Betriebspunkt
Wenn eine Linie gezeichnet wird, die die Sättigungs- und Grenzpunkte verbindet, kann eine solche Linie als bezeichnet werden Load line. Wenn diese Linie über die Ausgangskennlinie gezogen wird, berührt sie einen Punkt, der als bezeichnet wirdOperating point.
Dieser Betriebspunkt wird auch als bezeichnet quiescent point oder einfach Q-point. Es kann viele solcher Schnittpunkte geben, aber der Q-Punkt wird so ausgewählt, dass der Transistor unabhängig vom Wechselstromsignalhub im aktiven Bereich bleibt.
Die folgende Grafik zeigt, wie der Betriebspunkt dargestellt wird.
Der Betriebspunkt sollte nicht gestört werden, da er stabil bleiben sollte, um eine getreue Verstärkung zu erreichen. Daher ist der Ruhepunkt oder Q-Punkt der Wert, bei dem dieFaithful Amplification erreicht.
Treue Verstärkung
Der Vorgang des Erhöhens der Signalstärke wird als bezeichnet Amplification. Diese Verstärkung wird, wenn sie ohne Verlust in den Komponenten des Signals erfolgt, als bezeichnetFaithful amplification.
Faithful amplificationist der Prozess des Erhaltens vollständiger Teile des Eingangssignals durch Erhöhen der Signalstärke. Dies erfolgt, wenn an seinem Eingang ein Wechselstromsignal anliegt.
In der obigen Grafik wird das angelegte Eingangssignal vollständig verstärkt und ohne Verluste wiedergegeben. Dies kann verstanden werden alsFaithful Amplification.
Der Arbeitspunkt ist so gewählt, dass er in der active region und es hilft bei der Wiedergabe des vollständigen Signals ohne Verlust.
Wenn der Arbeitspunkt nahe dem Sättigungspunkt betrachtet wird, ist die Verstärkung wie unter.
Wenn der Betriebspunkt als nahe dem Grenzpunkt betrachtet wird, ist die Verstärkung wie unter.
Daher ist die Platzierung des Arbeitspunkts ein wichtiger Faktor, um eine getreue Verstärkung zu erreichen. Damit der Transistor jedoch ordnungsgemäß als Verstärker funktioniert, bleibt seine Eingangsschaltung (dh der Basis-Emitter-Übergang) in Vorwärtsrichtung vorgespannt und seine Ausgangsschaltung (dh der Kollektor-Basis-Übergang) bleibt in Rückwärtsrichtung vorgespannt.
Das verstärkte Signal enthält somit die gleichen Informationen wie im Eingangssignal, während die Stärke des Signals erhöht wird.
Schlüsselfaktoren für eine getreue Verstärkung
Um eine getreue Verstärkung zu gewährleisten, müssen die folgenden Grundbedingungen erfüllt sein.
- Richtiger Nullsignal-Kollektorstrom
- Minimale richtige Basis-Emitter-Spannung (V BE ) zu jedem Zeitpunkt.
- Minimale richtige Kollektor-Emitter-Spannung (V CE ) zu jedem Zeitpunkt.
Die Erfüllung dieser Bedingungen stellt sicher, dass der Transistor über den aktiven Bereich arbeitet, wobei der Eingang in Vorwärtsrichtung vorgespannt und der Ausgang in Rückwärtsrichtung vorgespannt ist.
Richtiger Nullsignal-Kollektorstrom
Um dies zu verstehen, betrachten wir eine NPN-Transistorschaltung, wie in der folgenden Abbildung gezeigt. Der Basis-Emitter-Übergang ist in Vorwärtsrichtung vorgespannt und der Kollektor-Emitter-Übergang ist in Rückwärtsrichtung vorgespannt. Wenn am Eingang ein Signal angelegt wird, wird der Basis-Emitter-Übergang des NPN-Transistors für eine positive Halbwelle des Eingangs in Vorwärtsrichtung vorgespannt und erscheint daher am Ausgang.
Bei einer negativen Halbwelle wird derselbe Übergang in Sperrrichtung vorgespannt, und daher leitet die Schaltung nicht. Dies führt zuunfaithful amplification wie in der Abbildung unten gezeigt.
Lassen Sie uns nun eine Batterie V BB in den Basisstromkreis einführen . Die Größe dieser Spannung sollte so sein, dass der Basis-Emitter-Übergang des Transistors auch für eine negative Halbwelle des Eingangssignals in Vorwärtsrichtung vorgespannt bleibt. Wenn kein Eingangssignal angelegt wird, fließt aufgrund von V BB ein Gleichstrom in der Schaltung . Dies ist bekannt alszero signal collector currentI C .
Während der positiven Halbwelle des Eingangs ist der Basis-Emitter-Übergang stärker in Vorwärtsrichtung vorgespannt, und daher steigt der Kollektorstrom an. Während der negativen Halbwelle des Eingangs ist der Eingangsübergang weniger in Vorwärtsrichtung vorgespannt und daher nimmt der Kollektorstrom ab. Daher erscheinen beide Zyklen der Eingabe in der Ausgabe und damitfaithful amplification Ergebnisse, wie in der folgenden Abbildung gezeigt.
Für eine getreue Verstärkung muss daher ein korrekter Nullsignal-Kollektorstrom fließen. Der Wert des Nullsignal-Kollektorstroms sollte allein aufgrund des Signals mindestens gleich dem maximalen Kollektorstrom sein.
Richtiges Minimum V BE zu jedem Zeitpunkt
Die minimale Basis-Emitter-Spannung V BE sollte größer sein als die Einschaltspannung für den in Vorwärtsrichtung vorgespannten Übergang. Die minimale Spannung, die ein Siliziumtransistor zum Leiten benötigt, beträgt 0,7 V und für einen Germaniumtransistor 0,5 V. Wenn die Basis-Emitter-Spannung V BE größer als diese Spannung ist, wird die Potentialbarriere überwunden und daher nehmen der Basisstrom und die Kollektorströme stark zu.
Wenn daher V BE für einen Teil des Eingangssignals niedrig fällt, wird dieser Teil aufgrund des resultierenden kleinen Kollektorstroms in geringerem Maße verstärkt, was zu einer untreuen Verstärkung führt.
Richtiges Minimum V CE zu jedem Zeitpunkt
Um eine originalgetreue Verstärkung zu erreichen, sollte die Kollektor-Emitter-Spannung V CE nicht unter die Einschaltspannung fallen, die als bezeichnet wirdKnee Voltage. Wenn V CE kleiner als die Kniespannung ist, wird der Kollektorbasisübergang nicht richtig in Sperrrichtung vorgespannt. Dann kann der Kollektor die vom Emitter emittierten Elektronen nicht anziehen und sie fließen zur Basis, was den Basisstrom erhöht. Somit fällt der Wert von β.
Wenn daher V CE für einen Teil des Eingangssignals niedrig fällt, wird dieser Teil in geringerem Maße multipliziert, was zu einer untreuen Verstärkung führt. Wenn also V CE größer als V KNEE ist, ist der Kollektor-Basis-Übergang ordnungsgemäß in Sperrrichtung vorgespannt und der Wert von β bleibt konstant, was zu einer zuverlässigen Verstärkung führt.