärkung beträgt weniger als 1.

• Die Summe aus Kollektorstrom und Basisstrom entspricht dem Emitterstrom.

• Die Eingangs- und Ausgangssignale sind in Phase.

• Diese Konfiguration funktioniert als nicht invertierender Verstärkerausgang.

• Diese Schaltung wird hauptsächlich zur Impedanzanpassung verwendet. Das heißt, eine niederohmige Last von einer hochohmigen Quelle anzusteuern.

Die Gleichstromversorgung ist für den Betrieb eines Transistors vorgesehen. Diese Gleichstromversorgung wird den beiden PN-Übergängen eines Transistors zugeführt, was die Wirkung von Majoritätsträgern in diesen Emitter- und Kollektorübergängen beeinflusst.

Die Übergänge sind je nach Anforderung vorwärts und rückwärts vorgespannt. Forward biased ist der Zustand, in dem eine positive Spannung an den p-Typ und eine negative Spannung an das n-Typ-Material angelegt wird. Reverse biased ist der Zustand, in dem eine positive Spannung an den n-Typ und eine negative Spannung an das p-Typ-Material angelegt wird.

Transistorvorspannung

Die Versorgung mit geeigneter externer Gleichspannung wird als bezeichnet biasing. Die Emitter- und Kollektorübergänge des Transistors werden entweder vorwärts oder rückwärts vorgespannt.

Diese Vorspannungsverfahren bewirken, dass die Transistorschaltung in vier Arten von Bereichen arbeitet, wie z Active region, Saturation region, Cutoff region und Inverse active region(selten benutzt). Dies wird anhand der folgenden Tabelle verstanden.

Emitter Junction	Collector Junction	Einsatzgebiet
Vorwärts voreingenommen	Vorwärts voreingenommen	Sättigungsbereich
Vorwärts voreingenommen	Rückwärts vorgespannt	Aktive Region
Rückwärts vorgespannt	Vorwärts voreingenommen	Inverse aktive Region
Rückwärts vorgespannt	Rückwärts vorgespannt	Bereich abschneiden

Unter diesen Regionen ist die inverse aktive Region, die nur die Umkehrung der aktiven Region ist, für keine Anwendungen geeignet und wird daher nicht verwendet.

Aktive Region

Dies ist der Bereich, in dem Transistoren viele Anwendungen haben. Dies wird auch als bezeichnetlinear region. Ein Transistor in diesem Bereich wirkt besser alsAmplifier.

Das folgende Schaltbild zeigt einen im aktiven Bereich arbeitenden Transistor.

Dieser Bereich liegt zwischen Sättigung und Cutoff. Der Transistor arbeitet im aktiven Bereich, wenn der Emitterübergang in Vorwärtsrichtung und der Kollektorübergang in Rückwärtsrichtung vorgespannt ist.

Im aktiven Zustand ist der Kollektorstrom das β-fache des Basisstroms, d. H.

$$I_C = \beta I_B$$

Wobei I _C = Kollektorstrom, β = Stromverstärkungsfaktor und I _B = Basisstrom.

Sättigungsbereich

Dies ist der Bereich, in dem sich der Transistor tendenziell als geschlossener Schalter verhält. Der Transistor bewirkt, dass sein Kollektor und sein Emitter kurzgeschlossen werden. Die Kollektor- und Emitterströme sind in dieser Betriebsart maximal.

Die folgende Abbildung zeigt einen Transistor, der im Sättigungsbereich arbeitet.

Der Transistor arbeitet im Sättigungsbereich, wenn sowohl der Emitter- als auch der Kollektorübergang in Vorwärtsrichtung vorgespannt sind.

Im Sättigungsmodus

$$\beta < \frac{I_C}{I_B}$$

Wie im Sättigungsbereich neigt der Transistor dazu, sich wie ein geschlossener Schalter zu verhalten,

$$I_C = I_E$$

Wobei I _C = Kollektorstrom und I _E = Emitterstrom.

Grenzbereich

Dies ist der Bereich, in dem sich der Transistor tendenziell als offener Schalter verhält. Der Transistor bewirkt, dass sein Kollektor und seine Basis geöffnet werden. Die Kollektor-, Emitter- und Basisströme sind in dieser Betriebsart alle Null.

Die folgende Abbildung zeigt einen Transistor, der im Sperrbereich arbeitet.

Der Transistor arbeitet im Sperrbereich, wenn sowohl der Emitter- als auch der Kollektorübergang in Sperrrichtung vorgespannt sind.

Da im Grenzbereich der Kollektorstrom, der Emitterstrom und die Basisströme Null sind, können wir schreiben als

$$I_C = I_E = I_B = 0$$

Wobei I _C = Kollektorstrom, I _E = Emitterstrom und I _B = Basisstrom.

Bisher haben wir verschiedene Betriebsbereiche für einen Transistor diskutiert. Unter all diesen Regionen haben wir jedoch festgestellt, dass der Transistor im aktiven Bereich gut arbeitet und daher auch als bezeichnet wirdlinear region. Die Ausgänge des Transistors sind der Kollektorstrom und die Kollektorspannungen.

Ausgabeeigenschaften

Wenn die Ausgangseigenschaften eines Transistors berücksichtigt werden, sieht die Kurve für verschiedene Eingangswerte wie folgt aus.

In der obigen Abbildung sind die Ausgangskennlinien zwischen dem Kollektorstrom gezeichnet I_C und Kollektorspannung V_CE für verschiedene Werte des Basisstroms I_B. Diese werden hier für unterschiedliche Eingabewerte berücksichtigt, um unterschiedliche Ausgabekurven zu erhalten.

Linie laden

Wenn ein Wert für den maximal möglichen Kollektorstrom berücksichtigt wird, liegt dieser Punkt auf der Y-Achse vor, der nichts anderes als der ist Saturation point. Wenn ein Wert für die maximal mögliche Kollektor-Emitter-Spannung berücksichtigt wird, liegt dieser Punkt auch auf der X-Achse vorCutoff point.

Wenn eine Linie gezeichnet wird, die diese beiden Punkte verbindet, kann eine solche Linie als bezeichnet werden Load line. Dies wird so genannt, da es den Ausgang an der Last symbolisiert. Wenn diese Linie über die Ausgangskennlinie gezogen wird, berührt sie einen Punkt, der als bezeichnet wirdOperating point oder quiescent point oder einfach Q-point.

Das Konzept der Lastlinie kann aus der folgenden Grafik verstanden werden.

Die Lastlinie wird durch Verbinden der Sättigungs- und Grenzpunkte gezogen. Die Region, die zwischen diesen beiden liegt, ist dielinear region. Ein Transistor wirkt in diesem linearen Bereich als guter Verstärker.

Wenn diese Lastlinie nur gezogen wird, wenn dem Transistor eine Gleichstromvorspannung gegeben wird, aber no input Wenn ein Signal angelegt wird, wird eine solche Lastleitung als bezeichnet DC load line. Während die Lastlinie unter den Bedingungen gezogen wird, wenn eininput signal zusammen mit den angelegten Gleichspannungen wird eine solche Leitung als bezeichnet AC load line.

DC-Lastleitung

Wenn dem Transistor die Vorspannung gegeben wird und an seinem Eingang kein Signal angelegt wird, kann die unter solchen Bedingungen gezeichnete Lastlinie als verstanden werden DCBedingung. Hier wird es keine Verstärkung geben wie diesignal is absent. Die Schaltung wird wie unten gezeigt sein.

Der Wert der Kollektor-Emitter-Spannung zu einem bestimmten Zeitpunkt ist

$$V_{CE} = V_{CC} - I_C R_C$$

Da V _CC und R _C feste Werte sind, ist die obige eine Gleichung ersten Grades und daher eine gerade Linie in den Ausgangseigenschaften. Diese Zeile heißtD.C. Load line. Die folgende Abbildung zeigt die DC-Lastleitung.

Um die Lastlinie zu erhalten, sind die beiden Endpunkte der Geraden zu bestimmen. Diese beiden Punkte seien A und B.

Um A zu erhalten

Wenn Kollektor - Emitter - Spannung V _CE = 0 ist , ist der Kollektorstrom Maximum und ist gleich V _CC / R _C . Dies ergibt den Maximalwert von V _CE . Dies wird als angezeigt

$$V_{CE} = V_{CC} - I_C R_C$$

$$0 = V_{CC} - I_C R_C$$

$$I_C = V_{CC}/R_C$$

This gives the point A (OA = V_CC/R_C) on collector current axis, shown in the above figure.

To obtain B

When the collector current I_C = 0, then collector emitter voltage is maximum and will be equal to the V_CC. This gives the maximum value of I_C. This is shown as

$$V_{CE} = V_{CC} - I_C R_C$$

$$= V_{CC}$$

(AS I_C = 0)

This gives the point B, which means (OB = V_CC) on the collector emitter voltage axis shown in the above figure.

Hence we got both the saturation and cutoff point determined and learnt that the load line is a straight line. So, a DC load line can be drawn.

AC Load Line

The DC load line discussed previously, analyzes the variation of collector currents and voltages, when no AC voltage is applied. Whereas the AC load line gives the peak-to-peak voltage, or the maximum possible output swing for a given amplifier.

We shall consider an AC equivalent circuit of a CE amplifier for our understanding.

From the above figure,

$$V_{CE} = (R_C // R_1) \times I_C$$

$$r_C = R_C // R_1$$

For a transistor to operate as an amplifier, it should stay in active region. The quiescent point is so chosen in such a way that the maximum input signal excursion is symmetrical on both negative and positive half cycles.

Hence,

$V_{max} = V_{CEQ}$ and $V_{min} = -V_{CEQ}$

Where V_CEQ is the emitter-collector voltage at quiescent point

The following graph represents the AC load line which is drawn between saturation and cut off points.

From the graph above, the current IC at the saturation point is

$$I_{C(sat)} = I_{CQ} + (V_{CEQ}/r_C)$$

The voltage V_CE at the cutoff point is

$$V_{CE(off)} = V_{CEQ} + I_{CQ}r_C$$

Hence the maximum current for that corresponding V_CEQ = V_CEQ / (R_C // R₁) is

$$I_{CQ} = I_{CQ} * (R_C // R_1)$$

Hence by adding quiescent currents the end points of AC load line are

$$I_{C(sat)} = I_{CQ} + V_{CEQ}/ (R_C // R_1)$$

$$V_{CE(off)} = V_{CEQ} + I_{CQ} * (R_C // R_1)$$

AC and DC Load Line

When AC and DC Load lines are represented in a graph, it can be understood that they are not identical. Both of these lines intersect at the Q-point or quiescent point. The endpoints of AC load line are saturation and cut off points. This is understood from the figure below.

From the above figure, it is understood that the quiescent point (the dark dot) is obtained when the value of base current IB is 10mA. This is the point where both the AC and DC load lines intersect.

In the next chapter, we will discuss the concept of quiescent point or the operating point in detail.

When a line is drawn joining the saturation and cut off points, such a line can be called as Load line. This line, when drawn over the output characteristic curve, makes contact at a point called as Operating point.

This operating point is also called as quiescent point or simply Q-point. There can be many such intersecting points, but the Q-point is selected in such a way that irrespective of AC signal swing, the transistor remains in the active region.

The following graph shows how to represent the operating point.

The operating point should not get disturbed as it should remain stable to achieve faithful amplification. Hence the quiescent point or Q-point is the value where the Faithful Amplification is achieved.

Faithful Amplification

The process of increasing the signal strength is called as Amplification. This amplification when done without any loss in the components of the signal, is called as Faithful amplification.

Faithful amplification is the process of obtaining complete portions of input signal by increasing the signal strength. This is done when AC signal is applied at its input.

In the above graph, the input signal applied is completely amplified and reproduced without any losses. This can be understood as Faithful Amplification.

The operating point is so chosen such that it lies in the active region and it helps in the reproduction of complete signal without any loss.

If the operating point is considered near saturation point, then the amplification will be as under.

If the operation point is considered near cut off point, then the amplification will be as under.

Hence the placement of operating point is an important factor to achieve faithful amplification. But for the transistor to function properly as an amplifier, its input circuit (i.e., the base-emitter junction) remains forward biased and its output circuit (i.e., collector-base junction) remains reverse biased.

The amplified signal thus contains the same information as in the input signal whereas the strength of the signal is increased.

Key factors for Faithful Amplification

To ensure faithful amplification, the following basic conditions must be satisfied.

• Proper zero signal collector current
• Minimum proper base-emitter voltage (V_BE) at any instant.
• Minimum proper collector-emitter voltage (V_CE) at any instant.

The fulfillment of these conditions ensures that the transistor works over the active region having input forward biased and output reverse biased.

Proper Zero Signal Collector Current

In order to understand this, let us consider a NPN transistor circuit as shown in the figure below. The base-emitter junction is forward biased and the collector-emitter junction is reverse biased. When a signal is applied at the input, the base-emitter junction of the NPN transistor gets forward biased for positive half cycle of the input and hence it appears at the output.

For negative half cycle, the same junction gets reverse biased and hence the circuit doesn’t conduct. This leads to unfaithful amplification as shown in the figure below.

Let us now introduce a battery V_BB in the base circuit. The magnitude of this voltage should be such that the base-emitter junction of the transistor should remain in forward biased, even for negative half cycle of input signal. When no input signal is applied, a DC current flows in the circuit, due to V_BB. This is known as zero signal collector current I_C.

During the positive half cycle of the input, the base-emitter junction is more forward biased and hence the collector current increases. During the negative half cycle of the input, the input junction is less forward biased and hence the collector current decreases. Hence both the cycles of the input appear in the output and hence faithful amplification results, as shown in the below figure.

Hence for faithful amplification, proper zero signal collector current must flow. The value of zero signal collector current should be at least equal to the maximum collector current due to the signal alone.

Proper Minimum V_BE at any instant

The minimum base to emitter voltage V_BE should be greater than the cut-in voltage for the junction to be forward biased. The minimum voltage needed for a silicon transistor to conduct is 0.7v and for a germanium transistor to conduct is 0.5v. If the base-emitter voltage V_BE is greater than this voltage, the potential barrier is overcome and hence the base current and collector currents increase sharply.

Hence if V_BE falls low for any part of the input signal, that part will be amplified to a lesser extent due to the resultant small collector current, which results in unfaithful amplification.

Proper Minimum V_CE at any instant

To achieve a faithful amplification, the collector emitter voltage V_CE should not fall below the cut-in voltage, which is called as Knee Voltage. If V_CE is lesser than the knee voltage, the collector base junction will not be properly reverse biased. Then the collector cannot attract the electrons which are emitted by the emitter and they will flow towards base which increases the base current. Thus the value of β falls.

Therefore, if V_CE falls low for any part of the input signal, that part will be multiplied to a lesser extent, resulting in unfaithful amplification. So if V_CE is greater than V_KNEE the collector-base junction is properly reverse biased and the value of β remains constant, resulting in faithful amplification.

For a transistor to act as an amplifier, it should be properly biased. We will discuss the need for proper biasing in the next chapter. Here, let us focus how a transistor works as an amplifier.

Transistor Amplifier

A transistor acts as an amplifier by raising the strength of a weak signal. The DC bias voltage applied to the emitter base junction, makes it remain in forward biased condition. This forward bias is maintained regardless of the polarity of the signal. The below figure shows how a transistor looks like when connected as an amplifier.

The low resistance in input circuit, lets any small change in input signal to result in an appreciable change in the output. The emitter current caused by the input signal contributes the collector current, which when flows through the load resistor R_L, results in a large voltage drop across it. Thus a small input voltage results in a large output voltage, which shows that the transistor works as an amplifier.

Example

Let there be a change of 0.1v in the input voltage being applied, which further produces a change of 1mA in the emitter current. This emitter current will obviously produce a change in collector current, which would also be 1mA.

A load resistance of 5kΩ placed in the collector would produce a voltage of

5 kΩ × 1 mA = 5V

Hence it is observed that a change of 0.1v in the input gives a change of 5v in the output, which means the voltage level of the signal is amplified.

Performance of Amplifier

As the common emitter mode of connection is mostly adopted, let us first understand a few important terms with reference to this mode of connection.

Input Resistance

As the input circuit is forward biased, the input resistance will be low. The input resistance is the opposition offered by the base-emitter junction to the signal flow.

By definition, it is the ratio of small change in base-emitter voltage (ΔV_BE) to the resulting change in base current (ΔI_B) at constant collector-emitter voltage.

Input resistance, $R_i = \frac{\Delta V_{BE}}{\Delta I_B}$

Where R_i = input resistance, V_BE = base-emitter voltage, and I_B = base current.

Output Resistance

The output resistance of a transistor amplifier is very high. The collector current changes very slightly with the change in collector-emitter voltage.

Per Definition ist es das Verhältnis der Änderung der Kollektor-Emitter-Spannung (ΔV _CE ) zur resultierenden Änderung des Kollektorstroms (ΔI _C ) bei konstantem Basisstrom.

Ausgangswiderstand = $R_o = \frac{\Delta V_{CE}}{\Delta I_C}$

Wobei R _o = Ausgangswiderstand, V _CE = Kollektor-Emitter-Spannung und I _C = Kollektor-Emitter-Spannung.

Effektive Kollektorlast

Die Last ist am Kollektor eines Transistors angeschlossen, und bei einem einstufigen Verstärker wird die Ausgangsspannung vom Kollektor des Transistors und bei einem mehrstufigen Verstärker von einer kaskadierten Stufe einer Transistorschaltung gesammelt.

Per Definition ist es die Gesamtlast, wie sie vom Wechselstromkollektorstrom gesehen wird. Bei einstufigen Verstärkern ist die effektive Kollektorlast eine parallele Kombination von R _C und R _o .

Effektive Kollektorlast, $R_{AC} = R_C // R_o$

$$= \frac{R_C \times R_o}{R_C + R_o} = R_{AC}$$

Daher für einen einstufigen Verstärker, ist wirksam Last Kollektorlast R gleich _C .

In einem mehrstufigen Verstärker (dh mit mehr als einer Verstärkungsstufe) kommt auch der Eingangswiderstand R _i der nächsten Stufe ins Bild.

Die effektive Kollektorlast wird zu einer parallelen Kombination von R _C , R _o und R _i, dh

Effektive Kollektorlast, $R_{AC} = R_C // R_o // R_i$

$$R_C // R_i = \frac{R_C R_i}{R_C + R_i}$$

Da der Eingangswiderstand R _i ziemlich klein ist, wird die effektive Last verringert.

Stromgewinn

Die Stromverstärkung, wenn die Änderungen der Eingangs- und Ausgangsströme beobachtet werden, wird als bezeichnet Current gain. Per Definition ist es das Verhältnis der Änderung des Kollektorstroms (ΔI _C ) zur Änderung des Basisstroms (ΔI _B ).

Stromverstärkung, $\beta = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_B}$

Der Wert von β reicht von 20 bis 500. Die Stromverstärkung zeigt an, dass der Eingangsstrom im Kollektorstrom β-mal wird.

Spannungsverstärkung

Die Spannungsverstärkung, wenn die Änderungen der Eingangs- und Ausgangsströme beobachtet werden, wird als bezeichnet Voltage gain. Per Definition ist es das Verhältnis der Änderung der Ausgangsspannung (ΔV _CE ) zur Änderung der Eingangsspannung (ΔV _BE ).

Spannungsverstärkung, $A_V = \frac{\Delta V_{CE}}{\Delta V_{BE}}$

$$= \frac{Change \: in\: output \: current \times effective\: load}{Change \: in\: input \: current \times input \: resistance}$$

$$= \frac{\Delta I_C \times R_{AC}}{\Delta I_B \times R_i} = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_B} \times \frac{R_{AC}}{R_i} = \beta \times \frac{R_{AC}}{R_i}$$

Für eine einzelne Stufe R _AC = R _C .

Für mehrstufige

$$R_{AC} = \frac{R_C \times R_i}{R_C + R_i}$$

Wobei R _i der Eingangswiderstand der nächsten Stufe ist.

Power Gain

Der Leistungsgewinn in Bezug auf die Änderung der Eingangs- und Ausgangsströme wird als bezeichnet Power gain.

Per Definition ist es das Verhältnis der Ausgangssignalleistung zur Eingangssignalleistung.

Leistungsgewinn, $A_P = \frac{(\Delta I_C)^2 \times R_{AC}}{(\Delta I_B)^2 \times R_i}$

$$= \left ( \frac{\Delta I_C}{\Delta I_B} \right ) \times \frac{\Delta I_C \times R_{AC}}{\Delta I_B \times R_i}$$

= Stromverstärkung × Spannungsverstärkung

Daher sind dies alle wichtigen Begriffe, die sich auf die Leistung von Verstärkern beziehen.

Vorspannung ist der Prozess der Bereitstellung von Gleichspannung, die das Funktionieren der Schaltung unterstützt. Ein Transistor basiert darauf, dass der Emitter-Basisübergang in Vorwärtsrichtung vorgespannt und der Kollektor-Basisübergang in Rückwärtsrichtung vorgespannt wird, so dass er im aktiven Bereich bleibt, um als Verstärker zu arbeiten.

