Die Verstärkung ist ein Prozess zum Erhöhen der Signalstärke durch Erhöhen der Amplitude eines bestimmten Signals, ohne dessen Eigenschaften zu ändern. Ein RC-gekoppelter Verstärker ist Teil eines mehrstufigen Verstärkers, bei dem verschiedene Stufen von Verstärkern unter Verwendung einer Kombination aus einem Widerstand und einem Kondensator verbunden sind. Eine Verstärkerschaltung ist eine der Grundschaltungen in der Elektronik.
Ein Verstärker, der vollständig auf dem Transistor basiert, ist grundsätzlich als Transistorverstärker bekannt. Das Eingangssignal kann ein Stromsignal, ein Spannungssignal oder ein Leistungssignal sein. Ein Verstärker verstärkt das Signal, ohne seine Eigenschaften zu ändern, und der Ausgang ist eine modifizierte Version des Eingangssignals. Die Anwendungen von Verstärkern sind breit gefächert. Sie werden hauptsächlich in Audio- und Videoinstrumenten, Kommunikationen, Controllern usw. verwendet.
Einstufiger Common-Emitter-Verstärker:
Das Schaltbild eines einstufigen Common-Emitter-Transistorverstärkers ist nachstehend dargestellt:
Einstufiger RC-gekoppelter Verstärker mit gemeinsamem Emitter
Schaltungserklärung
Ein einstufiger RC-gekoppelter Verstärker mit gemeinsamem Emitter ist eine einfache und elementare Verstärkerschaltung. Der Hauptzweck dieser Schaltung ist die Vorverstärkung, die darin besteht, schwache Signale stärker genug für eine weitere Verstärkung zu machen. Bei richtiger Auslegung kann dieser RC-gekoppelte Verstärker hervorragende Signaleigenschaften liefern.
Der Kondensator Cin am Eingang wirkt als Filter, der verwendet wird, um die Gleichspannung zu blockieren und nur Wechselspannung zum Transistor zuzulassen. Wenn eine externe Gleichspannung die Basis des Transistors erreicht, ändert dies die Vorspannungsbedingungen und beeinträchtigt die Leistung des Verstärkers.
Die Widerstände R1 und R2 werden verwendet, um eine ordnungsgemäße Vorspannung des Bipolartransistors bereitzustellen. R1 und R2 bilden ein Vorspannungsnetzwerk, das die notwendige Basisspannung liefert, um den inaktiven Bereich des Transistors anzusteuern.
Der Bereich zwischen dem Grenz- und dem Sättigungsbereich ist als aktiver Bereich bekannt. Der Bereich, in dem der Bipolartransistorbetrieb vollständig ausgeschaltet ist, ist als Abschaltbereich bekannt, und der Bereich, in dem der Transistor vollständig eingeschaltet ist, ist als Sättigungsbereich bekannt.
Die Widerstände Rc und Re werden verwendet, um die Spannung von Vcc abzusenken. Der Widerstand Rc ist ein Kollektorwiderstand und Re ist ein Emitterwiderstand. Beide werden so ausgewählt, dass beide die Vcc-Spannung in der obigen Schaltung um 50% senken sollten. Der Emitterkondensator Ce und der Emitterwiderstand erzeugen eine negative Rückkopplung, um den Schaltungsbetrieb stabiler zu machen.
Zweistufiger Common-Emitter-Verstärker:
Die nachstehende Schaltung stellt den zweistufigen Common-Emitter-Mode-Transistorverstärker dar, bei dem der Widerstand R als Last und der Kondensator C als Kopplungselement zwischen den beiden Stufen der Verstärkerschaltung verwendet wird.
Zweistufiger RC-gekoppelter Verstärker mit gemeinsamem Emitter
Schaltungserklärung:
Bei Eingang AC. Das Signal wird an die Basis des Transistors der 1 angelegtstStufe des RC-gekoppelten Verstärkers, vom Funktionsgenerator, wird er dann über den Ausgang der 1. Stufe verstärkt. Diese verstärkte Spannung wird über den Koppelkondensator Cout an die Basis der nächsten Stufe des Verstärkers angelegt, wo sie weiter verstärkt wird und am Ausgang der zweiten Stufe wieder auftritt.
