Transistor als Verstärker
Damit ein Transistor als Verstärker fungiert, sollte er ordnungsgemäß vorgespannt sein. Wir werden die Notwendigkeit einer korrekten Vorspannung im nächsten Kapitel erörtern. Konzentrieren wir uns hier darauf, wie ein Transistor als Verstärker funktioniert.
Transistorverstärker
Ein Transistor wirkt als Verstärker, indem er die Stärke eines schwachen Signals erhöht. Die an den Emitter-Basisübergang angelegte DC-Vorspannung bewirkt, dass dieser in einem vorwärts vorgespannten Zustand bleibt. Diese Vorwärtsvorspannung bleibt unabhängig von der Polarität des Signals erhalten. Die folgende Abbildung zeigt, wie ein Transistor aussieht, wenn er als Verstärker angeschlossen ist.
Der niedrige Widerstand in der Eingangsschaltung lässt jede kleine Änderung des Eingangssignals zu einer merklichen Änderung des Ausgangs führen. Der durch das Eingangssignal verursachte Emitterstrom trägt zum Kollektorstrom bei, der beim Durchfließen des Lastwiderstands R L zu einem großen Spannungsabfall führt. Somit führt eine kleine Eingangsspannung zu einer großen Ausgangsspannung, was zeigt, dass der Transistor als Verstärker arbeitet.
Beispiel
Es soll eine Änderung der angelegten Eingangsspannung von 0,1 V vorliegen, die ferner eine Änderung des Emitterstroms um 1 mA erzeugt. Dieser Emitterstrom erzeugt offensichtlich eine Änderung des Kollektorstroms, die ebenfalls 1 mA betragen würde.
Ein im Kollektor angeordneter Lastwiderstand von 5 kΩ würde eine Spannung von erzeugen
5 kΩ × 1 mA = 5 V.
Daher wird beobachtet, dass eine Änderung von 0,1 V am Eingang eine Änderung von 5 V am Ausgang ergibt, was bedeutet, dass der Spannungspegel des Signals verstärkt wird.
Leistung des Verstärkers
Da der gemeinsame Emitter-Verbindungsmodus meistens verwendet wird, wollen wir zunächst einige wichtige Begriffe in Bezug auf diesen Verbindungsmodus verstehen.
Eingangswiderstand
Wenn die Eingangsschaltung in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, ist der Eingangswiderstand niedrig. Der Eingangswiderstand ist der Gegensatz, den der Basis-Emitter-Übergang zum Signalfluss bietet.
Per Definition ist es das Verhältnis der kleinen Änderung der Basis-Emitter-Spannung (ΔV BE ) zur resultierenden Änderung des Basisstroms (ΔI B ) bei konstanter Kollektor-Emitter-Spannung.
Eingangswiderstand, $ R_i = \ frac {\ Delta V_ {BE}} {\ Delta I_B} $
Wobei R i = Eingangswiderstand, V BE = Basis-Emitter-Spannung und I B = Basisstrom.
Ausgangswiderstand
Der Ausgangswiderstand eines Transistorverstärkers ist sehr hoch. Der Kollektorstrom ändert sich sehr geringfügig mit der Änderung der Kollektor-Emitter-Spannung.
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 wird 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, gesehen vom Wechselstromkollektorstrom. 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 ).
Aktueller Gewinn, $ \ 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}} $
$$ = \ frac {Änderung \: in \: Ausgabe \: aktuell \ mal effektiv \: Laden} {Änderung \: in \: Eingabe \: aktuell \ mal Eingabe \: Widerstand} $$
$$ = \ frac {\ Delta I_C \ mal R_ {AC}} {\ Delta I_B \ mal R_i} = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} \ mal \ frac {R_ {AC}} {R_i} = \ beta \ times \ frac {R_ {AC}} {R_i} $$
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 \ mal R_ {AC}} {(\ Delta I_B) ^ 2 \ mal 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.