Im vorherigen Kapitel haben wir erklärt, wie ein Transistor als guter Verstärker fungiert, wenn sowohl der Eingangs- als auch der Ausgangsabschnitt vorgespannt sind.

Transistorvorspannung

Der ordnungsgemäße Fluss des Nullsignalkollektorstroms und die Aufrechterhaltung der richtigen Kollektoremitterspannung während des Signaldurchgangs ist bekannt als Transistor Biasing. Die Schaltung, die eine Transistorvorspannung bereitstellt, wird als bezeichnetBiasing Circuit.

Notwendigkeit einer DC-Vorspannung

Wenn am Eingang von BJT ein Signal mit sehr kleiner Spannung anliegt, kann es nicht verstärkt werden. Denn für ein BJT müssen zwei Bedingungen erfüllt sein, um ein Signal zu verstärken.

• Die Eingangsspannung sollte überschreiten cut-in voltage für den Transistor zu sein ON.

• Der BJT sollte in der sein active region, betrieben werden als amplifier.

Wenn geeignete Gleichspannungen und -ströme durch externe Quellen durch BJT gegeben werden, so dass BJT im aktiven Bereich arbeitet und die zu verstärkenden Wechselstromsignale überlagert, kann dieses Problem vermieden werden. Die gegebene Gleichspannung und die gegebenen Gleichströme werden so gewählt, dass der Transistor während des gesamten Eingangswechselzyklus im aktiven Bereich bleibt. Daher ist eine Gleichstromvorspannung erforderlich.

Die folgende Abbildung zeigt einen Transistorverstärker, der sowohl an den Eingangs- als auch an den Ausgangsschaltungen mit Gleichstromvorspannung versehen ist.

Damit ein Transistor als originalgetreuer Verstärker betrieben werden kann, sollte der Arbeitspunkt stabilisiert werden. Lassen Sie uns einen Blick auf die Faktoren werfen, die die Stabilisierung des Betriebspunkts beeinflussen.

Faktoren, die den Betriebspunkt beeinflussen

Der Hauptfaktor, der den Betriebspunkt beeinflusst, ist die Temperatur. Der Betriebspunkt verschiebt sich aufgrund von Temperaturänderungen.

Mit steigender Temperatur werden die Werte von I _CE , β, V _BE beeinflusst.

• I _CBO wird verdoppelt (für jede 10 ^o Erhöhung)
• V _BE nimmt um 2,5 mV ab (für jeden Anstieg von 1 ^o )

Das Hauptproblem, das den Betriebspunkt beeinflusst, ist also die Temperatur. Daher sollte der Betriebspunkt von der Temperatur unabhängig gemacht werden, um Stabilität zu erreichen. Um dies zu erreichen, werden Vorspannungsschaltungen eingeführt.

Stabilisierung

Der Prozess, den Betriebspunkt unabhängig von Temperaturänderungen oder Variationen der Transistorparameter zu machen, ist bekannt als Stabilization.

Sobald die Stabilisierung erreicht ist, werden die Werte von I _C und V _CE unabhängig von Temperaturschwankungen oder dem Austausch des Transistors. Eine gute Vorspannungsschaltung hilft bei der Stabilisierung des Betriebspunkts.

Notwendigkeit einer Stabilisierung

Die Stabilisierung des Betriebspunktes muss aus folgenden Gründen erreicht werden.

• Temperaturabhängigkeit von I _C.
• Individuelle Variationen
• Thermisches Durchgehen

Lassen Sie uns diese Konzepte im Detail verstehen.

Temperaturabhängigkeit von I _C.

Wie der Ausdruck für I Kollektorstrom _C ist

$$I_C = \beta I_B + I_{CEO}$$

$$= \beta I_B + (\beta + 1) I_{CBO}$$

Der Kollektorleckstrom I _CBO wird stark von Temperaturschwankungen beeinflusst. Um dies zu erreichen, werden die Vorspannungsbedingungen so eingestellt, dass der Nullsignalkollektorstrom I _C = 1 mA ist. Daher muss der Betriebspunkt stabilisiert werden, dh es ist notwendig, I _C konstant zu halten .

Individuelle Variationen

Da der Wert von β und der Wert von V _BE nicht für jeden Transistor gleich sind, neigt der Betriebspunkt dazu, sich zu ändern, wenn ein Transistor ersetzt wird. Daher ist es notwendig, den Arbeitspunkt zu stabilisieren.

Thermal Runaway

Wie der Ausdruck für I Kollektorstrom _C ist

$$I_C = \beta I_B + I_{CEO}$$

$$= \beta I_B + (\beta + 1)I_{CBO}$$

Der Fluss des Kollektorstroms und auch der Kollektorleckstrom verursachen eine Wärmeableitung. Wenn der Betriebspunkt nicht stabilisiert ist, tritt ein kumulativer Effekt auf, der diese Wärmeableitung erhöht.

Die Selbstzerstörung eines solchen instabilisierten Transistors ist bekannt als Thermal run away.

Um zu vermeiden thermal runawayund die Zerstörung des Transistors ist es notwendig, den Arbeitspunkt zu stabilisieren, dh I _C konstant zu halten .

Stabilitätsfaktor

Es versteht sich, dass I _C trotz Variationen von I _CBO oder I _CO konstant gehalten werden sollte . Inwieweit es einer Vorspannungsschaltung gelingt, dies aufrechtzuerhalten, wird gemessen anStability factor. Es bezeichnet mitS.

Per Definition wird die Änderungsrate des Kollektorstroms I _C in Bezug auf den Kollektorleckstrom I _CO bei konstantem β und I _B genanntStability factor.

$S = \frac{d I_C}{d I_{CO}}$bei konstantem I _B und β

Daher können wir verstehen, dass jede Änderung des Kollektorleckstroms den Kollektorstrom in hohem Maße verändert. Der Stabilitätsfaktor sollte so niedrig wie möglich sein, damit der Kollektorstrom nicht beeinträchtigt wird. S = 1 ist der ideale Wert.

Der allgemeine Ausdruck des Stabilitätsfaktors für eine CE-Konfiguration kann wie folgt erhalten werden.

$$I_C = \beta I_B + (\beta + 1)I_{CO}$$

Wenn wir den obigen Ausdruck in Bezug auf I _{C unterscheiden} , erhalten wir

$$1 = \beta \frac{d I_B}{d I_C} + (\beta + 1)\frac{d I_{CO}}{dI_C}$$

Oder

$$1 = \beta \frac{d I_B}{d I_C} + \frac{(\beta + 1)}{S}$$

Schon seit $\frac{d I_{CO}}{d I_C} = \frac{1}{S}$

Oder

$$S = \frac{\beta + 1}{1 - \beta \left (\frac{d I_B}{d I_C} \right )}$$

Daher hängt der Stabilitätsfaktor S von β, I _B und I _{C ab} .

Die Vorspannung in Transistorschaltungen erfolgt unter Verwendung von zwei Gleichstromquellen V _BB und V _CC . Es ist wirtschaftlich, die Gleichstromquelle auf eine Versorgung anstatt auf zwei zu minimieren, was auch die Schaltung einfach macht.

Die üblicherweise verwendeten Verfahren zur Transistorvorspannung sind

• Basiswiderstandsmethode
• Vorspannung von Kollektor zu Basis
• Vorspannung mit Kollektor-Rückkopplungswiderstand
• Spannungsteilervorspannung

Alle diese Verfahren haben das gleiche Grundprinzip, um den erforderlichen Wert von I _B und I _C aus V _CC unter den Nullsignalbedingungen zu erhalten.

Basiswiderstandsmethode

Bei diesem Verfahren wird , wie der Name schon sagt , ein Widerstand R _B mit hohem Widerstand in die Basis geschaltet. Der erforderliche Nullsignal-Basisstrom wird von V _CC bereitgestellt, das durch R _B fließt . Der Basis-Emitter-Übergang ist in Vorwärtsrichtung vorgespannt, da die Basis in Bezug auf den Emitter positiv ist.

Der erforderliche Wert des Nullsignal- Basisstroms und damit des Kollektorstroms (als I _C = βI _B ) kann durch Auswahl des richtigen Werts des Basiswiderstands RB zum Fließen gebracht werden. Daher ist der Wert von R _B bekannt. Die folgende Abbildung zeigt, wie ein Basiswiderstandsverfahren zum Vorspannen von Schaltungen aussieht.

Sei I _C der erforderliche Nullsignal-Kollektorstrom. Deshalb,

$$I_B = \frac{I_C}{\beta}$$

Betrachtet man den geschlossenen Stromkreis von V _CC , Basis, Emitter und Masse, so ergibt sich unter Anwendung des Kirchhoffschen Spannungsgesetzes Folgendes:

$$V_{CC} = I_B R_B + V_{BE}$$

Oder

$$I_B R_B = V_{CC} - V_{BE}$$

Deshalb

$$R_B = \frac{V_{CC} - V_{BE}}{I_B}$$

Da V _BE im Vergleich zu V _CC im Allgemeinen ziemlich klein ist , kann das erstere mit geringem Fehler vernachlässigt werden. Dann,

$$R_B = \frac{V_{CC}}{I_B}$$

Wir wissen, dass V _CC eine feste bekannte Größe ist und I _B bei einem geeigneten Wert gewählt wird. Da R _B direkt gefunden werden kann, wird diese Methode als bezeichnetfixed bias method.

Stabilitätsfaktor

$$S = \frac{\beta + 1}{1 - \beta \left ( \frac{d I_B}{d I_C} \right )}$$

Bei der Vorspannungsmethode mit fester Vorspannung ist I _B unabhängig von I _C, so dass

$$\frac{d I_B}{d I_C} = 0$$

Einsetzen des obigen Wertes in die vorherige Gleichung,

Stabilitätsfaktor, $S = \beta + 1$

Somit ist der Stabilitätsfaktor in einer festen Vorspannung (β + 1), was bedeutet, dass sich I _C (β + 1) mal so stark ändert wie jede Änderung von I _CO .

Vorteile

• Die Schaltung ist einfach.
• _Es ist nur ein Widerstand R _E erforderlich.
• Die Vorspannungsbedingungen können leicht eingestellt werden.
• Kein Belastungseffekt, da am Basis-Emitter-Übergang kein Widerstand vorhanden ist.

Nachteile

• Die Stabilisierung ist schlecht, da die Wärmeentwicklung nicht gestoppt werden kann.

• Der Stabilitätsfaktor ist sehr hoch. Es besteht also eine hohe Wahrscheinlichkeit, dass die Wärme wegläuft.

Daher wird dieses Verfahren selten angewendet.

Sammler zur Basisvorspannung

Die Kollektor-Basis-Vorspannungsschaltung ist dieselbe wie die Basis-Vorspannungsschaltung, außer dass der Basiswiderstand R _B zum Kollektor und nicht zur V _CC- Versorgung zurückgeführt wird, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Diese Schaltung trägt zur erheblichen Verbesserung der Stabilität bei. Wenn der Wert von I _C ansteigt, steigt die Spannung über R _L an und daher steigt auch der V _CE an. Dies wiederum verringert den Basisstrom I _B . Diese Aktion kompensiert den ursprünglichen Anstieg etwas.

Der erforderliche Wert von R _{B, der} benötigt wird, um den Nullsignal-Kollektorstrom I _{C zu ergeben,} kann wie folgt berechnet werden.

Der Spannungsabfall über R _L beträgt

$$R_L = (I_C + I_B)R_L \cong I_C R_L$$

Aus der Figur,

$$I_C R_L + I_B R_B + V_{BE} = V_{CC}$$

Oder

$$I_B R_B = V_{CC} - V_{BE} - I_C R_L$$

Deshalb

$$R_B = \frac{V_{CC} - V_{BE} - I_C R_L}{I_B}$$

Oder

$$R_B = \frac{(V_{CC} - V_{BE} - I_C R_L)\beta}{I_C}$$

Wir haben KVL angewendet

$$(I_B + I_C)R_L + I_B R_B + V_{BE} = V_{CC}$$

Oder

$$I_B(R_L + R_B) + I_C R_L + V_{BE} = V_{CC}$$

Deshalb

$$I_B = \frac{V_{CC} - V_{BE} - I_C R_L}{R_L + R_B}$$

Da V _BE nahezu unabhängig vom Kollektorstrom ist, erhalten wir

$$\frac{d I_B}{d I_C} = - \frac{R_L}{R_L + R_B}$$

Wir wissen das

$$S = \frac{1 + \beta}{1 - \beta (d I_B / d I_C)}$$

Deshalb

$$S = \frac{1 + \beta}{1 + \beta \left ( \frac{R_L}{R_L + R_B} \right )}$$

Dieser Wert ist kleiner als (1 + β), der für eine Schaltung mit fester Vorspannung erhalten wird. Somit ergibt sich eine Verbesserung der Stabilität.

Diese Schaltung liefert eine negative Rückkopplung, die die Verstärkung des Verstärkers verringert. Somit wird die erhöhte Stabilität des Kollektors gegenüber der Basisvorspannungsschaltung auf Kosten der Wechselspannungsverstärkung erhalten.

Vorspannung mit Kollektor-Rückkopplungswiderstand

Bei diesem Verfahren ist das eine Ende des Basiswiderstands R _B mit der Basis und das andere mit dem Kollektor verbunden, wie der Name schon sagt. In dieser Schaltung wird der Nullsignal-Basisstrom durch V _{CB bestimmt,} jedoch nicht durch V _CC .

Es ist klar, dass V _CB den Basis-Emitter-Übergang vorwärts vorspannt und daher der Basisstrom I _B durch R _B fließt . Dies bewirkt, dass der Nullsignal-Kollektorstrom in der Schaltung fließt. Die folgende Abbildung zeigt die Vorspannung mit Kollektor-Rückkopplungswiderstandsschaltung.

Der erforderliche Wert von R _{B, der} benötigt wird, um den Nullsignalstrom I _C zu ergeben, kann wie folgt bestimmt werden.

$$V_{CC} = I_C R_C + I_B R_B + V_{BE}$$

Oder

$$R_B = \frac{V_{CC} - V_{BE} - I_C R_C}{I_B}$$

$$= \frac{V_{CC} - V_{BE} - \beta I_B R_C}{I_B}$$

Schon seit $I_C = \beta I_B$

Alternative,

$$V_{CE} = V_{BE} + V_{CB}$$

Oder

$$V_{CB} = V_{CE} - V_{BE}$$

Schon seit

$$R_B = \frac{V_{CB}}{I_B} = \frac{V_{CE} - V_{BE}}{I_B}$$

Wo

$$I_B = \frac{I_C}{\beta}$$

Mathematisch,

Stabilitätsfaktor, $S < (\beta + 1)$

Daher bietet dieses Verfahren eine bessere thermische Stabilität als die feste Vorspannung.

Die Q-Punkt-Werte für die Schaltung sind wie folgt dargestellt

$$I_C = \frac{V_{CC} - V_{BE}}{R_B/ \beta + R_C}$$

$$V_{CE} = V_{CC} - I_C R_C$$

Vorteile

• Die Schaltung ist einfach, da nur ein Widerstand benötigt wird.
• Diese Schaltung bietet eine gewisse Stabilisierung für kleinere Änderungen.

Nachteile

• Die Schaltung bietet keine gute Stabilisierung.
• Die Schaltung liefert eine negative Rückkopplung.

Spannungsteiler-Vorspannungsmethode

Unter allen Methoden zur Bereitstellung von Vorspannung und Stabilisierung ist die voltage divider bias methodist der prominenteste. Hier werden zwei Widerstände R ₁ und R ₂ verwendet, die mit V _{CC verbunden sind} und eine Vorspannung bereitstellen. Der im Emitter verwendete Widerstand R _E sorgt für eine Stabilisierung.

Der Name Spannungsteiler stammt von dem durch R ₁ und R ₂ gebildeten Spannungsteiler . Der Spannungsabfall über R _{2 in} Vorwärtsrichtung spannt den Basis-Emitter-Übergang vor. Dies bewirkt, dass der Basisstrom und damit der Kollektorstrom unter den Nullsignalbedingungen fließt. Die folgende Abbildung zeigt die Schaltung des Spannungsteiler-Vorspannungsverfahrens.

Angenommen, der durch den Widerstand R ₁ fließende Strom ist I ₁ . Da der Basisstrom I _B sehr klein ist, kann daher mit hinreichender Genauigkeit angenommen werden, dass der durch R ₂ fließende Strom auch I _{1 ist} .

Versuchen wir nun, die Ausdrücke für Kollektorstrom und Kollektorspannung abzuleiten.

Kollektorstrom, I _C.

Aus der Schaltung ist ersichtlich, dass

$$I_1 = \frac{V_{CC}}{R_1 + R_2}$$

Daher wird die Spannung über den Widerstand R ₂ ist

$$V_2 = \left ( \frac{V_{CC}}{R_1 + R_2}\right ) R_2$$

Anwenden des Kirchhoffschen Spannungsgesetzes auf die Basisschaltung,

$$V_2 = V_{BE} + V_E$$

$$V_2 = V_{BE} + I_E R_E$$

$$I_E = \frac{V_2 - V_{BE}}{R_E}$$

Da I _E ≈ I _C ,

$$I_C = \frac{V_2 - V_{BE}}{R_E}$$

Aus dem obigen Ausdruck ist ersichtlich, dass I _C nicht von β abhängt. V _BE ist sehr klein, so dass I _C überhaupt nicht von V _BE betroffen ist . Somit ist I _C in dieser Schaltung nahezu unabhängig von Transistorparametern und somit wird eine gute Stabilisierung erreicht.

Kollektor-Emitter-Spannung, V _CE

Anwenden des Kirchhoffschen Spannungsgesetzes auf die Kollektorseite,

$$V_{CC} = I_C R_C + V_{CE} + I_E R_E$$

Da ich _E ≅ I _C.

$$= I_C R_C + V_{CE} + I_C R_E$$

$$= I_C(R_C + R_E) + V_{CE}$$

Deshalb,

$$V_{CE} = V_{CC} - I_C(R_C + R_E)$$

R _E bietet eine ausgezeichnete Stabilisierung in dieser Schaltung.

$$V_2 = V_{BE} + I_C R_E$$

Angenommen, die Temperatur steigt an, dann nimmt der Kollektorstrom I _C ab, wodurch der Spannungsabfall über R _E zunimmt. Da der Spannungsabfall an R ₂ V _{2 ist} , der von I _C unabhängig ist , nimmt der Wert von V _BE ab. Der reduzierte Wert von I _B neigt dazu, I _C auf den ursprünglichen Wert zurückzusetzen.

Stabilitätsfaktor

Die Gleichung für Stability factor dieser Schaltung wird erhalten als

Stabilitätsfaktor = $S = \frac{(\beta + 1) (R_0 + R_3)}{R_0 + R_E + \beta R_E}$

$$= (\beta + 1) \times \frac{1 + \frac{R_0}{R_E}}{\beta + 1 + \frac{R_0}{R_E}}$$

Wo

$$R_0 = \frac{R_1 R_2}{R_1 + R_2}$$

Wenn das Verhältnis R ₀ / R _E sehr klein ist, kann R0 / RE im Vergleich zu 1 vernachlässigt werden und der Stabilitätsfaktor wird

Stabilitätsfaktor = $S = (\beta + 1) \times \frac{1}{\beta + 1} = 1$

Dies ist der kleinstmögliche Wert von S und führt zu einer maximal möglichen thermischen Stabilität.

Bisher haben wir verschiedene Stabilisierungstechniken gesehen. Die Stabilisierung erfolgt aufgrund negativer Rückkopplungswirkung. Die negative Rückkopplung verbessert zwar die Stabilität des Betriebspunkts, verringert jedoch die Verstärkung des Verstärkers.

Da die Verstärkung des Verstärkers eine sehr wichtige Überlegung ist, werden einige Kompensationstechniken verwendet, um eine ausgezeichnete Vorspannung und thermische Stabilisierung aufrechtzuerhalten. Lassen Sie uns nun solche Bias-Kompensationstechniken durchgehen.

Diodenkompensation für Instabilität

Dies sind die Schaltungen, die Kompensationstechniken unter Verwendung von Dioden implementieren, um die Vorspannungsinstabilität zu behandeln. Die Stabilisierungstechniken beziehen sich auf die Verwendung von Widerstandsvorspannungsschaltungen, die es I _{B ermöglichen,} zu variieren, um I _C relativ konstant zu halten .

Es gibt zwei Arten von Diodenkompensationsmethoden. Sie sind -

• Diodenkompensation für Instabilität aufgrund von V _BE- Variation
• Diodenkompensation für Instabilität aufgrund von I _CO -Variation

Lassen Sie uns diese beiden Kompensationsmethoden im Detail verstehen.

Diodenkompensation für Instabilität aufgrund von V _BE- Variation

In einem Siliziumtransistor, die Änderungen in dem Wert von V _BE Ergebnisse in den Änderungen in I _C . In der Emitterschaltung kann eine Diode verwendet werden, um die Schwankungen von V _BE oder I _CO zu kompensieren . Da die verwendete Diode und der verwendete Transistor aus demselben Material bestehen, hat die Spannung V _D über der Diode den gleichen Temperaturkoeffizienten wie V _BE des Transistors.

