Was ist der Unterschied zwischen Verstärkung und Gewinn in einem BJT?

Der Strom durch einen BJT wird durch die Basis-Emitter-Spannung VBE gesteuert, er hängt exponentiell von dieser Spannung ab. Aus dieser Sicht ist der BJT ein spannungsgesteuertes Gerät.

Die Funktionsweise eines BJT macht es erforderlich, auch einen kleinen Strom durch die Basis zu führen. Dieser Basisstrom ist nur ein kleiner Bruchteil des Kollektorstroms. Das Verhältnis zwischen diesen Strömen kann verwendet werden, um eine Stromverstärkung zu definieren, und es ist möglich, den BJT als ein stromgesteuertes Gerät zu betrachten.

Wir haben also zwei Möglichkeiten, mit einem BJT umzugehen, und je nach Situation ist eine besser als die andere.

Bei einer CB-Schaltung sehen wir, dass Eingangs- und Ausgangsstrom nahezu gleich sind und als Strompuffer verwendet werden könnten. Abgesehen davon hilft der aktuelle Gewinn nicht viel, um weitere Erkenntnisse zu gewinnen.

Unter Verwendung des spannungsgesteuerten Betriebsansatzes sehen wir, dass der Emitter direkten Zugriff auf VBE des Transistors in fast der gleichen Weise wie bei der CE-Konfiguration bietet, nur das Vorzeichen ist anders. Eine Änderung der Emitterspannung bewirkt also eine Änderung von VBE. Dadurch ändert sich auch der Strom durch den Transistor, der dann von Rc in eine Spannung umgewandelt wird. So ist es möglich, eine Spannungsverstärkung zu erreichen.

Normalerweise werden jedoch Spannungsverstärker mit einer größeren Eingangsimpedanz gewünscht, und daher wird die CE-Stufe der CB-Konfiguration vorgezogen. Damit bleibt die Verwendung als Strompuffer wie in einer Kaskodenschaltung.

Die Frage ist ziemlich verwirrend, aber im Grunde ist die Verstärkung eines Transistors nur die Grundfunktion des Transistors selbst. Bei einem BJT ist dies der Kollektorstrom (bei angemessener CE-Spannung) geteilt durch den Basisstrom.

Verstärkung ist in diesem Zusammenhang das, was die Gesamtschaltung tut. BJTs können auf vielfältige Weise in einer Schaltung verwendet werden. Unterschiedliche Schaltungen können denselben Transistor mit derselben Verstärkung verwenden, führen jedoch zu einer unterschiedlichen Verstärkung (Verstärkung) der Gesamtschaltung.

Denken Sie auch daran, dass für eine Schaltung die Spannungsverstärkung nicht unbedingt das Ziel ist. Möglicherweise möchten Sie eine Stromverstärkung oder eine niedrigere Ausgangsimpedanz als die Eingangsimpedanz. Die Rohstromverstärkung eines BJT kann verwendet werden, um all diese Dinge zu erreichen, jedes mit unterschiedlichen Eigenschaften auf Schaltungsebene.

Beispielsweise hat der einfache Emitterfolger eine Spannungsverstärkung von fast 1, nutzt aber die Verstärkung des Transistors, um eine signifikante Stromverstärkung zu erzielen. In einem Verstärker mit gemeinsamem Emitter kann die Rohverstärkung des Transistors verwendet werden, um die Gesamtspannungsverstärkung zu erhalten.

Über Emitterfolger hinzugefügt

Ich sehe, dass es einige Verwirrung über die Emitterfolgerkonfiguration gibt und wie sie eine Stromverstärkung liefert.

Hier ist ein einfacher Emitterfolger:

Eine grobe, aber dennoch nützliche erste Annäherung eines BJT ist, dass die BE-Spannung auf etwa 700 mV festgelegt ist und dass der Kollektorstrom die Verstärkung mal dem Basisstrom ist. Dies setzt voraus, dass eine ausreichende CE-Spannung bereitgestellt wird, so dass der Basis-x-Verstärkungskollektorstrom tatsächlich gezogen werden kann.

Unter Verwendung dieser Näherung beträgt die Spannungsverstärkung (dVout/dVin) der obigen Schaltung 1 von IN zur Last. Es gibt jedoch einen signifikanten Stromgewinn.

Wenn IN um 1 V ansteigt, wird die Spannung an der Last um 1 V erhöht, was bedeutet, dass sie zusätzliche 10 mA zieht. Nehmen wir an, die Verstärkung des Transistors beträgt 50. Das bedeutet, dass Sie für jeden Teil des Basisstroms 50 Teile des Kollektorstroms und daher 51 Teile des Emitterstroms erhalten. Von den 10 mA zusätzlichem E-Strom kommen 50/51 vom Kollektor und 1/51 davon von der Basis. Bei einer Erhöhung des Ausgangsstroms um 10 mA beträgt die Erhöhung des Eingangsstroms also nur (10 mA)(1 / 51) = 196 µA.

Eine andere Möglichkeit, dasselbe zu betrachten, ist als Impedanzpuffer. Der reale Ausgang ist eine 100-Ω-Last, aber bei IN sieht es aus wie eine 5,1-kΩ-Last.

Natürlich ist die grobe Annäherung des Transistors nicht genau. Kein Modell ist. Der BE-Übergang sieht für den externen Stromkreis wie eine Diode aus, sodass die Spannung darüber nicht wirklich fest ist. Die Spannung variiert ein wenig mit dem Strom. Oder man kann sagen, dass kleine Spannungsänderungen zu einer großen Stromänderung führen, genau wie bei einer Diode.

Diese Schaltung hat daher eine Spannungsverstärkung von etwas weniger als 1, da der BE-Abfall mit zunehmendem Strom etwas ansteigt.

Es gibt immer kompliziertere Modelle von Transistoren, die immer genauer, aber auch immer schwieriger zu bedienen sind. Denken Sie auch daran, dass es erhebliche Unterschiede zwischen den einzelnen Transistoren gibt, sogar beim gleichen Modell.

Werfen Sie einen Blick auf ein Datenblatt, und Sie werden sehen, dass die maximale Verstärkung entweder nicht angegeben ist oder ein Vielfaches der minimalen Verstärkung ist. Normalerweise entwerfen Sie BJT-Schaltungen so, dass sie mit einer minimalen Verstärkung des Transistors arbeiten, aber bis zur unendlichen Verstärkung weiterarbeiten. Das mag hart klingen, ist es aber gar nicht. Eine Variation von 98 % bis 100 % des vom Kollektor kommenden Emitterstroms ist kein großer Unterschied.