RC-Kopplungsverstärker
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 Ce 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.