Die folgende Abbildung zeigt die Selbstvorspannung mit Stabilisierung und Kompensation.

Die Diode D ist durch die Quelle V _DD und den Widerstand R _{D in} Vorwärtsrichtung vorgespannt . Die Variation von V _BE mit der Temperatur ist dieselbe wie die Variation von V _D mit der Temperatur, daher bleibt die Menge (V _BE - V _D ) konstant. Der Strom I _C bleibt also trotz der Variation von V _BE konstant .

Diodenkompensation für Instabilität aufgrund von I _CO -Variation

Die folgende Abbildung zeigt das Schaltbild eines Transistorverstärkers mit Diode D, der zur Kompensation der Variation von I _{CO verwendet wird} .

Der Sperrstrom I _O der Diode steigt also mit der Temperatur mit der gleichen Geschwindigkeit an wie der Sättigungsstrom I _CO des Transistorkollektors .

$$I = \frac{V_{CC} - V_{BE}}{R} \cong \frac{V_{CC}}{R} = Constant$$

Die Diode D umgekehrt vorgespannt durch V _BE und der Strom durch es ist der umgekehrte Sättigungsstrom I _O .

Jetzt ist der Basisstrom,

$$I_B = I - I_O$$

Ersetzen des Kollektorstroms durch den obigen Wert im Ausdruck.

$$I_C = \beta (I - I_O) + (1 + \beta)I_{CO}$$

Wenn β ≫ 1 ist,

$$I_C = \beta I - \beta I_O + \beta I_{CO}$$

Iist nahezu konstant und wenn sich I _O der Diode und I _CO des Transistors über den Betriebstemperaturbereich verfolgen, bleibt I _C konstant.

Sonstige Entschädigungen

Es gibt andere Kompensationstechniken, die sich auf die Verwendung temperaturempfindlicher Geräte wie Dioden, Transistoren, Thermistoren, Sensoren usw. beziehen, um die Änderung der Ströme zu kompensieren.

Bei diesem Verfahren gibt es zwei beliebte Arten von Schaltungen, eine unter Verwendung eines Thermistors und die andere unter Verwendung eines Sensistors. Schauen wir sie uns an.

Thermistorkompensation

Thermistor ist ein temperaturempfindliches Gerät. Es hat einen negativen Temperaturkoeffizienten. Der Widerstand eines Thermistors steigt mit sinkender Temperatur und mit steigender Temperatur. Die folgende Abbildung zeigt einen Selbstvorspannungsverstärker mit Thermistorkompensation.

In einer Verstärkerschaltung erhöhen die Änderungen, die in I _CO , V _BE und β mit der Temperatur auftreten, den Kollektorstrom. Ein Thermistor wird verwendet, um den Anstieg des Kollektorstroms zu minimieren. Mit steigender Temperatur nimmt der Widerstand R _T des Thermistors ab, wodurch der Strom durch ihn und den Widerstand R _E erhöht wird . Jetzt steigt die an R _E entwickelte Spannung an, wodurch der Emitterübergang in Sperrrichtung vorgespannt wird. Diese Sperrvorspannung ist so hoch, dass die Wirkung der Widerstände R ₁ und R _{2, die} eine Vorwärtsvorspannung bereitstellen, ebenfalls verringert wird. Diese Aktion verringert den Anstieg des Kollektorstroms.

Somit kompensiert die Temperaturempfindlichkeit des Thermistors den Anstieg des Kollektorstroms, der aufgrund der Temperatur aufgetreten ist.

Sensorkompensation

Ein Sensistor ist ein stark dotierter Halbleiter mit einem positiven Temperaturkoeffizienten. Der Widerstand eines Sensistors nimmt mit steigender Temperatur zu und mit sinkender Temperatur ab. Die folgende Abbildung zeigt einen Selbstvorspannungsverstärker mit Sensorkompensation.

In der obigen Figur kann der Sensistor parallel zu R ₁ oder parallel zu R _{E angeordnet sein} . Mit steigender Temperatur steigt der Widerstand der Parallelkombination aus Thermistor und R ₁ und auch deren Spannungsabfall. Dies verringert den Spannungsabfall über R ₂ . Aufgrund der Abnahme dieser Spannung nimmt die Vorspannung des Netto-Vorwärtsemitters ab. Infolgedessen nimmt I _C ab.

Daher wird durch Verwendung des Sensistors der Anstieg des Kollektorstroms gesteuert, der durch den Anstieg von I _CO , V _BE und β aufgrund der Temperatur verursacht wird.

Wärmewiderstand

Der Transistor ist ein temperaturabhängiges Gerät. Wenn der Transistor betrieben wird, erhält der Kollektorübergang einen starken Elektronenfluss und daher wird viel Wärme erzeugt. Wenn diese Wärme weiter über die zulässige Grenze hinaus erhöht wird, beschädigt sie den Übergang und damit den Transistor.

Um sich vor Beschädigungen zu schützen, leitet der Transistor Wärme von der Verbindungsstelle zum Transistorgehäuse und von dort an die ihn umgebende offene Luft ab.

Es sei die Umgebungstemperatur oder die Temperatur der Umgebungsluft = T _A ^o C.

Und die Temperatur des Kollektor-Basis-Übergangs des Transistors = T _J ^o C.

Da T _J > T _{A ist} , ist die Differenz T _J - T _A größer als die im Transistor P _D verbrauchte Leistung größer. So,

$$T_J - T_A \propto P_D$$

$$T_J - T_A = HP_D$$

Wobei H die Proportionalitätskonstante ist und als bezeichnet wird Thermal resistance.

Der Wärmewiderstand ist der Widerstand gegen den Wärmefluss von der Verbindungsstelle zur Umgebungsluft. Es wird mit H. bezeichnet.

$$H = \frac{T_J - T_A}{P_D}$$

Die Einheit von H ist ^o C / Watt.

Wenn der Wärmewiderstand niedrig ist, ist die Wärmeübertragung vom Transistor in die Luft einfach. Wenn das Transistorgehäuse größer ist, ist die Wärmeableitung besser. Dies wird durch die Verwendung eines Kühlkörpers erreicht.

Kühlkörper

Der Transistor, der größere Leistungen verarbeitet, gibt während des Betriebs mehr Wärme ab. Diese Wärme kann den Transistor beschädigen, wenn sie nicht richtig abgeführt wird. Daher sind die Leistungstransistoren im Allgemeinen auf großen Metallgehäusen montiert, um eine größere Fläche bereitzustellen, um die während ihres Betriebs erzeugte Wärmestrahlung zu erhalten.

Das Metallblech, das dabei hilft, die zusätzliche Wärme vom Transistor abzuleiten, ist als das bekannt heat sink. Die Fähigkeit eines Kühlkörpers hängt von Material, Volumen, Fläche, Form, Kontakt zwischen Gehäuse und Spüle und der Luftbewegung um den Spülbecken ab.

Der Kühlkörper wird nach Berücksichtigung all dieser Faktoren ausgewählt. Das Bild zeigt einen Leistungstransistor mit einem Kühlkörper.

Ein winziger Transistor im obigen Bild ist an einem größeren Metallblech befestigt, um seine Wärme abzuleiten, damit der Transistor nicht beschädigt wird.

Thermal Runaway

Die Verwendung eines Kühlkörpers vermeidet das Problem von Thermal Runaway. Es ist eine Situation, in der ein Temperaturanstieg zu dem Zustand führt, dass ein weiterer Temperaturanstieg zur Zerstörung des Geräts selbst führt. Dies ist eine Art unkontrollierbares positives Feedback.

Heat sinkist nicht die einzige Überlegung; Andere Faktoren wie der Betriebspunkt, die Umgebungstemperatur und die Art des verwendeten Transistors können ebenfalls zu einem thermischen Durchgehen führen.

Wir hoffen, dass Sie im vorherigen Kapitel ausreichende Kenntnisse über den Betriebspunkt, seine Stabilität und die Kompensationstechniken erworben haben. Versuchen wir nun, die grundlegenden Konzepte einer grundlegenden Verstärkerschaltung zu verstehen.

Ein elektronisches Signal enthält einige Informationen, die nicht verwendet werden können, wenn sie nicht die richtige Stärke haben. Der Vorgang des Erhöhens der Signalstärke wird als bezeichnetAmplification. Fast alle elektronischen Geräte müssen Mittel zur Verstärkung der Signale enthalten. Wir finden die Verwendung von Verstärkern in medizinischen Geräten, wissenschaftlichen Geräten, Automatisierung, militärischen Werkzeugen, Kommunikationsgeräten und sogar in Haushaltsgeräten.

Amplification in practical applications is done using Multi-stage amplifiers. A number of single-stage amplifiers are cascaded to form a Multi-stage amplifier. Let us see how a single-stage amplifier is built, which is the basic for a Multi-stage amplifier.

Single-stage Transistor Amplifier

When only one transistor with associated circuitry is used for amplifying a weak signal, the circuit is known as single-stage amplifier.

Analyzing the working of a Single-stage amplifier circuit, makes us easy to understand the formation and working of Multi-stage amplifier circuits. A Single stage transistor amplifier has one transistor, bias circuit and other auxiliary components. The following circuit diagram shows how a single stage transistor amplifier looks like.

When a weak input signal is given to the base of the transistor as shown in the figure, a small amount of base current flows. Due to the transistor action, a larger current flows in the collector of the transistor. (As the collector current is β times of the base current which means I_C = βI_B). Now, as the collector current increases, the voltage drop across the resistor R_C also increases, which is collected as the output.

Hence a small input at the base gets amplified as the signal of larger magnitude and strength at the collector output. Hence this transistor acts as an amplifier.

Practical Circuit of a Transistor Amplifier

The circuit of a practical transistor amplifier is as shown below, which represents a voltage divider biasing circuit.

The various prominent circuit elements and their functions are as described below.

Biasing Circuit

The resistors R₁, R₂ and R_E form the biasing and stabilization circuit, which helps in establishing a proper operating point.

Input Capacitor C_in

This capacitor couples the input signal to the base of the transistor. The input capacitor C_in allows AC signal, but isolates the signal source from R₂. If this capacitor is not present, the input signal gets directly applied, which changes the bias at R₂.

Coupling Capacitor C_C

This capacitor is present at the end of one stage and connects it to the other stage. As it couples two stages it is called as coupling capacitor. This capacitor blocks DC of one stage to enter the other but allows AC to pass. Hence it is also called as blocking capacitor.

Due to the presence of coupling capacitor C_C, the output across the resistor R_L is free from the collector’s DC voltage. If this is not present, the bias conditions of the next stage will be drastically changed due to the shunting effect of R_C, as it would come in parallel to R₂ of the next stage.

Emitter by-pass capacitor C_E

This capacitor is employed in parallel to the emitter resistor R_E. The amplified AC signal is by passed through this. If this is not present, that signal will pass through R_E which produces a voltage drop across R_E that will feedback the input signal reducing the output voltage.

The Load resistor R_L

The resistance R_L connected at the output is known as Load resistor. When a number of stages are used, then R_L represents the input resistance of the next stage.

Various Circuit currents

Let us go through various circuit currents in the complete amplifier circuit. These are already mentioned in the above figure.

Base Current

When no signal is applied in the base circuit, DC base current I_B flows due to biasing circuit. When AC signal is applied, AC base current i_b also flows. Therefore, with the application of signal, total base current i_B is given by

$$i_B = I_B + i_b$$

Collector Current

When no signal is applied, a DC collector current I_C flows due to biasing circuit. When AC signal is applied, AC collector current i_c also flows. Therefore, the total collector current i_C is given by

$$i_C = I_C + i_c$$

Where

$I_C = \beta I_B$ = zero signal collecor current

$i_c = \beta i_b$ = collecor current due to signal

Emitter Current

When no signal is applied, a DC emitter current I_E flows. With the application of signal, total emitter current i_E is given by

$$i_E = I_E + i_e$$

It should be remembered that

$$I_E = I_B + I_C$$

$$i_e = i_b + i_c$$

As base current is usually small, it is to be noted that

$I_E \cong I_C$ and $i_e \cong i_c$

These are the important considerations for the practical circuit of transistor amplifier. Now let us know about the classification of Amplifiers.

An Amplifier circuit is one which strengthens the signal. The amplifier action and the important considerations for the practical circuit of transistor amplifier were also detailed in previous chapters.

Let us now try to understand the classification of amplifiers. Amplifiers are classified according to many considerations.

Based on number of stages

Depending upon the number of stages of Amplification, there are Single-stage amplifiers and Multi-stage amplifiers.

• Single-stage Amplifiers − This has only one transistor circuit, which is a singlestage amplification.

• Multi-stage Amplifiers − This has multiple transistor circuit, which provides multi-stage amplification.

Based on its output

Depending upon the parameter that is amplified at the output, there are voltage and power amplifiers.

• Voltage Amplifiers − The amplifier circuit that increases the voltage level of the input signal, is called as Voltage amplifier.

• Power Amplifiers − The amplifier circuit that increases the power level of the input signal, is called as Power amplifier.

Based on the input signals

Depending upon the magnitude of the input signal applied, they can be categorized as Small signal and large signal amplifiers.

• Small signal Amplifiers − When the input signal is so weak so as to produce small fluctuations in the collector current compared to its quiescent value, the amplifier is known as Small signal amplifier.

• Large signal amplifiers − When the fluctuations in collector current are large i.e. beyond the linear portion of the characteristics, the amplifier is known as large signal amplifier.

Based on the frequency range

Depending upon the frequency range of the signals being used, there are audio and radio amplifiers.

• Audio Amplifiers − The amplifier circuit that amplifies the signals that lie in the audio frequency range i.e. from 20Hz to 20 KHz frequency range, is called as audio amplifier.

• Power Amplifiers − The amplifier circuit that amplifies the signals that lie in a very high frequency range, is called as Power amplifier.

Based on Biasing Conditions

Depending upon their mode of operation, there are class A, class B and class C amplifiers.

• Class A amplifier − The biasing conditions in class A power amplifier are such that the collector current flows for the entire AC signal applied.

• Class B amplifier − The biasing conditions in class B power amplifier are such that the collector current flows for half-cycle of input AC signal applied.

• Class C amplifier − The biasing conditions in class C power amplifier are such that the collector current flows for less than half cycle of input AC signal applied.

• Class AB amplifier − The class AB power amplifier is one which is created by combining both class A and class B in order to have all the advantages of both the classes and to minimize the problems they have.

Based on the Coupling method

Depending upon the method of coupling one stage to the other, there are RC coupled, Transformer coupled and direct coupled amplifier.

• RC Coupled amplifier − A Multi-stage amplifier circuit that is coupled to the next stage using resistor and capacitor (RC) combination can be called as a RC coupled amplifier.

• Transformer Coupled amplifier − A Multi-stage amplifier circuit that is coupled to the next stage, with the help of a transformer, can be called as a Transformer coupled amplifier.

• Direct Coupled amplifier − A Multi-stage amplifier circuit that is coupled to the next stage directly, can be called as a direct coupled amplifier.

Based on the Transistor Configuration

Depending upon the type of transistor configuration, there are CE CB and CC amplifiers.

• CE amplifier − The amplifier circuit that is formed using a CE configured transistor combination is called as CE amplifier.

• CB amplifier − The amplifier circuit that is formed using a CB configured transistor combination is called as CB amplifier.

• CC amplifier − The amplifier circuit that is formed using a CC configured transistor combination is called as CC amplifier.

Any transistor amplifier, uses a transistor to amplify the signals which is connected in one of the three configurations. For an amplifier it is a better state to have a high input impedance, in order to avoid loading effect in Multi-stage circuits and lower output impedance, in order to deliver maximum output to the load. The voltage gain and power gain should also be high to produce a better output.

Let us now study different configurations to understand which configuration suits better for a transistor to work as an amplifier.

CB Amplifier

The amplifier circuit that is formed using a CB configured transistor combination is called as CB amplifier.

Construction

The common base amplifier circuit using NPN transistor is as shown below, the input signal being applied at emitter base junction and the output signal being taken from collector base junction.

The emitter base junction is forward biased by V_EE and collector base junction is reverse biased by V_CC. The operating point is adjusted with the help of resistors Re and R_c. Thus the values of I_c, I_b and I_cb are decided by V_CC, V_EE, R_e and R_c.

Operation

When no input is applied, the quiescent conditions are formed and no output is present. As V_be is at negative with respect to ground, the forward bias is decreased, for the positive half of the input signal. As a result of this, the base current I_B also gets decreased.

The below figure shows the CB amplifier with self-bias circuit.

As we know that,

$$I_C \cong I_E \cong \beta I_B$$

Both the collector current and emitter current get decreased.

The voltage drop across R_C is

$$V_C = I_C R_C$$

This V_C also gets decreased.

As I_CR_C decreases, V_CB increases. It is because,

$$V_{CB} = V_{CC} - I_C R_C$$

Thus, a positive half cycle output is produced.

In CB configuration, a positive input produces a positive output and hence input and output are in phase. So, there is no phase reversal between input and output in a CB amplifier.

If CB configuration is considered for amplification, it has low input impedance and high output impedance. The voltage gain is also low compared to CE configuration. Hence CB configured amplifiers are used at high frequency applications.

CE Amplifier

The amplifier circuit that is formed using a CE configured transistor combination is called as CE amplifier.

Construction

The common emitter amplifier circuit using NPN transistor is as shown below, the input signal being applied at emitter base junction and the output signal being taken from collector base junction.

The emitter base junction is forward biased by V_EE and collector base junction is reverse biased by V_CC. The operating point is adjusted with the help of resistors R_e and R_c. Thus the values of I_c, I_b and I_cb are decided by V_CC, V_EE, R_e and R_c.

Operation

When no input is applied, the quiescent conditions are formed and no output is present. When positive half of the signal is being applied, the voltage between base and emitter V_be is increased because it is already positive with respect to ground.

As forward bias increases, the base current too increases accordingly. Since I_C = βI_B, the collector current increases as well.

The following circuit diagram shows a CE amplifier with self-bias circuit.

The collector current when flows through R_C, the voltage drop increases.

$$V_C = I_C R_C$$

As a consequence of this, the voltage between collector and emitter decreases. Because,

$$V_{CB} = V_{CC} - I_C R_C$$

Thus, the amplified voltage appears across R_C.

Therefore, in a CE amplifier, as the positive going signal appears as a negative going signal, it is understood that there is a phase shift of 180^o between input and output.

CE amplifier has a high input impedance and lower output impedance than CB amplifier. The voltage gain and power gain are also high in CE amplifier and hence this is mostly used in Audio amplifiers.

CC Amplifier

The amplifier circuit that is formed using a CC configured transistor combination is called as CC amplifier.

Construction

The common collector amplifier circuit using NPN transistor is as shown below, the input signal being applied at base collector junction and the output signal being taken from emitter collector junction.

The emitter base junction is forward biased by V_EE and collector base junction is reverse biased by V_CC. The Q-values of I_b and I_e are adjusted by R_b and R_e.

Operation

When no input is applied, the quiescent conditions are formed and no output is present. When positive half of the signal is being applied, the forward bias is increased because V_be is positive with respect to collector or ground. With this, the base current I_B and the collector current I_C are increased.

The following circuit diagram shows a CC amplifier with self-bias circuit.

Consequently, the voltage drop across R_e i.e. the output voltage is increased. As a result, positive half cycle is obtained. As the input and output are in phase, there is no phase reversal.

If CC configuration is considered for amplification, though CC amplifier has better input impedance and lower output impedance than CE amplifier, the voltage gain of CC is very less which limits its applications to impedance matching only.

Comparison between CB CE CC Amplifiers

Let us compare the characteristic details of CB, CE, and CC amplifiers.

Characteristic	CE	CB	CC
Input resistance	Low (1K to 2K)	Very low (30-150 Ω)	High (20-500 KΩ)
Output resistance	Large (≈ 50 K)	High (≈ 500 K)	Low (50-1000 KΩ)
Current gain	B high	α < 1	High (1 + β)
Voltage gain	High (≈ 1500)	High (≈ 1500)	Less than one
Power gain	High (≈ 10,000)	High (≈ 7500)	Low (250-500)
Phase between input and output	reversed	same	same

Due to the compatibility and characteristic features, the common-emitter configuration is mostly used in amplifier circuits.

In practical applications, the output of a single state amplifier is usually insufficient, though it is a voltage or power amplifier. Hence they are replaced by Multi-stage transistor amplifiers.

In Multi-stage amplifiers, the output of first stage is coupled to the input of next stage using a coupling device. These coupling devices can usually be a capacitor or a transformer. This process of joining two amplifier stages using a coupling device can be called as Cascading.

The following figure shows a two-stage amplifier connected in cascade.

The overall gain is the product of voltage gain of individual stages.

$$A_V = A_{V1} \times A_{V2} = \frac{V_2}{V_1} \times \frac{V_0}{V_2} = \frac{V_0}{V_1}$$

Where A_V = Overall gain, A_V1 = Voltage gain of 1^st stage, and A_V2 = Voltage gain of 2^nd stage.

If there are n number of stages, the product of voltage gains of those n stages will be the overall gain of that multistage amplifier circuit.

