Versterking is een proces waarbij de signaalsterkte wordt vergroot door de amplitude van een bepaald signaal te vergroten zonder de karakteristieken ervan te veranderen. Een RC-gekoppelde versterker is een onderdeel van een meertrapsversterker waarin verschillende stadia van versterkers zijn verbonden met behulp van een combinatie van een weerstand en een condensator. Een versterkercircuit is een van de basiscircuits in elektronica.
Een versterker die volledig op de transistor is gebaseerd, staat in feite bekend als een transistorversterker. Het ingangssignaal kan een stroomsignaal, spanningssignaal of een vermogenssignaal zijn. Een versterker zal het signaal versterken zonder de karakteristieken te veranderen en de output zal een gewijzigde versie van het inputsignaal zijn. Toepassingen van versterkers zijn van een breed scala. Ze worden voornamelijk gebruikt in audio- en video-instrumenten, communicatie, controllers, enz.
Single Stage Common Emitter-versterker:
Het schakelschema van een enkeltraps gemeenschappelijke emittertransistorversterker wordt hieronder weergegeven:
Eentraps gemeenschappelijke emitter RC-gekoppelde versterker
Circuit uitleg
Een enkeltraps RC-gekoppelde versterker met gemeenschappelijke emitter is een eenvoudig en elementair versterkercircuit. Het belangrijkste doel van dit circuit is voorversterking, dat is om zwakke signalen sterker genoeg te maken voor verdere versterking. Indien correct ontworpen, kan deze RC-gekoppelde versterker uitstekende signaaleigenschappen bieden.
De condensator Cin aan de ingang fungeert als een filter dat wordt gebruikt om de gelijkspanning te blokkeren en alleen wisselspanning naar de transistor toe te laten. Als een externe gelijkspanning de basis van de transistor bereikt, verandert dit de voorspanningsvoorwaarden en beïnvloedt het de prestaties van de versterker.
R1- en R2-weerstanden worden gebruikt om de bipolaire transistor een goede voorspanning te geven. R1 en R2 vormen een voorspanningsnetwerk dat de noodzakelijke basisspanning levert om het inactieve gebied van de transistor aan te drijven.
Het gebied tussen het afgesneden en verzadigingsgebied staat bekend als het actieve gebied. Het gebied waar de bipolaire transistorwerking volledig is uitgeschakeld, staat bekend als een afsnijgebied en het gebied waar de transistor volledig is ingeschakeld, staat bekend als het verzadigingsgebied.
Weerstanden Rc en Re worden gebruikt om de spanning van Vcc te verlagen. Weerstand Rc is een collectorweerstand en Re is een emitterweerstand. Beide zijn zo geselecteerd dat beide de Vcc-spanning in het bovenstaande circuit met 50% moeten verlagen. De emittercondensator Ce en de emitterweerstand Maakt negatieve feedback opnieuw om de werking van het circuit stabieler te maken.
Tweetraps gemeenschappelijke emitterversterker:
Het onderstaande circuit vertegenwoordigt de tweetraps transistorversterker met gemeenschappelijke emittermodus waarbij weerstand R wordt gebruikt als een belasting en de condensator C wordt gebruikt als een koppelelement tussen de twee trappen van het versterkercircuit.
Tweetraps gemeenschappelijke emitter RC-gekoppelde versterker
Circuit uitleg:
Bij invoer AC. het signaal wordt toegevoerd aan de basis van de transistor van de 1sttrap van RC-gekoppelde versterker, van de functiegenerator, wordt deze vervolgens versterkt over de uitgang van de 1e trap. Deze versterkte spanning wordt op de basis van de volgende trap van de versterker aangelegd via de koppelcondensator Cout, waar deze verder wordt versterkt en weer verschijnt over de uitgang van de tweede trap.
Dus de opeenvolgende trappen versterken het signaal en de algehele versterking wordt verhoogd tot het gewenste niveau. Een veel hogere versterking kan worden bereikt door een aantal versterkertrappen achter elkaar aan te sluiten.
Weerstand-capaciteitskoppeling (RC) in versterkers wordt het meest gebruikt om de uitgang van de eerste trap aan te sluiten op de ingang (basis) van de tweede trap, enzovoort. Dit type koppeling is het populairst omdat het goedkoop is en een constante versterking biedt over een breed frequentiebereik.
Transistor als versterkers
Hoewel u op de hoogte bent van verschillende circuits voor RC-gekoppelde versterkers, is het belangrijk om hiervan op de hoogte te zijn transistors basics als versterkers. De drie configuraties van de bipolaire transistors die gewoonlijk worden gebruikt, zijn gemeenschappelijke basistransistor (CB), gemeenschappelijke emittertransistor (CE) en gemeenschappelijke collectortransistors (CE). Anders dan transistors, operationele versterkers kan ook worden gebruikt voor versterkingsdoeleinden.
- Veel voorkomende emitter configuratie wordt vaak gebruikt in de audioversterkertoepassing omdat de common-emitter een positieve versterking heeft en ook groter dan de eenheid. In deze configuratie is de emitter geaard en heeft hij een hoge ingangsimpedantie. De uitgangsimpedantie zal gemiddeld zijn. De meeste van deze soorten transistorversterkertoepassingen worden vaak gebruikt in RF-communicatie en optische vezelcommunicatie (OFC).
- De gemeenschappelijke basisconfiguratie heeft een versterking van minder dan één. In deze configuratie is de collector verbonden met de aarde. We hebben een lage uitgangsimpedantie en een hoge ingangsimpedantie in de gemeenschappelijke basisconfiguratie.