Somit verstärken die aufeinanderfolgenden Stufen das Signal und die Gesamtverstärkung wird auf den gewünschten Pegel angehoben. Eine viel höhere Verstärkung kann erzielt werden, indem mehrere Verstärkerstufen nacheinander angeschlossen werden.
Die Widerstandskapazitätskopplung (RC) in Verstärkern wird am häufigsten verwendet, um den Ausgang der ersten Stufe mit dem Eingang (Basis) der zweiten Stufe usw. zu verbinden. Diese Art der Kopplung ist am beliebtesten, weil sie billig ist und eine konstante Verstärkung über einen weiten Frequenzbereich bietet.
Transistor als Verstärker
Während Sie über verschiedene Schaltungen für RC-gekoppelte Verstärker Bescheid wissen, ist es wichtig, diese zu kennen Grundlagen der Transistoren als Verstärker. Die drei Konfigurationen der Bipolartransistoren, die üblicherweise verwendet werden, sind Common Base Transistor (CB), Common Emitter Transistor (CE) und Common Collector Transistors (CE). Andere als Transistoren, Operationsverstärker kann auch zu Verstärkungszwecken verwendet werden.
- Gemeinsamer Emitter Die Konfiguration wird üblicherweise in der Audioverstärkeranwendung verwendet, da der Common-Emitter eine positive Verstärkung aufweist, die auch größer als eins ist. In dieser Konfiguration ist der Emitter mit Masse verbunden und hat eine hohe Eingangsimpedanz. Die Ausgangsimpedanz ist mittel. Die meisten dieser Arten von Transistorverstärkeranwendungen werden üblicherweise in verwendet RF-Kommunikation und Glasfaserkommunikation (OFC).
- Die gemeinsame Basiskonfiguration hat eine Verstärkung von weniger als eins. In dieser Konfiguration ist der Kollektor mit Masse verbunden. Wir haben eine niedrige Ausgangsimpedanz und eine hohe Eingangsimpedanz in der gemeinsamen Basiskonfiguration.
- Gemeinsamer Sammler Konfiguration ist auch bekannt als Emitterfolger weil der an den gemeinsamen Emitter angelegte Eingang über dem Ausgang des gemeinsamen Kollektors erscheint. In dieser Konfiguration ist der Kollektor mit Masse verbunden. Es hat eine niedrige Ausgangsimpedanz und eine hohe Eingangsimpedanz. Es hat einen Gewinn, der fast der Einheit entspricht.
Grundparameter eines Transistorverstärkers
Wir müssen die folgenden Spezifikationen berücksichtigen, bevor wir den Verstärker auswählen. Ein guter Verstärker muss alle folgenden Spezifikationen haben:
- Es sollte eine hohe Eingangsimpedanz haben
- Es sollte eine hohe Stabilität haben
- Es muss eine hohe Linearität haben
- Es sollte eine hohe Verstärkung und Bandbreite haben
- Es muss einen hohen Wirkungsgrad haben
Bandbreite:
Der Frequenzbereich, den eine Verstärkerschaltung richtig verstärken kann, ist als Bandbreite dieses bestimmten Verstärkers bekannt. Die Kurve unten repräsentiert die Frequenzgang des einstufigen RC-gekoppelten Verstärkers.
R C Gekoppelter Frequenzgang
Die Kurve, die die Änderung der Verstärkung eines Verstärkers mit der Frequenz darstellt, wird als Frequenzgangkurve bezeichnet. Die Bandbreite wird zwischen den Leistungspunkten der unteren Hälfte und der oberen Hälfte gemessen. Der Punkt P1 ist die Leistung der unteren Hälfte und P2 die Leistung der oberen Hälfte. Ein guter Audioverstärker muss eine Bandbreite von 20 Hz bis 20 kHz haben, da dies der hörbare Frequenzbereich ist.
Dazugewinnen:
Die Verstärkung eines Verstärkers ist definiert als das Verhältnis von Ausgangsleistung zu Eingangsleistung. Die Verstärkung kann entweder in Dezibel (dB) oder in Zahlen ausgedrückt werden. Die Verstärkung gibt an, um wie viel ein Verstärker ein ihm gegebenes Signal verstärken kann.