Purpose of coupling device

The basic purposes of a coupling device are

• To transfer the AC from the output of one stage to the input of next stage.

• To block the DC to pass from the output of one stage to the input of next stage, which means to isolate the DC conditions.

Types of Coupling

Joining one amplifier stage with the other in cascade, using coupling devices form a Multi-stage amplifier circuit. There are four basic methods of coupling, using these coupling devices such as resistors, capacitors, transformers etc. Let us have an idea about them.

Resistance-Capacitance Coupling

This is the mostly used method of coupling, formed using simple resistor-capacitor combination. The capacitor which allows AC and blocks DC is the main coupling element used here.

Der Koppelkondensator leitet den Wechselstrom vom Ausgang einer Stufe zum Eingang seiner nächsten Stufe. Während die DC-Komponenten von DC-Vorspannungen blockiert werden, um die nächste Stufe zu bewirken. Lassen Sie uns in den kommenden Kapiteln auf die Details dieser Kopplungsmethode eingehen.

Impedanzkopplung

Das verwendete Kopplungsnetzwerk inductance und capacitance als Kopplungselemente kann als Impedanzkopplungsnetzwerk bezeichnet werden.

Bei diesem Impedanzkopplungsverfahren hängt die Impedanz der Kopplungsspule von ihrer Induktivität und Signalfrequenz ab jwL. Diese Methode ist nicht so beliebt und wird selten angewendet.

Transformator-Kupplung

Die Kopplungsmethode, die a verwendet transformer as the couplingGerät kann als Transformatorkopplung bezeichnet werden. Bei dieser Kopplungsmethode wird kein Kondensator verwendet, da der Transformator selbst die Wechselstromkomponente direkt zur Basis der zweiten Stufe befördert.

Die Sekundärwicklung des Transformators stellt einen Basisrückleitungspfad bereit, und daher besteht kein Basiswiderstand. Diese Kupplung ist wegen ihrer Effizienz und ihrer Impedanzanpassung beliebt und wird daher hauptsächlich verwendet.

Direkte Kopplung

Wenn die vorherige Verstärkerstufe direkt mit der nächsten Verstärkerstufe verbunden ist, wird sie als bezeichnet direct coupling. Die Vorspannungsbedingungen der einzelnen Verstärkerstufen sind so ausgelegt, dass die Stufen ohne Gleichstromisolation direkt angeschlossen werden können.

Die Direktkopplungsmethode wird meistens verwendet, wenn die Last in Reihe mit dem Ausgangsanschluss des aktiven Schaltungselements geschaltet ist. Zum Beispiel Kopfhörer, Lautsprecher usw.

Rolle von Kondensatoren in Verstärkern

Neben dem Kopplungszweck gibt es andere Zwecke, für die nur wenige Kondensatoren speziell in Verstärkern eingesetzt werden. Um dies zu verstehen, teilen Sie uns die Rolle von Kondensatoren in Verstärkern mit.

Der Eingangskondensator C _in

Der Eingangskondensator C _in Gegenwart in der Anfangsstufe des Verstärkers, Paare AC - Signal an die Basis des Transistors. Dieser Kondensator C _in , wenn nicht vorhanden ist , wird die Signalquelle mit dem Widerstand R parallel sein , ₂ und der Vorspannung der Transistorbasis wird geändert.

Daher ermöglicht C _in , dass das Wechselstromsignal von der Quelle in die Eingangsschaltung fließt, ohne die Vorspannungsbedingungen zu beeinflussen.

Der Emitter-Bypass-Kondensator C _e

Der Emitter-Bypass-Kondensator C _e ist parallel zum Emitterwiderstand geschaltet. Es bietet einen Pfad mit niedriger Reaktanz zum verstärkten Wechselstromsignal.

In Abwesenheit dieses Kondensators wird die an R _E entwickelte Spannung zur Eingangsseite zurückgeführt, wodurch die Ausgangsspannung verringert wird. Somit wird in Gegenwart von _Ce der verstärkte Wechselstrom dies durchlaufen.

Kupplungskondensator C _C.

Der Kondensator C _C ist der Koppelkondensator, der zwei Stufen verbindet und Gleichstromstörungen zwischen den Stufen verhindert und die Verschiebung des Betriebspunkts steuert. Dies wird auch als bezeichnetblocking capacitor weil es nicht zulässt, dass die Gleichspannung durch sie hindurchgeht.

In Abwesenheit dieses Kondensators wird R _C parallel zum Widerstand R ₁ des Vorspannungsnetzwerks der nächsten Stufe kommen und dadurch die Vorspannungsbedingungen der nächsten Stufe ändern.

Überlegungen zum Verstärker

Für eine Verstärkerschaltung ist die Gesamtverstärkung des Verstärkers eine wichtige Überlegung. Um eine maximale Spannungsverstärkung zu erreichen, finden wir die am besten geeignete Transistorkonfiguration für die Kaskadierung.

CC-Verstärker

• Seine Spannungsverstärkung ist kleiner als eins.
• Es ist nicht für Zwischenstufen geeignet.

CB-Verstärker

• Seine Spannungsverstärkung ist kleiner als eins.
• Daher nicht zum Kaskadieren geeignet.

CE-Verstärker

• Seine Spannungsverstärkung ist größer als Eins.
• Die Spannungsverstärkung wird durch Kaskadierung weiter erhöht.

Die Eigenschaften des CE-Verstärkers sind derart, dass diese Konfiguration sehr gut zum Kaskadieren in Verstärkerschaltungen geeignet ist. Daher verwenden die meisten Verstärkerschaltungen eine CE-Konfiguration.

In den folgenden Kapiteln dieses Tutorials werden die Typen der Kopplungsverstärker erläutert.

Die Widerstandskapazitätskopplung wird kurz als RC-Kopplung bezeichnet. Dies ist die am häufigsten verwendete Kopplungstechnik in Verstärkern.

Aufbau eines zweistufigen RC-gekoppelten Verstärkers

Die Konstruktionsdetails einer zweistufigen RC-gekoppelten Transistorverstärkerschaltung sind wie folgt. Die zweistufige Verstärkerschaltung hat zwei Transistoren, die in CE-Konfiguration angeschlossen sind, und eine gemeinsame Stromversorgung V _CC wird verwendet. Der Potentialteilernetzwerk R ₁ und R ₂ und der Widerstand R _e den Vorspann und Stabilisierungsnetzwerk bilden. Der Emitter-Bypass-Kondensator C _e bietet einen Pfad mit niedriger Reaktanz zum Signal.

Der Widerstand R _L wird als Lastimpedanz verwendet. Der Eingangskondensator C _in Gegenwart in der Anfangsstufe des Verstärkers koppelt AC - Signal an die Basis des Transistors. Der Kondensator C _C ist der Koppelkondensator, der zwei Stufen verbindet und Gleichstromstörungen zwischen den Stufen verhindert und die Verschiebung des Betriebspunkts steuert. Die folgende Abbildung zeigt das Schaltbild eines RC-gekoppelten Verstärkers.

Betrieb des RC-gekoppelten Verstärkers

Wenn ein Wechselstromeingangssignal an die Basis des ersten Transistors angelegt wird, wird es verstärkt und erscheint bei der Kollektorlast R _L, die dann durch den Koppelkondensator C _C zur nächsten Stufe geleitet wird. Dies wird der Eingang der nächsten Stufe, deren verstärkter Ausgang wieder über seiner Kollektorlast erscheint. Somit wird das Signal stufenweise verstärkt.

Der wichtige Punkt, der hier beachtet werden muss, ist, dass der Gesamtgewinn geringer ist als das Produkt der Gewinne einzelner Stufen. Dies liegt daran, dass, wenn eine zweite Stufe der ersten Stufe folgt, dieeffective load resistanceder ersten Stufe wird aufgrund des Nebenschlusseffekts des Eingangswiderstands der zweiten Stufe reduziert. Daher bleibt in einem mehrstufigen Verstärker nur die Verstärkung der letzten Stufe unverändert.

Da wir hier einen zweistufigen Verstärker betrachten, ist die Ausgangsphase dieselbe wie die Eingangsphase. Weil die Phasenumkehrung zweimal durch die zweistufige CE-konfigurierte Verstärkerschaltung erfolgt.

Frequenzgang des RC-gekoppelten Verstärkers

Die Frequenzgangkurve ist ein Diagramm, das die Beziehung zwischen Spannungsverstärkung und Frequenzfunktion angibt. Der Frequenzgang eines RC-gekoppelten Verstärkers ist in der folgenden Grafik dargestellt.

Aus dem obigen Diagramm ist ersichtlich, dass die Frequenz für die Frequenzen unter 50 Hz und für die Frequenzen über 20 kHz abfällt oder abnimmt. Die Spannungsverstärkung für den Frequenzbereich zwischen 50 Hz und 20 kHz ist konstant.

Wir wissen das,

$$X_C = \frac{1}{2 \pi f_c}$$

Dies bedeutet, dass die kapazitive Reaktanz umgekehrt proportional zur Frequenz ist.

Bei niedrigen Frequenzen (dh unter 50 Hz)

Die kapazitive Reaktanz ist umgekehrt proportional zur Frequenz. Bei niedrigen Frequenzen ist die Reaktanz ziemlich hoch. Die Reaktanz des Eingangskondensators C _in und des Koppelkondensators C _C ist so hoch, dass nur ein kleiner Teil des Eingangssignals zulässig ist. Die Reaktanz des Emitter-Bypass-Kondensators C _E ist auch bei niedrigen Frequenzen sehr hoch. Daher kann der Emitterwiderstand nicht effektiv überbrückt werden. Mit all diesen Faktoren rollt die Spannungsverstärkung bei niedrigen Frequenzen ab.

Bei hohen Frequenzen (dh über 20 kHz)

Wiederum unter Berücksichtigung des gleichen Punktes wissen wir, dass die kapazitive Reaktanz bei hohen Frequenzen niedrig ist. Ein Kondensator verhält sich also bei hohen Frequenzen wie ein Kurzschluss. Infolgedessen nimmt der Belastungseffekt der nächsten Stufe zu, wodurch die Spannungsverstärkung verringert wird. Mit zunehmender Kapazität der Emitterdiode erhöht sich auch der Basisstrom des Transistors, wodurch sich die Stromverstärkung (β) verringert. Daher rollt die Spannungsverstärkung bei hohen Frequenzen ab.

Bei mittleren Frequenzen (dh 50 Hz bis 20 kHz)

Die Spannungsverstärkung der Kondensatoren wird in diesem Frequenzbereich konstant gehalten, wie in Abbildung dargestellt. Wenn die Frequenz zunimmt, nimmt die Reaktanz des Kondensators C _C ab, was dazu neigt, die Verstärkung zu erhöhen. Diese Reaktivität mit niedrigerer Kapazität erhöht jedoch den Belastungseffekt der nächsten Stufe, durch die die Verstärkung verringert wird.

Aufgrund dieser beiden Faktoren wird die Verstärkung konstant gehalten.

Vorteile des RC-gekoppelten Verstärkers

Das Folgende sind die Vorteile eines RC-gekoppelten Verstärkers.

• Der Frequenzgang des RC-Verstärkers bietet eine konstante Verstärkung über einen weiten Frequenzbereich und ist daher am besten für Audioanwendungen geeignet.

• Die Schaltung ist einfach und kostengünstiger, da sie billige Widerstände und Kondensatoren verwendet.

• Mit der Upgrade-Technologie wird es kompakter.

Nachteile des RC-gekoppelten Verstärkers

Das Folgende sind die Nachteile eines RC-gekoppelten Verstärkers.

• Die Spannungs- und Leistungsverstärkung ist aufgrund des effektiven Lastwiderstands gering.

• Sie werden mit dem Alter laut.

• Aufgrund der schlechten Impedanzanpassung ist die Leistungsübertragung gering.

Anwendungen von RC-gekoppelten Verstärkern

Das Folgende sind die Anwendungen eines RC-gekoppelten Verstärkers.

• Sie haben eine hervorragende Wiedergabetreue über einen weiten Frequenzbereich.

• Weit verbreitet als Spannungsverstärker

• Aufgrund der schlechten Impedanzanpassung wird die RC-Kopplung in der Endstufe selten verwendet.

Wir haben beobachtet, dass der Hauptnachteil eines RC-gekoppelten Verstärkers darin besteht, dass der effektive Lastwiderstand verringert wird. Dies liegt daran, dass die Eingangsimpedanz eines Verstärkers niedrig ist, während seine Ausgangsimpedanz hoch ist.

Wenn sie zu einem mehrstufigen Verstärker gekoppelt werden, verläuft die hohe Ausgangsimpedanz einer Stufe parallel zur niedrigen Eingangsimpedanz der nächsten Stufe. Daher wird der effektive Lastwiderstand verringert. Dieses Problem kann durch a überwunden werdentransformer coupled amplifier.

In einem transformatorgekoppelten Verstärker werden die Stufen des Verstärkers unter Verwendung eines Transformators gekoppelt. Lassen Sie uns auf die konstruktiven und betrieblichen Details eines transformatorgekoppelten Verstärkers eingehen.

Aufbau eines transformatorgekoppelten Verstärkers

Die Verstärkerschaltung, in der die vorherige Stufe unter Verwendung eines Kopplungstransformators mit der nächsten Stufe verbunden ist, wird als transformatorgekoppelter Verstärker bezeichnet.

Der Kopplungstransformator T ₁ verwendet , um die Leistung von 1 zuzuführen ^st Stufe mit dem Eingang der 2 ^nd Stufe. Die Kollektorlast wird durch die Primärwicklung des Transformators ersetzt. Die Sekundärwicklung ist zwischen dem Spannungsteiler und der Basis 2 verbunden ^nd Stufe, die den Eingang zu dem 2 liefert ^nd Stufe. Anstatt den Kondensator wie bei einem RC-gekoppelten Verstärker zu koppeln, wird ein Transformator zum Koppeln von zwei beliebigen Stufen in der transformatorgekoppelten Verstärkerschaltung verwendet.

Die folgende Abbildung zeigt den Schaltplan eines transformatorgekoppelten Verstärkers.

Das Potentialteilernetzwerk R ₁ und R ₂ und der Widerstand R _e bilden zusammen das Vorspannungs- und Stabilisierungsnetzwerk. Der Emitter-Bypass-Kondensator C _e bietet einen Pfad mit niedriger Reaktanz zum Signal. Der Widerstand R _L wird als Lastimpedanz verwendet. Der Eingangskondensator C _in Gegenwart in der Anfangsstufe des Verstärkers koppelt AC - Signal an die Basis des Transistors. Der Kondensator C _C ist der Koppelkondensator, der zwei Stufen verbindet und Gleichstromstörungen zwischen den Stufen verhindert und die Verschiebung des Betriebspunkts steuert.

Betrieb eines transformatorgekoppelten Verstärkers

Wenn ein Wechselstromsignal an den Eingang der Basis des ersten Transistors angelegt wird, wird es vom Transistor verstärkt und erscheint an dem Kollektor, an den die Primärwicklung des Transformators angeschlossen ist.

Der Transformator, der in dieser Schaltung als Kopplungsvorrichtung verwendet wird, hat die Eigenschaft der Impedanzänderung, was bedeutet, dass der niedrige Widerstand einer Stufe (oder Last) als hoher Lastwiderstand gegenüber der vorherigen Stufe reflektiert werden kann. Daher wird die Spannung an der Primärwicklung gemäß dem Windungsverhältnis der Sekundärwicklung des Transformators übertragen.

Diese Transformatorkopplung bietet eine gute Impedanzanpassung zwischen den Stufen des Verstärkers. Der transformatorgekoppelte Verstärker wird im Allgemeinen zur Leistungsverstärkung verwendet.

Frequenzgang des transformatorgekoppelten Verstärkers

Die folgende Abbildung zeigt den Frequenzgang eines transformatorgekoppelten Verstärkers. Die Verstärkung des Verstärkers ist nur für einen kleinen Frequenzbereich konstant. Die Ausgangsspannung ist gleich dem Kollektorstrom multipliziert mit der Reaktanz der Primärwicklung.

Bei niedrigen Frequenzen beginnt die Reaktanz des Primärs zu fallen, was zu einer verringerten Verstärkung führt. Bei hohen Frequenzen wirkt die Kapazität zwischen den Wicklungen der Wicklungen als Bypass-Kondensator, um die Ausgangsspannung und damit die Verstärkung zu verringern.

Daher wird die Verstärkung von Audiosignalen nicht proportional sein und es wird auch eine gewisse Verzerrung eingeführt, die als bezeichnet wird Frequency distortion.

Vorteile des transformatorgekoppelten Verstärkers

Das Folgende sind die Vorteile eines transformatorgekoppelten Verstärkers -

• Eine ausgezeichnete Impedanzanpassung wird bereitgestellt.
• Der erzielte Gewinn ist höher.
• Bei Kollektor- und Basiswiderständen tritt kein Leistungsverlust auf.
• Effizient im Betrieb.

Nachteile des transformatorgekoppelten Verstärkers

Das Folgende sind die Nachteile eines transformatorgekoppelten Verstärkers -

• Obwohl die Verstärkung hoch ist, variiert sie erheblich mit der Frequenz. Daher ein schlechter Frequenzgang.

• Die Frequenzverzerrung ist höher.

• Transformatoren neigen dazu, Brummen zu erzeugen.

• Transformatoren sind sperrig und teuer.

Anwendungen

Das Folgende sind die Anwendungen eines transformatorgekoppelten Verstärkers -

• Wird hauptsächlich für Impedanzanpassungszwecke verwendet.
• Wird zur Leistungsverstärkung verwendet.
• Wird in Anwendungen verwendet, in denen eine maximale Leistungsübertragung erforderlich ist.

Der andere Typ eines Kopplungsverstärkers ist der direkt gekoppelte Verstärker, der insbesondere zur Verstärkung niedrigerer Frequenzen verwendet wird, beispielsweise zur Verstärkung des fotoelektrischen Stroms oder des Thermokopplungsstroms oder so.

Direkt gekoppelter Verstärker

Da keine Kopplungsvorrichtungen verwendet werden, erfolgt die Kopplung der Verstärkerstufen direkt und wird daher als bezeichnet Direct coupled amplifier.

Konstruktion

Die folgende Abbildung zeigt den dreistufigen direkt gekoppelten Transistorverstärker. Der Ausgang der ersten Stufe Transistors T ₁ ist mit dem Eingang des zweiten Stufentransistors T verbunden ₂ .

Der Transistor in der ersten Stufe wird ein NPN-Transistor sein, während der Transistor in der nächsten Stufe ein PNP-Transistor sein wird und so weiter. Dies liegt daran, dass die Variationen in einem Transistor dazu neigen, die Variationen in dem anderen aufzuheben. Der Anstieg des Kollektorstroms und die Änderung von β eines Transistors werden durch die Abnahme des anderen aufgehoben.

Betrieb

Das Eingangssignal , wenn an der Basis des Transistors T angelegt ₁ , wird es aufgrund der Transistorwirkung verstärkt und das verstärkte Ausgangssignal erscheint am Kollektorwiderstand R _C des Transistors T ₁ . Dieser Ausgang wird an die Basis des Transistors T _{2 angelegt,} wodurch das Signal weiter verstärkt wird. Auf diese Weise wird ein Signal in einer direkt gekoppelten Verstärkerschaltung verstärkt.

Vorteile

Die Vorteile eines direkt gekoppelten Verstärkers sind wie folgt.

• Die Schaltungsanordnung ist aufgrund der minimalen Verwendung von Widerständen einfach.

• Die Schaltung ist aufgrund des Fehlens teurer Kopplungsvorrichtungen kostengünstig.

Nachteile

Die Nachteile eines direkt gekoppelten Verstärkers sind wie folgt.

• Es kann nicht zur Verstärkung hoher Frequenzen verwendet werden.
• Der Betriebspunkt wird aufgrund von Temperaturschwankungen verschoben.

Anwendungen

Die Anwendungen eines direkt gekoppelten Verstärkers sind wie folgt.

• Niederfrequenzverstärkungen.
• Niedrigstromverstärkungen.

Vergleiche

Versuchen wir, die Eigenschaften der verschiedenen bisher diskutierten Arten von Kopplungsmethoden zu vergleichen.

S.No.	Besonders	RC-Kupplung	Transformator-Kupplung	Direkte Kopplung
1	Frequenzgang	Hervorragend im Audiofrequenzbereich	Arm	Beste
2	Kosten	Weniger	Mehr	am wenigsten
3	Raum und Gewicht	Weniger	Mehr	am wenigsten
4	Impedanzanpassung	Nicht gut	Ausgezeichnet	Gut
5	Verwenden	Zur Spannungsverstärkung	Zur Leistungsverstärkung	Zur Verstärkung extrem niedriger Frequenzen

In der Praxis besteht jeder Verstärker aus wenigen Verstärkungsstufen. Wenn wir die Audioverstärkung in Betracht ziehen, gibt es je nach Anforderung mehrere Verstärkungsstufen.