- Gemeenschappelijke verzamelaar configuratie is ook bekend als zender volger omdat de ingang die wordt toegepast op de gemeenschappelijke emitter, verschijnt over de uitgang van de gemeenschappelijke collector. In deze configuratie is de collector verbonden met de aarde. Het heeft een lage uitgangsimpedantie en een hoge ingangsimpedantie. Het heeft een winst die bijna gelijk is aan eenheid.
Basisparameters van een transistorversterker
We moeten de volgende specificaties overwegen voordat we de versterker kiezen. Een goede versterker moet alle volgende specificaties hebben:
- Het moet een hoge ingangsimpedantie hebben
- Het moet een hoge stabiliteit hebben
- Het moet een hoge lineariteit hebben
- Het moet een hoge winst en bandbreedte hebben
- Het moet een hoog rendement hebben
Bandbreedte:
Het frequentiebereik dat een versterkerschakeling goed kan versterken, staat bekend als de bandbreedte van die specifieke versterker. De onderstaande curve geeft de frequentierespons van de eentraps RC-gekoppelde versterker.
R C gekoppelde frequentierespons
De curve die de variatie in versterking van een versterker met frequentie vertegenwoordigt, wordt de frequentieresponscurve genoemd. De bandbreedte wordt gemeten tussen de powerpoints van de onderste helft en de bovenste helft. P1-punt is respectievelijk de onderste helft van het vermogen en P2 is de bovenste helft van het vermogen. Een goede audioversterker moet een bandbreedte hebben van 20 Hz tot 20 kHz want dat is het frequentiebereik dat hoorbaar is.
Krijgen:
De versterking van een versterker wordt gedefinieerd als de verhouding tussen het uitgangsvermogen en het ingangsvermogen. De winst kan worden uitgedrukt in decibel (dB) of in cijfers. De versterking geeft aan hoeveel een versterker in staat is om een signaal dat eraan wordt gegeven te versterken.
De onderstaande vergelijking vertegenwoordigt een toename in aantal:
G = Steenbolk / Pin
Waarbij Pout het uitgangsvermogen van een versterker is
De pin is het ingangsvermogen van een versterker
De onderstaande vergelijking vertegenwoordigt een winst in decibel (DB):
Winst in DB = 10log (Pout / Pin)
Winst kan ook worden uitgedrukt in spanning en stroom. De versterking van de spanning is de verhouding van de uitgangsspanning tot de ingangsspanning en de versterking van de stroom is de verhouding van de uitgangsstroom tot de ingangsstroom. De vergelijking voor winst in spanning en stroom wordt hieronder weergegeven
Spanningstoename = uitgangsspanning / ingangsspanning
Winst in stroom = uitgangsstroom / ingangsstroom
Hoge ingangsimpedantie:
Ingangsimpedantie is de impedantie die wordt aangeboden door een versterkerschakeling wanneer deze is aangesloten op de spanningsbron. De transistorversterker moet een hoge ingangsimpedantie hebben om te voorkomen dat deze de ingangsspanningsbron belast. Dat is dus de reden dat de versterker een hoge impedantie heeft.
Lawaai:
Ruis verwijst naar ongewenste fluctuaties of frequenties die in een signaal aanwezig zijn. Het kan te wijten zijn aan de interactie tussen twee of meer signalen die aanwezig zijn in een systeem, defecte componenten, ontwerpfouten, externe interferentie of misschien vanwege bepaalde componenten die in het versterkercircuit worden gebruikt.
Lineariteit:
Een versterker is lineair als er een lineaire relatie is tussen het ingangsvermogen en het uitgangsvermogen. Lineariteit vertegenwoordigt de vlakheid van de versterking. Het is praktisch niet mogelijk om 100% lineariteit te krijgen, aangezien de versterkers actieve apparaten zoals BJT's, JFET's of MOSFET's gebruiken, die de neiging hebben om versterking te verliezen bij hoge frequenties vanwege interne parasitaire capaciteit. Bovendien stellen de DC-ontkoppelingscondensatoren voor de ingang een lagere afsnijfrequentie in.
Efficiëntie:
De efficiëntie van een versterker geeft aan hoe een versterker de stroomvoorziening efficiënt kan gebruiken. En meet ook hoeveel vermogen van de voeding winstgevend wordt omgezet aan de uitgang.
Efficiëntie wordt meestal uitgedrukt in een percentage en de vergelijking voor efficiëntie wordt gegeven als (Pout / Ps) x 100. Waarbij Pout het uitgangsvermogen is en Ps het van de stroomtoevoer afgenomen vermogen is.
Een klasse A transistorversterker heeft een efficiëntie van 25% en levert een uitstekende signaalweergave, maar de efficiëntie is erg laag. Klasse C-versterker heeft een efficiëntie tot 90%, maar de signaalweergave is slecht. Klasse AB staat tussen klasse A- en klasse C-versterkers in, dus wordt het vaak gebruikt in geluidsversterker toepassingen. Deze versterker heeft een rendement tot wel 55%.
Zwenksnelheid:
De slew rate van een versterker is de maximale snelheid waarmee de output per tijdseenheid verandert. Het geeft aan hoe snel de uitvoer van een versterker kan worden gewijzigd als reactie op een verandering in de invoer.
Stabiliteit:
Stabiliteit is het vermogen van een versterker om trillingen te weerstaan. Gewoonlijk treden stabiliteitsproblemen op tijdens hoogfrequente bewerkingen, dichtbij 20 kHz in het geval van audioversterkers. De oscillaties kunnen een hoge of lage amplitude hebben.
Ik hoop dat dit fundamentele maar toch belangrijke onderwerp van elektronische projecten is bedekt met uitgebreide informatie. Hier is een simpele vraag voor u: voor welk doel wordt een algemene collectorconfiguratie gebruikt en waarom?
Geef uw antwoorden in het commentaargedeelte hieronder.