Die folgende Gleichung stellt einen Zahlengewinn dar:
G = Schmollmund / Stift
Wobei Pout die Ausgangsleistung eines Verstärkers ist
Der Pin ist die Eingangsleistung eines Verstärkers
Die folgende Gleichung stellt einen Gewinn in Dezibel (DB) dar:
Gewinn in DB = 10log (Pout / Pin)
Die Verstärkung kann auch in Spannung und Strom ausgedrückt werden. Die Spannungsverstärkung ist das Verhältnis der Ausgangsspannung zur Eingangsspannung und die Stromverstärkung ist das Verhältnis des Ausgangsstroms zum Eingangsstrom. Die Gleichung für die Verstärkung von Spannung und Strom ist unten gezeigt
Spannungsverstärkung = Ausgangsspannung / Eingangsspannung
Verstärkung im Strom = Ausgangsstrom / Eingangsstrom
Hohe Eingangsimpedanz:
Die Eingangsimpedanz ist die Impedanz, die eine Verstärkerschaltung bietet, wenn sie an die Spannungsquelle angeschlossen wird. Der Transistorverstärker muss eine hohe Eingangsimpedanz haben, um zu verhindern, dass er die Eingangsspannungsquelle lädt. Das ist also der Grund für die hohe Impedanz des Verstärkers.
Lärm:
Rauschen bezieht sich auf unerwünschte Schwankungen oder Frequenzen, die in einem Signal vorhanden sind. Dies kann auf die Wechselwirkung zwischen zwei oder mehr in einem System vorhandenen Signalen, Komponentenfehlern, Konstruktionsfehlern, externen Interferenzen oder möglicherweise auf bestimmte in der Verstärkerschaltung verwendete Komponenten zurückzuführen sein.
Linearität:
Ein Verstärker wird als linear bezeichnet, wenn eine lineare Beziehung zwischen der Eingangsleistung und der Ausgangsleistung besteht. Die Linearität repräsentiert die Ebenheit der Verstärkung. Praktisch ist es nicht möglich, eine 100% ige Linearität zu erreichen, da die Verstärker aktive Bauelemente wie BJTs, JFETs oder MOSFETs verwenden, die bei hohen Frequenzen aufgrund der internen parasitären Kapazität dazu neigen, an Verstärkung zu verlieren. Zusätzlich stellen die Eingangs-DC-Entkopplungskondensatoren eine niedrigere Grenzfrequenz ein.
Effizienz:
Der Wirkungsgrad eines Verstärkers gibt an, wie ein Verstärker die Stromversorgung effizient nutzen kann. Und misst auch, wie viel Strom aus dem Netzteil am Ausgang gewinnbringend umgewandelt wird.
Der Wirkungsgrad wird normalerweise in Prozent ausgedrückt und die Effizienzgleichung wird als (Pout / Ps) x 100 angegeben. Dabei ist Pout die Ausgangsleistung und Ps die aus der Stromversorgung entnommene Leistung.
Ein Transistorverstärker der Klasse A hat einen Wirkungsgrad von 25% und bietet eine hervorragende Signalwiedergabe, aber der Wirkungsgrad ist sehr gering. Verstärker der Klasse C haben einen Wirkungsgrad von bis zu 90%, aber die Signalwiedergabe ist schlecht. Die Klasse AB steht zwischen Verstärkern der Klassen A und C und wird daher häufig in Verstärkern der Klasse A verwendet Audio-Verstärker Anwendungen. Dieser Verstärker hat einen Wirkungsgrad von bis zu 55%.
Anstiegsgeschwindigkeit:
Die Anstiegsgeschwindigkeit eines Verstärkers ist die maximale Änderungsrate der Ausgabe pro Zeiteinheit. Es gibt an, wie schnell der Ausgang eines Verstärkers als Reaktion auf eine Änderung des Eingangs geändert werden kann.
Stabilität:
Stabilität ist die Fähigkeit eines Verstärkers, Schwingungen zu widerstehen. Normalerweise treten bei Hochfrequenzoperationen Stabilitätsprobleme auf, die bei Audioverstärkern nahe 20 kHz liegen. Die Schwingungen können eine hohe oder niedrige Amplitude haben.
Ich hoffe dieses grundlegende und doch wichtige Thema von elektronische Projekte wurde mit reichlichen Informationen abgedeckt. Hier ist eine einfache Frage für Sie: Zu welchem Zweck wird eine gängige Kollektorkonfiguration verwendet und warum?
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