Leistungsverstärker

Nachdem das Audiosignal in ein elektrisches Signal umgewandelt wurde, werden mehrere Spannungsverstärkungen durchgeführt, wonach die Leistungsverstärkung des verstärkten Signals unmittelbar vor der Lautsprecherstufe erfolgt. Dies ist in der folgenden Abbildung deutlich dargestellt.

Während der Spannungsverstärker den Spannungspegel des Signals erhöht, erhöht der Leistungsverstärker den Leistungspegel des Signals. Neben der Erhöhung des Leistungspegels kann auch gesagt werden, dass ein Leistungsverstärker ein Gerät ist, das Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt und dessen Wirkung durch das Eingangssignal gesteuert wird.

Die Gleichstromverteilung wird entsprechend der Beziehung verteilt,

Gleichstromeingang = Wechselstromausgang + Verluste

Leistungstransistor

Für eine solche Leistungsverstärkung würde ein normaler Transistor nicht ausreichen. Ein Transistor, der für den Zweck der Leistungsverstärkung hergestellt wird, wird als a bezeichnetPower transistor.

Ein Leistungstransistor unterscheidet sich von den anderen Transistoren durch die folgenden Faktoren.

• Es ist größer, um mit großen Kräften umgehen zu können.

• Der Kollektorbereich des Transistors wird groß gemacht und ein Kühlkörper wird an der Kollektor-Basis-Verbindung angeordnet, um die erzeugte Wärme zu minimieren.

• Die Emitter- und Basisbereiche eines Leistungstransistors sind stark dotiert.

• Aufgrund des geringen Eingangswiderstands ist eine geringe Eingangsleistung erforderlich.

Daher gibt es einen großen Unterschied in der Spannungsverstärkung und Leistungsverstärkung. Versuchen wir nun, auf die Details einzugehen, um die Unterschiede zwischen einem Spannungsverstärker und einem Leistungsverstärker zu verstehen.

Unterschied zwischen Spannungs- und Leistungsverstärkern

Versuchen wir, zwischen Spannungs- und Leistungsverstärker zu unterscheiden.

Spannungsverstärker

Die Funktion eines Spannungsverstärkers besteht darin, den Spannungspegel des Signals zu erhöhen. Ein Spannungsverstärker ist so ausgelegt, dass eine maximale Spannungsverstärkung erreicht wird.

Die Spannungsverstärkung eines Verstärkers ist gegeben durch

$$A_v = \beta \left (\frac{R_c}{R_{in}} \right )$$

Die Eigenschaften eines Spannungsverstärkers sind wie folgt:

• Die Basis des Transistors sollte dünn sein und daher sollte der Wert von β größer als 100 sein.

• Der Widerstand des Eingangswiderstands R _in sollte im Vergleich zur Kollektorlast R _C niedrig sein .

• Die Kollektorlast R _C sollte relativ hoch sein. Um eine hohe Kollektorlast zu ermöglichen, werden die Spannungsverstärker immer mit niedrigem Kollektorstrom betrieben.

• Die Spannungsverstärker werden für kleine Signalspannungen verwendet.

Leistungsverstärker

Die Funktion eines Leistungsverstärkers besteht darin, den Leistungspegel des Eingangssignals zu erhöhen. Es muss eine große Menge an Leistung liefern und muss mit großem Strom umgehen.

Die Eigenschaften eines Leistungsverstärkers sind wie folgt:

• Die Basis des Transistors ist verdickt, um große Ströme zu verarbeiten. Der Wert von β ist (β> 100) hoch.

• Die Größe des Transistors wird vergrößert, um mehr Wärme abzuleiten, die während des Transistorbetriebs erzeugt wird.

• Die Transformatorkopplung wird zur Impedanzanpassung verwendet.

• Der Kollektorwiderstand ist niedrig.

Der Vergleich zwischen Spannungs- und Leistungsverstärkern ist nachstehend in tabellarischer Form angegeben.

S.No.	Besonders	Spannungsverstärker	Leistungsverstärker
1	β	Hoch (> 100)	Niedrig (5 bis 20)
2	R C.	Hoch (4-10 KΩ)	Niedrig (5 bis 20 Ω)
3	Kupplung	Normalerweise RC-Kopplung	Ausnahmslos Transformatorkopplung
4	Eingangsspannung	Niedrig (einige m V)	Hoch (2-4 V)
5	Kollektorstrom	Niedrig (≈ 1 mA)	Hoch (> 100 mA)
6	Leistung	Niedrig	Hoch
7	Ausgangsabhängigkeit	Hoch (≈ 12 K Ω)	Niedrig (200 Ω)

Die Leistungsverstärker verstärken den Leistungspegel des Signals. Diese Verstärkung erfolgt in der letzten Stufe in Audioanwendungen. Die Anwendungen in Bezug auf Funkfrequenzen verwenden Funkleistungsverstärker. Aber dieoperating pointeines Transistors spielt eine sehr wichtige Rolle bei der Bestimmung des Wirkungsgrades des Verstärkers. Dasmain classification wird basierend auf dieser Betriebsart durchgeführt.

Die Klassifizierung erfolgt anhand ihrer Frequenzen und auch anhand ihrer Betriebsart.

Klassifizierung nach Frequenzen

Leistungsverstärker werden basierend auf den von ihnen verarbeiteten Frequenzen in zwei Kategorien unterteilt. Sie sind wie folgt.

• Audio Power Amplifiers- Die Audio-Leistungsverstärker erhöhen den Leistungspegel von Signalen mit einem Audiofrequenzbereich (20 Hz bis 20 kHz). Sie sind auch bekannt alsSmall signal power amplifiers.

• Radio Power Amplifiers- Funkleistungsverstärker oder abgestimmte Leistungsverstärker erhöhen den Leistungspegel von Signalen mit einem Funkfrequenzbereich (3 kHz bis 300 GHz). Sie sind auch bekannt alslarge signal power amplifiers.

Klassifizierung nach Betriebsart

Auf der Basis der Betriebsart, dh des Teils des Eingangszyklus, während dessen Kollektorstrom fließt, können die Leistungsverstärker wie folgt klassifiziert werden.

• Class A Power amplifier - Wenn der Kollektorstrom während des gesamten Signalzyklus jederzeit fließt, wird der Leistungsverstärker als bezeichnet class A power amplifier.

• Class B Power amplifier - Wenn der Kollektorstrom nur während der positiven Halbwelle des Eingangssignals fließt, wird der Leistungsverstärker als bezeichnet class B power amplifier.

• Class C Power amplifier - Wenn der Kollektorstrom weniger als die Hälfte des Eingangssignals fließt, wird der Leistungsverstärker als bezeichnet class C power amplifier.

Es bildet sich ein weiterer Verstärker namens Class AB-Verstärker, wenn wir die Class A- und Class B-Verstärker kombinieren, um die Vorteile beider zu nutzen.

Bevor wir auf die Details dieser Verstärker eingehen, werfen wir einen Blick auf die wichtigen Begriffe, die berücksichtigt werden müssen, um den Wirkungsgrad eines Verstärkers zu bestimmen.

Leistungsbedingungen

Das Hauptziel eines Leistungsverstärkers besteht darin, eine maximale Ausgangsleistung zu erzielen. Um dies zu erreichen, sind die wichtigen Faktoren zu berücksichtigen, die Kollektoreffizienz, die Verlustleistung und die Verzerrung. Lassen Sie uns sie im Detail durchgehen.

Kollektoreffizienz

Dies erklärt, wie gut ein Verstärker Gleichstrom in Wechselstrom umwandelt. Wenn die Gleichstromversorgung von der Batterie gegeben wird, aber kein Wechselstromsignaleingang gegeben ist, wird der Kollektorausgang in einem solchen Zustand wie beobachtetcollector efficiency.

Der Kollektorwirkungsgrad ist definiert als

$$\eta = \frac{average\: a.c \: power \: output}{average \: d.c \: power\: input\: to \: transistor}$$

Zum Beispiel, wenn die Batterie 15 W liefert und die Wechselstromausgangsleistung 3 W beträgt. Dann beträgt der Transistorwirkungsgrad 20%.

Das Hauptziel eines Leistungsverstärkers ist es, einen maximalen Kollektorwirkungsgrad zu erzielen. Je höher der Wert der Kollektoreffizienz ist, desto effizienter ist der Verstärker.

Verlustleistung

Jeder Transistor wird während seines Betriebs erwärmt. Wenn ein Leistungstransistor große Ströme verarbeitet, wird er stärker erwärmt. Diese Wärme erhöht die Temperatur des Transistors, wodurch sich der Betriebspunkt des Transistors ändert.

Um die Betriebspunktstabilität aufrechtzuerhalten, muss die Temperatur des Transistors in zulässigen Grenzen gehalten werden. Dazu muss die erzeugte Wärme abgeführt werden. Eine solche Kapazität wird als Verlustleistung bezeichnet.

Power dissipation capabilitykann als die Fähigkeit eines Leistungstransistors definiert werden, die darin entwickelte Wärme abzuleiten. Metallgehäuse, sogenannte Kühlkörper, werden verwendet, um die in Leistungstransistoren erzeugte Wärme abzuleiten.

Verzerrung

Ein Transistor ist eine nichtlineare Vorrichtung. Im Vergleich zur Eingabe treten nur wenige Abweichungen in der Ausgabe auf. In Spannungsverstärkern ist dieses Problem nicht vorherrschend, da kleine Ströme verwendet werden. Bei Leistungsverstärkern tritt jedoch das Problem der Verzerrung auf, da große Ströme verwendet werden.

Distortionist definiert als die Änderung der Ausgangswellenform von der Eingangswellenform des Verstärkers. Ein Verstärker mit geringerer Verzerrung erzeugt eine bessere Ausgabe und wird daher als effizient angesehen.

Wir sind bereits auf die Details der Transistorvorspannung gestoßen, die für den Betrieb eines Transistors als Verstärker sehr wichtig ist. Um eine getreue Verstärkung zu erreichen, muss die Vorspannung des Transistors so erfolgen, dass der Verstärker über den linearen Bereich arbeitet.

Ein Leistungsverstärker der Klasse A ist einer, bei dem der Ausgangsstrom für den gesamten Zyklus der AC-Eingangsversorgung fließt. Daher wird das am Eingang vorhandene vollständige Signal am Ausgang verstärkt. Die folgende Abbildung zeigt den Schaltplan für einen Leistungsverstärker der Klasse A.

Aus der obigen Abbildung ist ersichtlich, dass der Transformator als Last am Kollektor vorhanden ist. Die Verwendung eines Transformators ermöglicht die Impedanzanpassung, was zur Übertragung der maximalen Leistung auf die Last führt, z. B. Lautsprecher.

Der Arbeitspunkt dieses Verstärkers liegt im linearen Bereich. Es ist so ausgewählt, dass der Strom für den gesamten Wechselstrom-Eingangszyklus fließt. Die folgende Abbildung erläutert die Auswahl des Betriebspunkts.

Die Ausgangskennlinien mit Arbeitspunkt Q sind in der obigen Abbildung dargestellt. Hier repräsentieren (I _c ) _Q und (V _ce ) _Q keinen Signalkollektorstrom und keine Signalkollektorspannung zwischen Kollektor bzw. Emitter. Wenn ein Signal angelegt wird, verschiebt sich der Q-Punkt zu Q ₁ und Q ₂ . Der Ausgangsstrom steigt auf (I _c ) _max und sinkt auf (I _c ) _min . In ähnlicher Weise steigt die Kollektor-Emitter-Spannung auf (V _ce ) _max und sinkt auf (V _ce ) _min .

Die aus der Kollektorbatterie V _cc entnommene Gleichstromleistung ist gegeben durch

$$P_{in} = voltage \times current = V_{CC}(I_C)_Q$$

Diese Kraft wird in den folgenden zwei Teilen verwendet -

• Die in der Kollektorlast als Wärme abgegebene Leistung wird durch gegeben

$$P_{RC} = (current)^2 \times resistance = (I_C)^2_Q R_C$$

• Die dem Transistor gegebene Leistung ist gegeben durch

$$P_{tr} = P_{in} - P_{RC} = V_{CC} - (I_C)^2_Q R_C$$

Wenn ein Signal angelegt wird, wird die dem Transistor gegebene Leistung in den folgenden zwei Teilen verwendet:

• Wechselstrom, der über die Lastwiderstände RC entwickelt wird, die den Wechselstromausgang bilden.

  $$(P_O)_{ac} = I^2 R_C = \frac{V^2}{R_C} = \left ( \frac{V_m}{\sqrt{2}}\right )^2 \frac{1}{R_C} = \frac{V_m^2}{2R_C}$$

  Wo I ist der Effektivwert des Ausgangswechselstroms durch Last, V ist der Effektivwert der Wechselspannung und V_m ist der Maximalwert von V.

• Die vom Transistor (Kollektorbereich ) abgegebene _{Gleichstromleistung} in Form von Wärme, dh (P _C ) _Gleichstrom

Wir haben den gesamten Leistungsfluss im folgenden Diagramm dargestellt.

Dieser Klasse-A-Leistungsverstärker kann kleine Signale mit geringster Verzerrung verstärken, und der Ausgang ist eine exakte Nachbildung des Eingangs mit erhöhter Stärke.

Let us now try to draw some expressions to represent efficiencies.

Gesamteffizienz

Der Gesamtwirkungsgrad der Verstärkerschaltung ist gegeben durch

$$(\eta)_{overall} = \frac{a.c \: power \:delivered\: to \: the\: load}{total \: power\: delivered \: by \: d.c\: supply}$$

$$= \frac{(P_O)_{ac}}{(P_{in})_{dc}}$$

Kollektoreffizienz

Der Kollektorwirkungsgrad des Transistors ist definiert als

$$(\eta)_{collector} = \frac{average\: a.c \: power \:output}{average \:d.c\: power\: input\: to\: transistor}$$

$$= \frac{(P_O)_{ac}}{(P_{tr})_{dc}}$$

Ausdruck für Gesamteffizienz

$$(P_O)_{ac} = V_{rms} \times I_{rms}$$

$$= \frac{1}{\sqrt{2}} \left [ \frac{(V_{ce})_{max} - (V_{ce})_{min}}{2} \right ] \times \frac{1}{\sqrt{2}} \left [ \frac{(I_C)_{max} - (I_C)_{min}}{2}\right ]$$

$$= \frac{[(V_{ce})_{max} - (V_{ce})_{min}] \times [(I_C)_{max} - (I_C)_{min}]}{8}$$

Deshalb

$$(\eta)_{overall} = \frac{[(V_{ce})_{max} - (V_{ce})_{min}] \times [(I_C)_{max} - (I_C)_{min}]}{8 \times V_{CC} (I_C)_Q}$$

Vorteile von Klasse-A-Verstärkern

Die Vorteile eines Leistungsverstärkers der Klasse A sind folgende:

• Der Strom fließt für den gesamten Eingangszyklus
• Es kann kleine Signale verstärken
• Die Ausgabe ist dieselbe wie die Eingabe
• Es ist keine Verzerrung vorhanden

Nachteile von Klasse-A-Verstärkern

Die Vorteile eines Leistungsverstärkers der Klasse A sind folgende:

• Geringe Ausgangsleistung
• Geringe Kollektoreffizienz

Der Leistungsverstärker der Klasse A, wie im vorherigen Kapitel erläutert, ist die Schaltung, in der der Ausgangsstrom für den gesamten Zyklus der AC-Eingangsversorgung fließt. Wir haben auch die Nachteile wie geringe Ausgangsleistung und Effizienz kennengelernt. Um diese Effekte zu minimieren, wurde der transformatorgekoppelte Klasse-A-Leistungsverstärker eingeführt.

Das construction of class A power amplifierkann mit Hilfe der folgenden Abbildung verstanden werden. Dies ähnelt der normalen Verstärkerschaltung, ist jedoch mit einem Transformator in der Kollektorlast verbunden.

Hier stellen R ₁ und R ₂ eine potentielle Teileranordnung bereit. Der Widerstand Re sorgt für Stabilisierung, C _e ist der Bypass-Kondensator und R _e , um Wechselspannung zu verhindern. Der hier verwendete Transformator ist ein Abwärtstransformator.

Die hochohmige Primärwicklung des Transformators ist mit der hochohmigen Kollektorschaltung verbunden. Die Sekundärseite mit niedriger Impedanz ist an die Last angeschlossen (im Allgemeinen Lautsprecher).

Transformatoraktion

Der in der Kollektorschaltung verwendete Transformator dient zur Impedanzanpassung. R _L ist die Last, die in der Sekundärseite eines Transformators angeschlossen ist. R _L 'ist die reflektierte Last in der Primärwicklung des Transformators.

Die Anzahl der Windungen in der Primärwicklung beträgt n ₁ und in der Sekundärwicklung n ₂ . Sei V ₁ und V ₂ die Primär- und Sekundärspannung und I ₁ und I ₂ der Primär- bzw. Sekundärstrom. Die folgende Abbildung zeigt den Transformator deutlich.

Wir wissen das

$$\frac{V_1}{V_2} = \frac{n_1}{n_2}\: and\: \frac{I_1}{I_2} = \frac{n_1}{n_2}$$

Oder

$$V_1 = \frac{n_1}{n_2}V_2 \: and\: I_1 = \frac{n_1}{n_2}I_2$$

Daher

$$\frac{V_1}{I_1} = \left ( \frac{n_1}{n_2} \right )^2 \frac{V_2}{I_2}$$

Aber V ₁ / I ₁ = R _L '= effektiver Eingangswiderstand

Und V ₂ / I ₂ = R _L = effektiver Ausgangswiderstand

Deshalb,

$$R_L’ = \left ( \frac{n_1}{n_2}\right )^2 R_L = n^2 R_L$$

Wo

$$n = \frac{number \: of \: turns \: in \: primary}{number\: of\: turns\: in\: secondary} = \frac{n_1}{n_2}$$

Ein Leistungsverstärker kann angepasst werden, indem im Abwärtstransformator das richtige Übersetzungsverhältnis gewählt wird.

Schaltungsbetrieb

Wenn der Spitzenwert des Kollektorstroms aufgrund des Signals gleich Null ist, wird der maximale Kollektorstrom erhalten. Um eine vollständige Verstärkung zu erreichen, sollte der Arbeitspunkt in der Mitte der Lastlinie liegen.

Der Arbeitspunkt variiert offensichtlich, wenn das Signal angelegt wird. Die Kollektorspannung variiert entgegengesetzt zum Kollektorstrom. Die Änderung der Kollektorspannung tritt an der Primärseite des Transformators auf.

Schaltungsanalyse

Der Leistungsverlust in der Primärwicklung wird als vernachlässigbar angenommen, da sein Widerstand sehr gering ist.

Die Eingangsleistung unter Gleichstrombedingungen beträgt

$$(P_{in})_{dc} = (P_{tr})_{dc} = V_{CC} \times (I_C)_Q$$

Bei maximaler Kapazität des Verstärkers der Klasse A schwankt die Spannung von (V _ce ) _max auf Null und der Strom von (I _c ) _max auf Null.

Daher

$$V_{rms} = \frac{1}{\sqrt{2}} \left [\frac{(V_{ce})_{max} - (V_{ce})_{min}}{2} \right ] = \frac{1}{\sqrt{2}} \left[ \frac{(V_{ce})_{max}}{2}\right ] = \frac{2V_{CC}}{2\sqrt{2}} = \frac{V_{CC}}{\sqrt{2}}$$

$$I_{rms} = \frac{1}{\sqrt{2}} \left [\frac{(I_C)_{max} - (I_C)_{min}}{2} \right ] = \frac{1}{\sqrt{2}} \left[ \frac{(I_C)_{max}}{2}\right ] = \frac{2(I_C)_Q}{2\sqrt{2}} = \frac{(I_C)_Q}{\sqrt{2}}$$

Deshalb,

$$(P_O)_{ac} = V_{rms} \times I_{rms} = \frac{V_{CC}}{\sqrt{2}} \times \frac{(I_C)_Q}{\sqrt{2}} = \frac{V_{CC} \times (I_C)_Q}{2}$$

Deshalb,

Kollektoreffizienz = $\frac{(P_O)_{ac}}{(P_{tr})_{dc}}$

Oder,

$$(\eta)_{collector} = \frac{V_{CC} \times (I_C)_Q}{2 \times V_{CC} \times (I_C)_Q} = \frac{1}{2}$$

$$= \frac{1}{2} \times 100 = 50\%$$

Der Wirkungsgrad eines Leistungsverstärkers der Klasse A beträgt fast 30%, während er durch Verwendung des transformatorgekoppelten Leistungsverstärkers der Klasse A auf 50% verbessert wurde.

Vorteile

Die Vorteile eines transformatorgekoppelten Leistungsverstärkers der Klasse A sind wie folgt.

• Kein Verlust der Signalleistung in den Basis- oder Kollektorwiderständen.
• Es wird eine hervorragende Impedanzanpassung erreicht.
• Der Gewinn ist hoch.
• DC-Isolation ist vorgesehen.

Nachteile

Die Nachteile eines transformatorgekoppelten Klasse-A-Leistungsverstärkers sind wie folgt.

• Niederfrequenzsignale werden vergleichsweise weniger verstärkt.
• Brummgeräusche werden von Transformatoren eingeführt.
• Transformatoren sind sperrig und teuer.
• Schlechter Frequenzgang.

Anwendungen

Die Anwendungen von transformatorgekoppelten Leistungsverstärkern der Klasse A sind wie folgt.

• In dieser Schaltung ist die Impedanzanpassung das Hauptkriterium.

• Diese werden als Treiberverstärker und manchmal als Ausgangsverstärker verwendet.

Bisher haben wir zwei Arten von Klasse-A-Leistungsverstärkern gesehen. Die Hauptprobleme, die behandelt werden sollten, sind geringe Leistung und Effizienz. Es ist möglich, eine größere Ausgangsleistung und Effizienz als die des Klasse-A-Verstärkers zu erhalten, indem ein kombiniertes Transistorpaar verwendet wird, das als bezeichnet wirdPush-Pull Aufbau.

In dieser Schaltung verwenden wir zwei komplementäre Transistoren in der Ausgangsstufe, wobei ein Transistor ein NPN- oder N-Kanal-Typ ist, während der andere Transistor ein PNP- oder P-Kanal-Typ (der Komplement-Typ) ist, der angeschlossen ist, um sie wie zu betreiben PUSH a transistor to ON und PULL another transistor to OFFgleichzeitig. Diese Push-Pull-Konfiguration kann in Verstärkern der Klassen A, B, C oder AB vorgenommen werden.

Konstruktion eines Push-Pull-Leistungsverstärkers der Klasse A.

Der Aufbau der Leistungsverstärkerschaltung der Klasse A in Push-Pull-Konfiguration ist wie in der folgenden Abbildung dargestellt. Diese Anordnung verringert hauptsächlich die harmonische Verzerrung, die durch die Nichtlinearität der Übertragungseigenschaften eines einzelnen Transistorverstärkers verursacht wird.

Bei der Push-Pull-Anordnung sind die Emitteranschlüsse der beiden identischen Transistoren T ₁ und T ₂ kurzgeschlossen. Das Eingangssignal wird über den Transformator T _r1 an die Transistoren angelegt, der beiden Transistorbasen Signale mit entgegengesetzter Polarität liefert. Die Kollektoren beider Transistoren sind mit der Primärwicklung des Ausgangstransformators T _{r2 verbunden} . Beide Transformatoren sind mittig abgegriffen. Die V _CC- Versorgung wird den Kollektoren beider Transistoren über die Primärwicklung des Ausgangstransformators bereitgestellt.

Die Widerstände R ₁ und R ₂ stellen die Vorspannungsanordnung bereit. Die Last ist im Allgemeinen ein Lautsprecher, der über die Sekundärseite des Ausgangstransformators angeschlossen ist. Das Windungsverhältnis des Ausgangstransformators wird so gewählt, dass die Last gut an die Ausgangsimpedanz des Transistors angepasst ist. Der Verstärker liefert also maximale Leistung an die Last.

Schaltungsbetrieb

Der Ausgang wird vom Ausgangstransformator T _r2 gesammelt . Die Primärwicklung dieses Transformators T _r2 hat praktisch keine Gleichstromkomponente. Die Kollektoren der Transistoren T ₁ und T ₂ sind mit der Primärwicklung des Transformators T _{r2 verbunden,} so dass ihre Ströme gleich groß sind und in entgegengesetzte Richtungen durch die Primärwicklung des Transformators T _r2 fließen .

Wenn das Wechselstromeingangssignal angelegt wird, ist die Basis des Transistors T ₁ positiver, während die Basis des Transistors T ₂ weniger positiv ist. Daher steigt der Kollektorstrom i _c1 des Transistors T ₁ an, während der Kollektorstrom i _c2 des Transistors T ₂ abnimmt. Diese Ströme fließen in zwei Hälften der Primärwicklung des Ausgangstransformators in entgegengesetzte Richtungen. Darüber hinaus ist der durch diese Ströme erzeugte Fluss auch in entgegengesetzte Richtungen.

Daher wird die Spannung über der Last eine induzierte Spannung sein, deren Größe proportional zur Differenz der Kollektorströme ist, d.h.

$$(i_{c1} - i_{c2})$$

In ähnlicher Weise ist für das negative Eingangssignal der Kollektorstrom i _c2 größer als i _c1 . In diesem Fall ist die an der Last entstehende Spannung wiederum auf die Differenz zurückzuführen

$$(i_{c1} - i_{c2})$$

Wie $i_{c2} > i_{c1}$

Die Polarität der über der Last induzierten Spannung wird umgekehrt.

$$i_{c1} - i_{c2} = i_{c1} + (-i_{c2})$$

Betrachten wir zum besseren Verständnis die folgende Abbildung.

Der Gesamtbetrieb führt zu einer Wechselspannung, die in der Sekundärseite des Ausgangstransformators induziert wird, und daher wird dieser Last Wechselstrom zugeführt.

Es versteht sich, dass während eines gegebenen halben Zyklus des Eingangssignals ein Transistor tief in die Leitung getrieben (oder gedrückt) wird, während der andere nicht leitend (herausgezogen) ist. Daher der NamePush-pull amplifier. Die harmonische Verzerrung im Gegentaktverstärker wird so minimiert, dass alle geraden Harmonischen eliminiert werden.

Vorteile

Die Vorteile eines Push-Pull-Verstärkers der Klasse A sind folgende

• Es wird eine hohe Wechselstromleistung erzielt.

• Der Ausgang ist frei von gleichmäßigen Harmonischen.

• Der Effekt von Welligkeitsspannungen wird ausgeglichen. Diese sind aufgrund unzureichender Filterung im Netzteil vorhanden.

Nachteile

Die Nachteile eines Gegentaktverstärkers der Klasse A sind wie folgt

• Die Transistoren müssen identisch sein, um eine gleichmäßige Verstärkung zu erzielen.
• Für die Transformatoren ist ein Mittenabgriff erforderlich.
• Die Transformatoren sind sperrig und teuer.

Wenn der Kollektorstrom nur während der positiven Halbwelle des Eingangssignals fließt, ist der Leistungsverstärker bekannt als class B power amplifier.

Klasse B Betrieb

Die Vorspannung des Transistors im Betrieb der Klasse B ist so, dass bei einem Signalzustand von Null kein Kollektorstrom anliegt. Dasoperating pointwird so gewählt, dass die Kollektor-Abschaltspannung erreicht ist. Wenn also das Signal angelegt wird,only the positive half cycle wird am Ausgang verstärkt.

Die folgende Abbildung zeigt die Eingangs- und Ausgangswellenformen während des Betriebs der Klasse B.

Wenn das Signal angelegt wird, wird die Schaltung für die positive Halbwelle des Eingangs in Vorwärtsrichtung vorgespannt, und daher fließt der Kollektorstrom. Während der negativen Halbwelle des Eingangs ist die Schaltung jedoch in Sperrrichtung vorgespannt und der Kollektorstrom fehlt. Daheronly the positive half cycle wird am Ausgang verstärkt.

Da der negative Halbzyklus vollständig fehlt, ist die Signalverzerrung hoch. Wenn das angelegte Signal zunimmt, ist auch die Verlustleistung höher. Im Vergleich zu Leistungsverstärkern der Klasse A ist die Ausgangseffizienz jedoch erhöht.

Nun, um die Nachteile zu minimieren und eine geringe Verzerrung, einen hohen Wirkungsgrad und eine hohe Ausgangsleistung zu erzielen, wird in diesem Klasse-B-Verstärker die Push-Pull-Konfiguration verwendet.

Push-Pull-Verstärker der Klasse B.

Obwohl der Wirkungsgrad des Leistungsverstärkers der Klasse B höher ist als der der Klasse A, ist die Verzerrung hoch, da nur ein halber Zyklus des Eingangs verwendet wird. Auch die Eingangsleistung wird nicht vollständig genutzt. Um diese Probleme zu kompensieren, wird die Push-Pull-Konfiguration in einen Verstärker der Klasse B eingeführt.

Konstruktion

Die Schaltung eines Gegentakt-Leistungsverstärkers der Klasse B besteht aus zwei identischen Transistoren T ₁ und T _2, deren Basen mit der Sekundärseite des Eingangstransformators T _{r1 mit Mittenabgriff verbunden sind} . Die Emitter sind kurzgeschlossen und die Kollektoren werden über die Primärwicklung des Ausgangstransformators T _r2 mit V _CC versorgt .

Die Schaltungsanordnung des Gegentaktverstärkers der Klasse B ist dieselbe wie die des Gegentaktverstärkers der Klasse A, außer dass die Transistoren beim Abschalten vorgespannt sind, anstatt die Vorspannungswiderstände zu verwenden. Die folgende Abbildung zeigt detailliert den Aufbau eines Push-Pull-Leistungsverstärkers der Klasse B.

Der Schaltungsbetrieb des Gegentaktverstärkers der Klasse B ist nachstehend detailliert beschrieben.

Betrieb

Die in der obigen Abbildung gezeigte Schaltung des Gegentaktverstärkers der Klasse B macht deutlich, dass beide Transformatoren mittig abgegriffen sind. Wenn am Eingang kein Signal anliegt, befinden sich die Transistoren T ₁ und T ₂ im abgeschalteten Zustand und daher fließen keine Kollektorströme. Da kein Strom aus V _{CC gezogen wird} , wird keine Energie verschwendet.

Wenn ein Eingangssignal gegeben wird, wird es an den Eingangstransformator T _{r1 angelegt,} der das Signal in zwei Signale _aufteilt, die um 180 ^° zueinander phasenverschoben sind. Diese beiden Signale werden an die beiden identischen Transistoren T ₁ und T _{2 gegeben} . Für den positiven Halbzyklus wird die Basis des Transistors T ₁ positiv wird und der Kollektorstrom fließt. Gleichzeitig hat der Transistor T ₂ eine negative Halbwelle, die den Transistor T ₂ in einen Abschaltzustand versetzt und somit keinen Kollektorstrom fließt. Die Wellenform wird wie in der folgenden Abbildung gezeigt erzeugt.

Für den nächsten Halbzyklus wird der Transistor T ₁ steigt in abgeschnittener Zustand und der Transistor T ₂ in den leitenden Zustand gelangt, um die Ausgabe bei. Daher leitet jeder Transistor für beide Zyklen abwechselnd. Der Ausgangstransformator T _r3 dient dazu, die beiden Ströme zu verbinden und eine nahezu unverzerrte Ausgangswellenform zu erzeugen.

Energieeffizienz des Push-Pull-Verstärkers der Klasse B.

Der Strom in jedem Transistor ist der Durchschnittswert der Halbsinusschleife.

Für eine halbe Sinusschleife ist I _dc gegeben durch

$$I_{dc} = \frac{(I_C)_{max}}{\pi}$$

Deshalb,

$$(p_{in})_{dc} = 2 \times \left [ \frac{(I_C)_{max}}{\pi} \times V_{CC} \right ]$$

Hier wird Faktor 2 eingeführt, da zwei Transistoren im Gegentaktverstärker vorhanden sind.

Effektivwert des Kollektorstroms = $(I_C)_{max}/ \sqrt{2}$

Effektivwert der Ausgangsspannung = $V_{CC} / \sqrt{2}$

Unter idealen Bedingungen maximaler Leistung

Deshalb,

$$(P_O)_{ac} = \frac{(I_C)_{max}}{\sqrt{2}} \times \frac{V_{CC}}{\sqrt{2}} = \frac{(I_C)_{max} \times V_{CC}}{2}$$

Jetzt insgesamt maximale Effizienz

$$\eta_{overall} = \frac{(P_O)_{ac}}{(P_{in})_{dc}}$$

$$= \frac{(I_C)_{max} \times V_{CC}}{2} \times \frac{\pi}{2 (I_C)_{max} \times V_{CC}}$$

$$= \frac{\pi}{4} = 0.785 = 78.5\%$$

Der Kollektorwirkungsgrad wäre der gleiche.

Daher verbessert der Gegentaktverstärker der Klasse B die Effizienz als der Gegentaktverstärker der Klasse A.

Komplementärer Symmetrie-Push-Pull-Verstärker der Klasse B.

Der gerade besprochene Gegentaktverstärker verbessert die Effizienz, aber die Verwendung von Transformatoren mit Mittenabgriff macht die Schaltung sperrig, schwer und kostspielig. Um die Schaltung zu vereinfachen und den Wirkungsgrad zu verbessern, können die verwendeten Transistoren ergänzt werden, wie im folgenden Schaltplan gezeigt.

Die obige Schaltung verwendet einen NPN-Transistor und einen PNP-Transistor, die in einer Push-Pull-Konfiguration verbunden sind. Wenn das Eingangssignal angelegt wird, leitet der NPN-Transistor während der positiven Halbwelle des Eingangssignals und der PNP-Transistor schaltet ab. Während der negativen Halbwelle wird der NPN-Transistor abgeschaltet und der PNP-Transistor leitet.

Auf diese Weise verstärkt sich der NPN-Transistor während der positiven Halbwelle des Eingangs, während der PNP-Transistor während der negativen Halbwelle des Eingangs verstärkt. Da die Transistoren beide komplementär sind, jedoch symmetrisch wirken, während sie in einer Gegentaktkonfiguration der Klasse B verbunden sind, wird diese Schaltung als bezeichnetComplementary symmetry push pull class B amplifier.

Vorteile

Die Vorteile des Push-Pull-Verstärkers der Klasse B mit komplementärer Symmetrie sind wie folgt.

• Da keine Transformatoren mit Mittelabgriff erforderlich sind, werden Gewicht und Kosten reduziert.

• Gleiche und entgegengesetzte Eingangssignalspannungen sind nicht erforderlich.

Nachteile

Die Nachteile des Push-Pull-Verstärkers der Klasse B mit komplementärer Symmetrie sind wie folgt.

• Es ist schwierig, ein Transistorpaar (NPN und PNP) mit ähnlichen Eigenschaften zu erhalten.

• Wir benötigen sowohl positive als auch negative Versorgungsspannungen.

Der bisher diskutierte Verstärker der Klassen A und B weist nur wenige Einschränkungen auf. Versuchen wir nun, diese beiden zu kombinieren, um eine neue Schaltung zu erhalten, die alle Vorteile von Verstärkern der Klassen A und B ohne ihre Ineffizienzen bietet. Lassen Sie uns vorher noch ein weiteres wichtiges Problem durchgehen, das alsCross over distortiontrifft die Ausgabe der Klasse B auf.

Crossover-Verzerrung

In der Push-Pull-Konfiguration werden die beiden identischen Transistoren nacheinander geleitet, und der erzeugte Ausgang ist die Kombination aus beiden.

Wenn sich das Signal am Nullspannungspunkt von einem Transistor zum anderen ändert oder übergeht, erzeugt es eine gewisse Verzerrung der Ausgangswellenform. Für einen Transistor sollte der Basis-Emitter-Übergang 0,7 V, die Abschaltspannung, überschreiten, um zu leiten. Die Zeit, die ein Transistor benötigt, um von AUS auf EIN oder aus EIN zu schalten, wird als bezeichnettransition period.

Am Nullspannungspunkt wirkt sich die Übergangszeit des Umschaltens der Transistoren von einem zum anderen aus, was zu den Fällen führt, in denen beide Transistoren gleichzeitig ausgeschaltet sind. Solche Instanzen können als bezeichnet werdenFlat spot oder Dead band auf die Ausgangswellenform.

Die obige Abbildung zeigt deutlich die Überkreuzungsverzerrung, die in der Ausgangswellenform auffällt. Dies ist der Hauptnachteil. Dieser Überkreuzungsverzerrungseffekt verringert auch den Gesamtwert von Spitze zu Spitze der Ausgangswellenform, was wiederum die maximale Ausgangsleistung verringert. Dies kann durch die nichtlineare Charakteristik der Wellenform, wie unten gezeigt, klarer verstanden werden.

Es versteht sich, dass diese Überkreuzungsverzerrung bei großen Eingangssignalen weniger ausgeprägt ist, da sie bei kleinen Eingangssignalen schwere Störungen verursacht. Diese Überkreuzungsverzerrung kann beseitigt werden, wenn die Leitung des Verstärkers mehr als einen halben Zyklus beträgt, so dass nicht beide Transistoren gleichzeitig ausgeschaltet sind.

Diese Idee führt zur Erfindung eines Verstärkers der Klasse AB, bei dem es sich um die Kombination von Verstärkern der Klasse A und der Klasse B handelt, wie nachstehend erörtert wird.

Leistungsverstärker der Klasse AB

Wie der Name schon sagt, ist Klasse AB eine Kombination von Verstärkern der Klassen A und B. Da Klasse A das Problem einer geringen Effizienz und Klasse B ein Verzerrungsproblem aufweist, wird diese Klasse AB entwickelt, um diese beiden Probleme zu beseitigen, indem die Vorteile beider Klassen genutzt werden.

Die Überkreuzungsverzerrung ist das Problem, das auftritt, wenn beide Transistoren während der Übergangsperiode zum gleichen Zeitpunkt ausgeschaltet sind. Um dies zu beseitigen, muss die Bedingung für mehr als einen halben Zyklus gewählt werden. Daher wird der andere Transistor leitend, bevor der Betriebstransistor in den Abschaltzustand schaltet. Dies wird nur durch Verwendung der Konfiguration der Klasse AB erreicht, wie im folgenden Schaltplan gezeigt.

Daher leitet bei der Verstärkerauslegung der Klasse AB jeder der Gegentakttransistoren etwas mehr als den halben Leitungszyklus in Klasse B, jedoch viel weniger als den vollen Leitungszyklus der Klasse A.

Der Leitungswinkel der Klasse AB Verstärker ist irgendwo zwischen 180 ^o bis 360 ^o in Abhängigkeit von der Betriebspunkt ausgewählt wird . Dies wird mit Hilfe der folgenden Abbildung verstanden.

Die kleine Vorspannung, die unter Verwendung der Dioden D ₁ und D _{2 gegeben wird} , wie in der obigen Figur gezeigt, hilft, dass der Betriebspunkt über dem Grenzpunkt liegt. Daher ergibt sich die Ausgangswellenform der Klasse AB wie in der obigen Abbildung gezeigt. Die durch die Klasse B verursachte Überkreuzungsverzerrung wird durch diese Klasse AB überwunden, und die Ineffizienzen der Klassen A und B wirken sich nicht auf die Schaltung aus.

Die Klasse AB ist also ein guter Kompromiss zwischen Klasse A und Klasse B in Bezug auf Effizienz und Linearität, wobei der Wirkungsgrad etwa 50% bis 60% erreicht. Die Verstärker der Klassen A, B und AB werden als bezeichnetlinear amplifiers weil die Amplitude und Phase des Ausgangssignals linear mit der Amplitude und Phase des Eingangssignals zusammenhängen.

Leistungsverstärker der Klasse C.

Wenn der Kollektorstrom weniger als einen halben Zyklus des Eingangssignals fließt, ist der Leistungsverstärker bekannt als class C power amplifier.

Der Wirkungsgrad des Klasse-C-Verstärkers ist hoch, während die Linearität schlecht ist. Der Leitungswinkel für die Klasse C weniger als 180 ^o . Sie beträgt im Allgemeinen etwa 90 ^° , was bedeutet, dass der Transistor für mehr als die Hälfte des Eingangssignals im Leerlauf bleibt. Der Ausgangsstrom wird also im Vergleich zum Anlegen des Eingangssignals kürzer geliefert.

Die folgende Abbildung zeigt den Betriebspunkt und den Ausgang eines Klasse-C-Verstärkers.

Diese Art der Vorspannung verleiht dem Verstärker einen deutlich verbesserten Wirkungsgrad von etwa 80%, führt jedoch zu einer starken Verzerrung des Ausgangssignals. Unter Verwendung des Klasse-C-Verstärkers können die an seinem Ausgang erzeugten Impulse unter Verwendung von LC-Schaltungen in seiner Kollektorschaltung in eine vollständige Sinuswelle einer bestimmten Frequenz umgewandelt werden.

Die bisher diskutierten Verstärkertypen können bei Radiofrequenzen nicht effektiv funktionieren, obwohl sie bei Audiofrequenzen gut sind. Die Verstärkung dieser Verstärker ist auch so, dass sie über einen weiten Bereich nicht entsprechend der Frequenz des Signals variiert. Dies ermöglicht die Verstärkung des Signals über einen Frequenzbereich gleich gut und ermöglicht nicht die Auswahl einer bestimmten gewünschten Frequenz, während die anderen Frequenzen zurückgewiesen werden.

Es besteht also ein Bedarf an einer Schaltung, die sowohl auswählen als auch verstärken kann. So macht eine Verstärkerschaltung zusammen mit einer Auswahl, wie beispielsweise einer abgestimmten Schaltung, eineTuned amplifier.

Was ist ein abgestimmter Verstärker?

Abgestimmte Verstärker sind die Verstärker, die zum Zweck von eingesetzt werden tuning. Tuning bedeutet Auswahl. Unter einer Reihe verfügbarer Frequenzen wird ein solcher Prozess aufgerufen, wenn eine bestimmte Frequenz ausgewählt werden muss, während alle anderen Frequenzen zurückgewiesen werdenSelection. Diese Auswahl erfolgt unter Verwendung einer Schaltung, die als bezeichnet wirdTuned circuit.

Wenn die Last einer Verstärkerschaltung durch eine abgestimmte Schaltung ersetzt wird, kann ein solcher Verstärker als a bezeichnet werden Tuned amplifier circuit. Die grundlegende abgestimmte Verstärkerschaltung sieht wie unten gezeigt aus.

Die Tuner-Schaltung ist nichts anderes als eine LC-Schaltung, die auch als bezeichnet wird resonant oder tank circuit. Es wählt die Frequenz. Ein abgestimmter Schaltkreis kann ein Signal über ein schmales Frequenzband verstärken, das bei der Resonanzfrequenz zentriert ist.

Wenn die Reaktanz des Induktors die Reaktanz des Kondensators im abgestimmten Schaltkreis bei einer bestimmten Frequenz ausgleicht, kann eine solche Frequenz als bezeichnet werden resonant frequency. Es wird mit bezeichnetf_r.

Die Formel für Resonanz lautet

$$2 \pi f_L = \frac{1}{2 \pi f_c}$$

$$f_r = \frac{1}{2 \pi \sqrt{LC}}$$

Arten von abgestimmten Schaltkreisen

Ein abgestimmter Schaltkreis kann je nach Art seiner Verbindung mit dem Hauptstromkreis ein Serienabstimmkreis (Serienresonanzkreis) oder ein Parallelabstimmkreis (Parallelresonanzkreis) sein.

Serienabstimmkreis

Die Induktivität und der Kondensator, die in Reihe geschaltet sind, bilden eine in Reihe abgestimmte Schaltung, wie im folgenden Schaltplan gezeigt.

Bei Resonanzfrequenz bietet ein Serienresonanzkreis eine niedrige Impedanz, die einen hohen Strom durch ihn ermöglicht. Ein Serienresonanzkreis bietet eine zunehmend hohe Impedanz für die Frequenzen, die weit von der Resonanzfrequenz entfernt sind.

Parallele abgestimmte Schaltung

Die Induktivität und der Kondensator, die parallel geschaltet sind, bilden einen parallel abgestimmten Schaltkreis, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Bei Resonanzfrequenz bietet ein Parallelresonanzkreis eine hohe Impedanz, die keinen hohen Strom durchlässt. Ein Parallelresonanzkreis bietet eine zunehmend niedrige Impedanz für die Frequenzen, die weit von der Resonanzfrequenz entfernt sind.

Eigenschaften einer parallel abgestimmten Schaltung

Die Frequenz, bei der Parallelresonanz auftritt (dh die reaktive Komponente des Stromkreises wird Null), wird als Resonanzfrequenz bezeichnet f_r. Die Hauptmerkmale eines abgestimmten Schaltkreises sind wie folgt.

Impedanz

Das Verhältnis der Versorgungsspannung zum Netzstrom ist die Impedanz des Schwingkreises. Die von der LC-Schaltung angebotene Impedanz ist gegeben durch

$$\frac{Supply \: voltage}{Line equation} = \frac{V}{I}$$

Bei Resonanz steigt der Netzstrom an, während die Impedanz abnimmt.

Die folgende Abbildung zeigt die Impedanzkurve eines Parallelresonanzkreises.

Die Impedanz der Schaltung nimmt für die Werte oberhalb und unterhalb der Resonanzfrequenz ab f_r. Somit ist die Auswahl einer bestimmten Frequenz und die Unterdrückung anderer Frequenzen möglich.

Um eine Gleichung für die Schaltungsimpedanz zu erhalten, betrachten wir

Leitungsstrom $I = I_L cos \phi$

$$\frac{V}{Z_r} = \frac{V}{Z_L} \times \frac{R}{Z_L}$$

$$\frac{1}{Z_r} = \frac{R}{Z_L^2}$$

$$\frac{1}{Z_r} = \frac{R}{L/C} = \frac{C R}{L}$$

Schon seit, $Z_L^2 = \frac{L}{C}$

Daher wird die Schaltungsimpedanz Z _r erhalten als

$$Z_R = \frac{L}{C R}$$

Somit ist bei Parallelresonanz die Schaltungsimpedanz gleich L / CR.

Stromkreis

Bei Parallelresonanz ist der Schaltungs- oder Leitungsstrom I gegeben durch die angelegte Spannung geteilt durch die Schaltungsimpedanz Z _r, dh

Leitungsstrom $I = \frac{V}{Z_r}$

Wo $Z_r = \frac{L}{C R}$

Da Z _r sehr hoch ist, ist der Leitungsstrom I sehr klein.

Qualitätsfaktor

Bei einem Parallelresonanzkreis bestimmt die Schärfe der Resonanzkurve die Selektivität. Je kleiner der Widerstand der Spule ist, desto schärfer ist die Resonanzkurve. Daher bestimmen die induktive Reaktanz und der Widerstand der Spule die Qualität des abgestimmten Schaltkreises.

Das Verhältnis der induktiven Reaktanz der Spule bei Resonanz zu ihrem Widerstand ist bekannt als Quality factor. Es wird mit bezeichnetQ.

$$Q = \frac{X_L}{R} = \frac{2 \pi f_r L}{R}$$

Je höher der Wert von Q ist, desto schärfer ist die Resonanzkurve und desto besser ist die Selektivität.

Vorteile von abgestimmten Verstärkern

Das Folgende sind die Vorteile von abgestimmten Verstärkern.

• Die Verwendung von reaktiven Komponenten wie L und C minimiert den Leistungsverlust, wodurch die abgestimmten Verstärker effizient werden.

• Die Selektivität und Verstärkung der gewünschten Frequenz ist hoch, indem bei Resonanzfrequenz eine höhere Impedanz bereitgestellt wird.

• Eine kleinere Kollektorversorgung VCC würde aufgrund ihres geringen Widerstands im parallel abgestimmten Schaltkreis ausreichen.

Es ist wichtig zu beachten, dass diese Vorteile bei einer hochohmigen Kollektorlast nicht anwendbar sind.

Frequenzgang des abgestimmten Verstärkers

Damit ein Verstärker effizient ist, sollte seine Verstärkung hoch sein. Diese Spannungsverstärkung hängt von β, der Eingangsimpedanz und der Kollektorlast ab. Die Kollektorlast in einem abgestimmten Verstärker ist eine abgestimmte Schaltung.

Die Spannungsverstärkung eines solchen Verstärkers ist gegeben durch

Spannungsverstärkung = $\frac{\beta Z_C}{Z_{in}}$

Wobei Z _C = effektive Kollektorlast und Z _in = Eingangsimpedanz des Verstärkers.

Der Wert von Z _C hängt von der Frequenz des abgestimmten Verstärkers ab. Da Z _C bei Resonanzfrequenz maximal ist, ist die Verstärkung des Verstärkers bei dieser Resonanzfrequenz maximal.

Bandbreite

Der Frequenzbereich, bei dem die Spannungsverstärkung des abgestimmten Verstärkers auf 70,7% der maximalen Verstärkung abfällt, wird als its bezeichnet Bandwidth.

Der Frequenzbereich zwischen f ₁ und f ₂ wird als Bandbreite des abgestimmten Verstärkers bezeichnet. Die Bandbreite eines abgestimmten Verstärkers hängt von der Güte der LC-Schaltung ab, dh von der Schärfe des Frequenzgangs. Der Wert von Q und die Bandbreite sind umgekehrt proportional.

Die folgende Abbildung zeigt die Bandbreite und den Frequenzgang des abgestimmten Verstärkers.

Beziehung zwischen Q und Bandbreite

Der Qualitätsfaktor Q der Bandbreite ist definiert als das Verhältnis von Resonanzfrequenz zu Bandbreite, dh

$$Q = \frac{f_r}{BW}$$

Im Allgemeinen hat eine praktische Schaltung einen Q-Wert von mehr als 10.

Unter dieser Bedingung ist die Resonanzfrequenz bei Parallelresonanz gegeben durch

$$f_r = \frac{1}{2 \pi \sqrt{LC}}$$

Es gibt zwei Haupttypen von abgestimmten Verstärkern. Sie sind -

• Einfach abgestimmter Verstärker
• Doppelt abgestimmter Verstärker

Single Tuned Amplifier

Eine Verstärkerschaltung mit einem einzelnen Tunerabschnitt, der sich am Kollektor der Verstärkerschaltung befindet, wird als einzelne Tuner-Verstärkerschaltung bezeichnet.

Konstruktion

Eine einfache Transistorverstärkerschaltung, die aus einer parallel abgestimmten Schaltung in ihrer Kollektorlast besteht, bildet eine einzelne abgestimmte Verstärkerschaltung. Die Werte für Kapazität und Induktivität des Schwingkreises werden so gewählt, dass seine Resonanzfrequenz gleich der zu verstärkenden Frequenz ist.

Das folgende Schaltbild zeigt eine einzelne abgestimmte Verstärkerschaltung.

Die Ausgabe kann vom Koppelkondensator C _C wie oben gezeigt oder von einer Sekundärwicklung erhalten werden, die bei L angeordnet ist.

Betrieb

Das zu verstärkende Hochfrequenzsignal wird am Eingang des Verstärkers angelegt. Die Resonanzfrequenz der parallel abgestimmten Schaltung wird gleich der Frequenz des angelegten Signals gemacht, indem der Kapazitätswert des Kondensators C in der abgestimmten Schaltung geändert wird.

In diesem Stadium bietet die abgestimmte Schaltung eine hohe Impedanz für die Signalfrequenz, was dazu beiträgt, eine hohe Leistung über die abgestimmte Schaltung bereitzustellen. Da eine hohe Impedanz nur für die abgestimmte Frequenz angeboten wird, werden alle anderen Frequenzen, die eine niedrigere Impedanz erhalten, von der abgestimmten Schaltung zurückgewiesen. Daher wählt und verstärkt der abgestimmte Verstärker das gewünschte Frequenzsignal.

Frequenzgang

Die Parallelresonanz tritt bei der Resonanzfrequenz f _{r auf,} wenn die Schaltung ein hohes Q hat. Die Resonanzfrequenz f _r ist gegeben durch

$$f_r = \frac{1}{2 \pi \sqrt{LC}}$$

Das folgende Diagramm zeigt den Frequenzgang einer einzelnen abgestimmten Verstärkerschaltung.

Bei der Resonanzfrequenz f _r ist die Impedanz des Parallelschwingkreises sehr hoch und ist ein rein resistive. Die Spannung über R _L ist daher maximal, wenn die Schaltung auf Resonanzfrequenz abgestimmt ist. Daher ist die Spannungsverstärkung bei Resonanzfrequenz maximal und fällt darüber und darunter ab. Je höher das Q, desto schmaler wird die Kurve.

Doppelt abgestimmter Verstärker

Eine Verstärkerschaltung mit einem Doppeltunerabschnitt, der sich am Kollektor der Verstärkerschaltung befindet, wird als Doppeltunerverstärkerschaltung bezeichnet.

Konstruktion

Der Aufbau eines doppelt abgestimmten Verstärkers wird anhand der folgenden Abbildung verstanden. Diese Schaltung besteht aus zwei abgestimmten Schaltungen L ₁ C ₁ und L ₂ C ₂ im Kollektorabschnitt des Verstärkers. Das Signal am Ausgang des Schwingkreises L ₁ C ₁ wird durch ein gegenseitiges Kopplungsverfahren mit dem anderen Schwingkreis L ₂ C ₂ gekoppelt . Die verbleibenden Schaltungsdetails sind dieselben wie bei der einfach abgestimmten Verstärkerschaltung, wie im folgenden Schaltplan gezeigt.

Betrieb

Das zu verstärkende Hochfrequenzsignal wird an den Eingang des Verstärkers abgegeben. Die Abstimmschaltung L ₁ C ₁ ist auf die Eingangssignalfrequenz abgestimmt. In diesem Zustand bietet die abgestimmte Schaltung eine hohe Reaktanz gegenüber der Signalfrequenz. Folglich erscheint eine große Ausgabe am Ausgang der abgestimmten Schaltung L ₁ C _1, die dann durch gegenseitige Induktion mit der anderen abgestimmten Schaltung L ₂ C ₂ gekoppelt wird . Diese doppelt abgestimmten Schaltungen werden in großem Umfang zum Koppeln verschiedener Schaltungen von Radio- und Fernsehempfängern verwendet.

Frequenzgang des doppelt abgestimmten Verstärkers

Der doppelt abgestimmte Verstärker hat die Besonderheit von couplingDies ist wichtig für die Bestimmung des Frequenzgangs des Verstärkers. Der Betrag der gegenseitigen Induktivität zwischen den beiden abgestimmten Schaltkreisen gibt den Grad der Kopplung an, der den Frequenzgang des Schaltkreises bestimmt.

Um eine Vorstellung von der Eigenschaft der gegenseitigen Induktivität zu bekommen, lassen Sie uns das Grundprinzip durchgehen.

Gegenseitige Induktivität

Da die stromführende Spule ein Magnetfeld um sie herum erzeugt, induziert der variierende Magnetfluss eine EMF in der zweiten Spule, wenn eine andere Spule in die Nähe dieser Spule gebracht wird, so dass sie sich im Magnetflussbereich der Primärspule befindet. Wenn diese erste Spule als bezeichnet wirdPrimary coilkann der zweite als a bezeichnet werden Secondary coil.

Wenn die EMF in der Sekundärspule aufgrund des variierenden Magnetfelds der Primärspule induziert wird, wird ein solches Phänomen als das bezeichnet Mutual Inductance.

Die folgende Abbildung gibt eine Vorstellung davon.

Die jetzige i_s in der Abbildung den Quellstrom während angeben i_indzeigt den induzierten Strom an. Der Fluss repräsentiert den magnetischen Fluss, der um die Spule erzeugt wird. Dies breitet sich auch auf die Sekundärspule aus.

Bei Anlegen der Spannung wird der Strom i_sFlüsse und Fluss wird erzeugt. Wenn der Strom variiert, wird der Fluss variiert und erzeugti_ind in der Sekundärspule aufgrund der gegenseitigen Induktivitätseigenschaft.

Kupplung

Unter dem Konzept der gegenseitigen Induktivitätskopplung wird wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Wenn die Spulen voneinander beabstandet sind, verbinden die Flussverbindungen der Primärspule L ₁ die Sekundärspule L _{2 nicht} . In diesem Zustand sollen die Spulen habenLoose coupling. Der Widerstand, der unter diesen Bedingungen von der Sekundärspule reflektiert wird, ist klein und die Resonanzkurve ist scharf und die Schaltung Q ist hoch, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.

Im Gegenteil, wenn die Primär- und Sekundärspule nahe beieinander gebracht werden, haben sie Tight coupling. Unter solchen Bedingungen ist der reflektierte Widerstand groß und die Schaltung Q ist niedriger. Es werden zwei Positionen von Verstärkungsmaxima erhalten, eine oberhalb und die andere unterhalb der Resonanzfrequenz.

Bandbreite der doppelt abgestimmten Schaltung

Die obige Abbildung zeigt deutlich, dass die Bandbreite mit dem Grad der Kopplung zunimmt. Der bestimmende Faktor in einem doppelt abgestimmten Schaltkreis ist nicht Q, sondern die Kopplung.

Wir haben verstanden, dass für eine gegebene Frequenz die Bandbreite umso größer ist, je enger die Kopplung ist.

Die Gleichung für die Bandbreite ist gegeben als

$$BW_{dt} = k f_r$$

Wobei BW _dt = Bandbreite für doppelt abgestimmten Schaltkreis, K = Kopplungskoeffizient und f _r = Resonanzfrequenz.

Wir hoffen, dass Sie jetzt ausreichende Kenntnisse über die Funktionsweise von abgestimmten Verstärkern erworben haben. Im nächsten Kapitel lernen wir Rückkopplungsverstärker kennen.

Eine Verstärkerschaltung erhöht einfach die Signalstärke. Während der Verstärkung wird jedoch nur die Stärke des Eingangssignals erhöht, unabhängig davon, ob es neben Informationen auch Informationen oder Rauschen enthält. Dieses Rauschen oder eine Störung wird aufgrund ihrer starken Neigung zur Einführung in die Verstärker eingeführthumaufgrund plötzlicher Temperaturänderungen oder elektrischer und magnetischer Streufelder. Daher neigt jeder Verstärker mit hoher Verstärkung dazu, Rauschen zusammen mit dem Signal in seinem Ausgang zu erzeugen, was sehr unerwünscht ist.

Der Rauschpegel in den Verstärkerschaltungen kann durch Verwendung erheblich reduziert werden negative feedback Dies erfolgt durch Einspeisen eines Bruchteils des Ausgangs in Phase entgegengesetzt zum Eingangssignal.

Prinzip des Rückkopplungsverstärkers

Ein Rückkopplungsverstärker besteht im Allgemeinen aus zwei Teilen. Sie sind dieamplifier und die feedback circuit. Die Rückkopplungsschaltung besteht normalerweise aus Widerständen. Das Konzept des Rückkopplungsverstärkers kann aus der folgenden Abbildung verstanden werden.

Aus der obigen Figur ist die Verstärkung des Verstärkers als A dargestellt. Die Verstärkung des Verstärkers ist das Verhältnis der Ausgangsspannung V _o zur Eingangsspannung V _i . Das Rückkopplungsnetzwerk extrahiert eine Spannung V _f = β V _o aus dem Ausgang V _o des Verstärkers.

Diese Spannung wird für eine positive Rückkopplung addiert und für eine negative Rückkopplung von der Signalspannung V _s subtrahiert . Jetzt,

$$V_i = V_s + V_f = V_s + \beta V_o$$

$$V_i = V_s - V_f = V_s - \beta V_o$$

Die Größe β = V _f / V _o wird als Rückkopplungsverhältnis oder Rückkopplungsfraktion bezeichnet.

Betrachten wir den Fall des negativen Feedbacks. Der Ausgang V _o muss gleich der Eingangsspannung (V _s - β V _o ) multipliziert mit der Verstärkung A des Verstärkers sein.

Daher,

$$(V_s - \beta V_o)A = V_o$$

Oder

$$A V_s - A \beta V_o = V_o$$

Oder

$$A V_s = V_o (1 + A \beta)$$

Deshalb,

$$\frac{V_o}{V_s} = \frac{A}{1 + A \beta}$$

Sei A _f die Gesamtverstärkung (Verstärkung mit der Rückkopplung) des Verstärkers. Dies ist definiert als das Verhältnis der Ausgangsspannung V _o zur angelegten Signalspannung V _s , dh

$$A_f = \frac{Output \: voltage}{Input \: signal \: voltage} = \frac{V_o}{V_s}$$

Aus den beiden obigen Gleichungen können wir also verstehen, dass

Die Verstärkungsgleichung des Rückkopplungsverstärkers mit negativer Rückkopplung ist gegeben durch

$$A_f = \frac{A}{1 + A \beta}$$

Die Verstärkungsgleichung des Rückkopplungsverstärkers mit positiver Rückkopplung ist gegeben durch

$$A_f = \frac{A}{1 - A \beta}$$

Dies sind die Standardgleichungen zur Berechnung der Verstärkung von Rückkopplungsverstärkern.

Arten von Rückmeldungen

Der Vorgang des Zurückspritzens eines Bruchteils der Ausgangsenergie eines Geräts in den Eingang ist bekannt als Feedback. Es wurde festgestellt, dass Rückkopplung sehr nützlich ist, um Rauschen zu reduzieren und den Verstärkerbetrieb stabil zu machen.

Abhängig davon, ob das Rückmeldesignal aids oder opposes Für das Eingangssignal werden zwei Arten von Rückkopplungen verwendet.

Positives Feedback

Die Rückkopplung, bei der die Rückkopplungsenergie, dh entweder Spannung oder Strom, mit dem Eingangssignal in Phase ist und somit dessen Unterstützung unterstützt, wird als bezeichnet Positive feedback.

Sowohl das Eingangssignal und Rückkopplungssignal eine Phasenverschiebung von 180 ^os somit ein 360 machen ^o resultierende Phasenverschiebung um die Schleife, um schließlich in Phase mit dem Eingangssignal.

Obwohl das positive Feedback increases the gain des Verstärkers hat er die Nachteile wie

• Zunehmende Verzerrung
• Instability

Aufgrund dieser Nachteile wird die positive Rückkopplung für die Verstärker nicht empfohlen. Wenn die positive Rückkopplung ausreichend groß ist, führt dies zu Schwingungen, durch die Oszillatorschaltungen gebildet werden. Dieses Konzept wird im OSCILLATORS-Tutorial erläutert.

Negative Rückmeldung

Die Rückkopplung, bei der die Rückkopplungsenergie, dh entweder Spannung oder Strom, gegenüber dem Eingang phasenverschoben ist und sich dieser widersetzt, wird als bezeichnet negative feedback.

Bei negativer Rückkopplung führt der Verstärker eine Phasenverschiebung von 180 ^° in die Schaltung ein, während das Rückkopplungsnetzwerk so ausgelegt ist, dass es keine Phasenverschiebung oder Nullphasenverschiebung erzeugt. Somit ist die resultierende Rückkopplungsspannung _Vf um 180 ^° phasenverschoben zum Eingangssignal V _in .

Obwohl die gain des Gegenkopplungsverstärkers ist reducedEs gibt viele Vorteile von negativer Rückkopplung wie z

• Die Stabilität der Verstärkung wird verbessert
• Reduzierung der Verzerrung
• Geräuschreduzierung
• Erhöhung der Eingangsimpedanz
• Abnahme der Ausgangsimpedanz
• Erweiterung des Bereichs der gleichmäßigen Anwendung

Aufgrund dieser Vorteile wird in Verstärkern häufig eine negative Rückkopplung verwendet.

Negative Rückkopplung in einem Verstärker ist das Verfahren zum Zuführen eines Teils des verstärkten Ausgangs zum Eingang, jedoch in entgegengesetzter Phase. Die gegenphasig auftritt , wie der Verstärker 180 liefert ^o Phasenverschiebung während des Rückkopplungsnetzwerk nicht.

Während die Ausgangsenergie an den Eingang angelegt wird, wird für die Spannungsenergie als Rückkopplung der Ausgang in Shunt-Verbindung und für die Stromenergie als Rückkopplung der Ausgang in Reihenschaltung genommen.

Es gibt zwei Haupttypen von Gegenkopplungsschaltungen. Sie sind -

• Negative Spannungsrückkopplung
• Negative Stromrückkopplung

Negative Spannungsrückkopplung

Bei diesem Verfahren ist die Spannungsrückkopplung zum Eingang des Verstärkers proportional zur Ausgangsspannung. Dies wird weiter in zwei Typen eingeteilt -

• Spannungsreihenrückkopplung
• Spannungs-Shunt-Feedback

Negative Stromrückkopplung

Bei diesem Verfahren ist die Spannungsrückkopplung zum Eingang des Verstärkers proportional zum Ausgangsstrom. Dies wird weiter in zwei Typen eingeteilt.

• Rückmeldung der aktuellen Serie
• Strom-Shunt-Feedback

Lassen Sie uns eine kurze Vorstellung von allen haben.

Spannungs-Serien-Feedback

In der Spannungsreihen-Rückkopplungsschaltung wird ein Bruchteil der Ausgangsspannung in Reihe mit der Eingangsspannung über die Rückkopplungsschaltung angelegt. Dies ist auch bekannt alsshunt-driven series-fed Rückkopplung, dh eine Parallelschaltung.

Die folgende Abbildung zeigt das Blockschaltbild der Spannungsreihenrückkopplung, anhand dessen ersichtlich ist, dass die Rückkopplungsschaltung mit dem Ausgang in Shunt, aber mit dem Eingang in Reihe geschaltet ist.

Wenn die Rückkopplungsschaltung im Nebenschluss mit dem Ausgang verbunden ist, wird die Ausgangsimpedanz verringert und aufgrund der Reihenschaltung mit dem Eingang wird die Eingangsimpedanz erhöht.

Voltage-Shunt-Feedback

In der Spannungs-Shunt-Rückkopplungsschaltung wird ein Teil der Ausgangsspannung parallel zur Eingangsspannung über das Rückkopplungsnetzwerk angelegt. Dies ist auch bekannt alsshunt-driven shunt-fed Rückkopplung, dh ein Parallel-Parallel-Prototyp.

Die folgende Abbildung zeigt das Blockschaltbild der Spannungs-Shunt-Rückkopplung, anhand dessen ersichtlich ist, dass die Rückkopplungsschaltung sowohl mit dem Ausgang als auch mit dem Eingang in einen Shunt versetzt ist.

Da die Rückkopplungsschaltung im Shunt mit dem Ausgang und dem Eingang verbunden ist, werden sowohl die Ausgangsimpedanz als auch die Eingangsimpedanz verringert.

Feedback zur aktuellen Serie

In der Stromreihenrückkopplungsschaltung wird ein Bruchteil der Ausgangsspannung in Reihe mit der Eingangsspannung über die Rückkopplungsschaltung angelegt. Dies ist auch bekannt alsseries-driven series-fed Rückkopplung dh eine Serien-Serien-Schaltung.

Die folgende Abbildung zeigt das Blockschaltbild der Stromreihenrückkopplung, anhand dessen ersichtlich ist, dass die Rückkopplungsschaltung mit dem Ausgang und auch mit dem Eingang in Reihe geschaltet ist.

Da die Rückkopplungsschaltung auch mit dem Ausgang und dem Eingang in Reihe geschaltet ist, werden sowohl die Ausgangsimpedanz als auch die Eingangsimpedanz erhöht.

Strom-Shunt-Feedback

In der Strom-Shunt-Rückkopplungsschaltung wird ein Bruchteil der Ausgangsspannung in Reihe mit der Eingangsspannung über die Rückkopplungsschaltung angelegt. Dies ist auch bekannt alsseries-driven shunt-fed Rückkopplung dh eine Serien-Parallel-Schaltung.

Die folgende Abbildung zeigt das Blockschaltbild der Strom-Shunt-Rückkopplung, anhand dessen ersichtlich ist, dass die Rückkopplungsschaltung in Reihe mit dem Ausgang, jedoch parallel zum Eingang geschaltet ist.

Wenn die Rückkopplungsschaltung in Reihe mit dem Ausgang geschaltet wird, wird die Ausgangsimpedanz erhöht und aufgrund der Parallelschaltung mit dem Eingang wird die Eingangsimpedanz verringert.

Lassen Sie uns nun die Verstärkereigenschaften tabellieren, die von verschiedenen Arten negativer Rückkopplungen beeinflusst werden.

Eigenschaften	Arten von Rückmeldungen
	Spannungsreihe	Spannungs-Shunt	Aktuelle Serie	Strom-Shunt
Spannungsverstärkung	Nimmt ab	Nimmt ab	Nimmt ab	Nimmt ab
Bandbreite	Erhöht sich	Erhöht sich	Erhöht sich	Erhöht sich
Eingangswiderstand	Erhöht sich	Nimmt ab	Erhöht sich	Nimmt ab
Ausgangswiderstand	Nimmt ab	Nimmt ab	Erhöht sich	Erhöht sich
Harmonische Verzerrung	Nimmt ab	Nimmt ab	Nimmt ab	Nimmt ab
Lärm	Nimmt ab	Nimmt ab	Nimmt ab	Nimmt ab

Emitterfolger und Darlington-Verstärker sind die häufigsten Beispiele für Rückkopplungsverstärker. Dies sind die am häufigsten verwendeten mit einer Reihe von Anwendungen.

Emitter Follower

Die Emitterfolgerschaltung hat in Rückkopplungsverstärkern einen herausragenden Platz. Der Emitterfolger ist ein Fall einer negativen Stromrückkopplungsschaltung. Dies wird hauptsächlich als Verstärker der letzten Stufe in Signalgeneratorschaltungen verwendet.

Die wichtigen Merkmale von Emitter Follower sind -

• Es hat eine hohe Eingangsimpedanz
• Es hat eine niedrige Ausgangsimpedanz
• Es ist eine ideale Schaltung zur Impedanzanpassung

All diese idealen Eigenschaften ermöglichen viele Anwendungen für die Emitterfolgerschaltung. Dies ist eine Stromverstärkerschaltung ohne Spannungsverstärkung.

Konstruktion

Die Konstruktionsdetails einer Emitterfolgerschaltung sind einem normalen Verstärker nahezu ähnlich. Der Hauptunterschied besteht darin, dass die Last R _L am Kollektoranschluss fehlt, aber am Emitteranschluss der Schaltung vorhanden ist. Somit wird der Ausgang vom Emitteranschluss anstelle des Kollektoranschlusses genommen.

Die Vorspannung wird entweder durch das Basiswiderstandsverfahren oder durch das Potentialteilerverfahren bereitgestellt. Die folgende Abbildung zeigt den Schaltplan eines Emitterfolgers.

Betrieb

Die zwischen Basis und Emitter angelegte Eingangssignalspannung entwickelt eine Ausgangsspannung V _o über R _E , die sich im Emitterabschnitt befindet. Deshalb,

$$V_o = I_E R_E$$

Der gesamte Ausgangsstrom wird durch Rückkopplung an den Eingang angelegt. Daher,

$$V_f = V_o$$

Da die an R _L entwickelte Ausgangsspannung proportional zum Emitterstrom ist, ist diese Emitterfolgerschaltung eine Stromrückkopplungsschaltung. Daher,

$$\beta = \frac{V_f}{V_o} = 1$$

Es wird auch angemerkt, dass die Eingangssignalspannung zum Transistor (= V _i ) gleich der Differenz von V _s und V _{o ist,} dh

$$V_i = V_s - V_o$$

Daher ist das Feedback negativ.

Eigenschaften

Die Hauptmerkmale des Emitterfolgers sind wie folgt:

• Keine Spannungsverstärkung. Tatsächlich beträgt die Spannungsverstärkung fast 1.
• Relativ hohe Stromverstärkung und Leistungsverstärkung.
• Hohe Eingangsimpedanz und niedrige Ausgangsimpedanz.
• Eingangs- und Ausgangswechselspannung sind in Phase.

Spannungsverstärkung des Emitterfolgers

Da die Emitterfolgerschaltung eine herausragende Rolle spielt, versuchen wir, die Gleichung für die Spannungsverstärkung einer Emitterfolgerschaltung zu erhalten. Unsere Emitter Follower-Schaltung sieht wie folgt aus:

Wenn ein Wechselstrom-Ersatzschaltbild der obigen Schaltung gezeichnet wird, würde es wie das folgende aussehen, da der Emitter-Bypass-Kondensator fehlt.

Der Wechselstromwiderstand r _E der Emitterschaltung ist gegeben durch

$$r_E = r’_E + R_E$$

Wo

$$r’_E = \frac{25 mV}{I_E}$$

Um die Spannungsverstärkung des Verstärkers zu ermitteln, kann die obige Abbildung durch die folgende Abbildung ersetzt werden.

Es ist zu beachten, dass die Eingangsspannung über den Wechselstromwiderstand der Emitterschaltung angelegt wird, dh (r ' _E + R _E ). Unter der Annahme der Emitter - Diode als ideal, die Ausgangsspannung V _out wird

$$V_{out} = i_e R_E$$

Die Eingangsspannung V _in wird sein

$$V_{in} = i_e(r’_e + R_E)$$

Daher beträgt die Spannungsverstärkung des Emitterfolgers

$$A_V = \frac{V_{out}}{V_{in}} = \frac{i_e R_E}{i_e(r’_e + R_E)} = \frac{R_E}{(r’_e + R_E)}$$

Oder

$$A_V = \frac{R_E}{(r’_e + R_E)}$$

In den meisten praktischen Anwendungen

$$R_E \gg r’_e$$

Also A _V ≈ 1. In der Praxis liegt die Spannungsverstärkung eines Emitterfolgers zwischen 0,8 und 0,999.

Darlington-Verstärker

Die gerade diskutierte Emitterfolgerschaltung erfüllt nicht die Anforderungen der Schaltungsstromverstärkung (A _i ) und der Eingangsimpedanz (Z _i ). Um eine gewisse Erhöhung der Gesamtwerte der Schaltungsstromverstärkung und der Eingangsimpedanz zu erreichen, werden zwei Transistoren angeschlossen, wie im folgenden Schaltplan gezeigt, der als bekannt istDarlington Aufbau.

Wie in der obigen Figur gezeigt, ist der Emitter des ersten Transistors mit der Basis des zweiten Transistors verbunden. Die Kollektoranschlüsse beider Transistoren sind miteinander verbunden.

Vorspannungsanalyse

Aufgrund dieser Art der Verbindung ist der Emitterstrom des ersten Transistors auch der Basisstrom des zweiten Transistors. Daher ist die Stromverstärkung des Paares gleich dem Produkt der einzelnen Stromverstärkungen, dh

$$\beta = \beta _1 \beta _2$$

Eine hohe Stromverstärkung wird im Allgemeinen mit einer minimalen Anzahl von Komponenten erreicht.

Da hier zwei Transistoren verwendet werden, sind zwei V _BE- Tropfen zu berücksichtigen. Die Vorspannungsanalyse ist ansonsten für einen Transistor ähnlich.

Spannung über R ₂ ,

$$V_2 = \frac{V_CC}{R_1 + R_2} \times R_2$$

Spannung über R _E ,

$$V_E = V_2 - 2 V_{BE}$$

Strom durch R _E ,

$$I_{E2} = \frac{V_2 - 2 V_{BE}}{R_E}$$

Da die Transistoren direkt gekoppelt sind,

$$I_{E1} = I_{B2}$$

Jetzt

$$I_{B2} = \frac{I_{E2}}{\beta _2}$$

Deshalb

$$I_{E1} = \frac{I_{E2}}{\beta _2}$$

Was bedeutet

$$I_{E1} = I_{E1} \beta _2$$

Wir haben

$I_{E1} = \beta _1 I_{B1}$ schon seit $I_{E1} \cong I_{C1}$

Daher als

$$I_{E2} = I_{E1} \beta _2$$

Wir können schreiben

$$I_{E2} = \beta _1 \beta _2 I_{B1}$$

Daher kann die Stromverstärkung als angegeben werden

$$\beta = \frac{I_{E2}}{I_{B1}} = \frac{\beta _1 \beta _2 I_{B1}}{I_{B1}} = \beta _1 \beta_2$$

Die Eingangsimpedanz des Darling-Ton-Verstärkers beträgt

$Z_{in} = \beta_1 \beta_2 R_E .....$r ' _e vernachlässigen

In der Praxis sind diese beiden Transistoren in einem einzigen Transistorgehäuse angeordnet, und die drei Anschlüsse sind wie in der folgenden Abbildung gezeigt aus dem Gehäuse herausgenommen.

Diese drei Endgeräte können als bezeichnet werden Darling ton transistor. Der Darling-Ton-Transistor wirkt wie ein einzelner Transistor mit hoher Stromverstärkung und hoher Eingangsimpedanz.

Eigenschaften

Das Folgende sind die wichtigen Eigenschaften des Darling-Ton-Verstärkers.

• Extrem hohe Eingangsimpedanz (MΩ).
• Extrem hohe Stromverstärkung (mehrere Tausend).
• Extrem niedrige Ausgangsimpedanz (einige Ω).

Da die Eigenschaften des Darling-Ton-Verstärkers im Wesentlichen die gleichen sind wie die des Emitterfolgers, werden die beiden Schaltungen für ähnliche Anwendungen verwendet.

Bisher haben wir Verstärker diskutiert, die auf positivem Feedback basieren. Die negative Rückkopplung in Transistorschaltungen ist hilfreich bei der Arbeit von Oszillatoren. Das Thema Oszillatoren wird im Tutorial Oszillatoren vollständig behandelt.

Ein Verstärker erhöht beim Verstärken nur die Stärke seines Eingangssignals, unabhängig davon, ob er neben Informationen auch Informationen oder Rauschen enthält. Dieses Rauschen oder eine Störung wird aufgrund ihrer starken Neigung zur Einführung in die Verstärker eingeführthum aufgrund plötzlicher Temperaturänderungen oder elektrischer und magnetischer Streufelder.

Die Leistung eines Verstärkers hängt hauptsächlich von diesem Rauschen ab. Noiseist ein unerwünschtes Signal, das den gewünschten Signalinhalt im System stört. Dies kann ein zusätzliches Signal sein, das innerhalb des Systems erzeugt wird, oder es kann eine Störung sein, die mit der gewünschten Information des Eingangssignals einhergeht. Es ist jedoch unerwünscht und muss entfernt werden.

Ein gutes System ist ein System, bei dem das vom Verstärker selbst erzeugte Rauschen im Vergleich zum Rauschen der eingehenden Quelle gering ist.

Lärm

Lärm ist ein unwanted signalDies stört das ursprüngliche Nachrichtensignal und verfälscht die Parameter des Nachrichtensignals. Diese Änderung im Kommunikationsprozess bewirkt, dass die Nachricht nach dem Erreichen geändert wird. Es wird höchstwahrscheinlich am Kanal oder am Empfänger eingegeben.

Die folgende Grafik zeigt die Eigenschaften eines Rauschsignals.

Daher versteht es sich, dass Rauschen ein Signal ist, das kein Muster und keine konstante Frequenz oder Amplitude aufweist. Es ist ziemlichrandomund unvorhersehbar. Es werden normalerweise Maßnahmen ergriffen, um es zu reduzieren, obwohl es nicht vollständig beseitigt werden kann.

Most common examples of noise are - -

• "Hiss" -Ton in Radioempfängern
• "Buzz" ertönt inmitten von Telefongesprächen
• "Flimmern" in Fernsehempfängern usw.

Auswirkungen von Lärm

Rauschen ist eine unangenehme Funktion, die sich auf die Systemleistung auswirkt. Die Auswirkungen von Lärm umfassen -

• Rauschen begrenzt den Betriebsbereich der Systeme - Rauschen begrenzt indirekt das schwächste Signal, das von einem Verstärker verstärkt werden kann. Der Oszillator in der Mischerschaltung kann seine Frequenz aufgrund von Rauschen begrenzen. Der Betrieb eines Systems hängt vom Betrieb seiner Schaltkreise ab. Rauschen begrenzt das kleinste Signal, das ein Empfänger verarbeiten kann.

• Rauschen beeinflusst die Empfindlichkeit der Empfänger - Die Empfindlichkeit ist die minimale Menge an Eingangssignal, die erforderlich ist, um die angegebene Ausgabequalität zu erhalten. Rauschen beeinflusst die Empfindlichkeit eines Empfängersystems, was sich schließlich auf die Ausgabe auswirkt.

Signal-Rausch-Verhältnis

Wenn ein Signal empfangen wird und verstärkt werden muss, wird zuerst das Signal herausgefiltert, um unerwünschtes Rauschen zu entfernen, falls verfügbar.

Das Verhältnis des im empfangenen Signal vorhandenen Informationssignals zum vorhandenen Rauschen wird als bezeichnet Signal to Noise ratio. Dieses Verhältnis muss für ein System höher sein, damit es ein reines Informationssignal erzeugt, das vom unerwünschten Rauschen nicht beeinflusst wird.

Das SNR kann verstanden werden als

$$SNR = \frac{P_{signal}}{P_{noise}}$$

Das SNR wird logarithmisch in Dezibel ausgedrückt.

$$SNR_{db} = 10 log_{10}\left (\frac{P_{signal}}{P_{noise}} \right )$$

Das Signal-Rausch-Verhältnis ist das ratio of the signal power to the noise power. Je höher der Wert des SNR ist, desto höher ist die Qualität der empfangenen Ausgabe.

Arten von Lärm

Die Klassifizierung des Rauschens erfolgt in Abhängigkeit von der Art der Quelle, dem gezeigten Effekt oder der Beziehung zum Empfänger usw.

Es gibt zwei Hauptmethoden, mit denen Rauschen erzeugt wird. Einer ist durch einigeexternal source während der andere von der erstellt wird internal sourceinnerhalb des Empfängerbereichs.

Externe Quelle

Dieses Rauschen wird von den externen Quellen erzeugt, die normalerweise im Medium oder Kommunikationskanal auftreten können. Dieses Geräusch kann nicht vollständig beseitigt werden. Der beste Weg ist, zu vermeiden, dass das Rauschen das Signal beeinflusst.

Die häufigsten Beispiele für diese Art von Lärm sind -

• Atmosphärisches Rauschen (aufgrund von Unregelmäßigkeiten in der Atmosphäre)
• Außerirdischer Lärm wie Sonnenlärm und kosmischer Lärm
• Industrielärm

Interne Quelle

Dieses Geräusch wird von den Empfängerkomponenten während des Betriebs erzeugt. Die Komponenten in den Schaltkreisen können aufgrund ihrer kontinuierlichen Funktion nur wenige Arten von Rauschen erzeugen. Dieses Rauschen ist quantifizierbar. Ein ordnungsgemäßes Empfängerdesign kann den Effekt dieses internen Rauschens verringern.

Die häufigsten Beispiele für diese Art von Lärm sind -

• Thermisches Rührgeräusch (Johnson-Geräusch oder elektrisches Geräusch)

• Schussrauschen (aufgrund zufälliger Bewegung von Elektronen und Löchern

• Laufzeitrauschen (während des Übergangs)

• Verschiedenes Rauschen ist eine andere Art von Rauschen, zu der Flimmern, Widerstandseffekt und vom Mischer erzeugtes Rauschen usw. gehören.

Schließlich gibt dies eine allgemeine Vorstellung davon, wie ein Rauschen sein wird und wie es den Verstärker beeinflussen kann, obwohl es im Sender- oder Empfängerbereich vorhanden ist. Die Verstärker, die niedrige Signale und damit Rauschen in einem niedrigen Pegel verstärken, können als rauscharme Verstärker bezeichnet werden.

Alle besprochenen Verstärkertypen sind auf die eine oder andere Weise mehr oder weniger Rauschen ausgesetzt. Die Leistung eines Verstärkers bestimmt seine Effizienz, um mit den unerwünschten Faktoren umzugehen.