Was ist die Spannungsverstärkung eines Transistorverstärkers und wie wird sie von der Frequenz beeinflusst?

(Viel später hinzugefügt) Zeroth, ein Bipolartransistor ist eigentlich ein sehr komplexes Gerät, wenn es um die eigentliche Gerätephysik geht. Die Spannung am Emitter-Basis-Übergang (Basisvorspannung) bestimmt den Strom in den Emitter, der vollständig in den Basisbereich fließt. Die Gerätekonstruktion bestimmt, wie viel von diesem Strom in der Basis rekombiniert (und zum Basisstrom wird) und wie viel in den Kollektor weitergeht. (Der Strom "spaltet sich".) Das Verhältnis von Kollektorstrom zu Emitterstrom wird genannt$\alpha$(Alpha).$\alpha$liegt im Allgemeinen irgendwo zwischen 0,95 und 0,995.

Normalerweise ist das Verhältnis von Basisstrom zu Kollektorstrom nützlicher, da dies die Gleichstromverstärkung ist ($\beta$) (Beta) des Transistors.

Ein bisschen Algebra wird das zeigen

$\beta = \frac{\alpha}{(1 - \alpha)}$

oder alternativ,

$\alpha= \frac{\beta}{(\beta + 1)}$

Zum Beispiel,$\alpha = 0.95$gibt$\beta = 19$, Und$\alpha = 0.99$gibt$\beta = 99$.

Zunächst wird üblicherweise ein Transistor als stromgesteuerte Stromquelle modelliert. Spannungsverstärkung ist eine Funktion von$\beta$und die Schaltungswerte. Die Stromverstärkung variiert mit den Betriebsparametern.

Der ehrwürdige 2N2222A gibt ein Minimum an$\beta$von irgendwo zwischen 35 und 100. Bei Vce = 10 V und Ic = 150 mA gibt das Gerät ein Minimum an$\beta$100 und maximal 300.

Zweitens kann der Transistor in erster Annäherung bei Frequenzen von Gleichstrom bis zu dem, was als "Eckfrequenz" bezeichnet werden könnte, als eine Vorrichtung mit fester Verstärkung betrachtet werden. Die Eckfrequenz ist das Produkt aus Verstärkung und Bandbreite$f_T$geteilt durch Transistoren$\beta$.

Der ehrwürdige 2N2222A wirbt mit einem Minimum$f_T$von 300 MHz, gemessen bei Vce = 20 V, Ic = 20 mA und f = 100 MHz. Bei einer minimalen Gleichstromverstärkung von 100 beträgt die Eckfrequenz mindestens (300 MHz)/100 = 3 MHz. Unterhalb von 3 MHz (oder darüber, je nach Gerät und Betriebsbedingungen) hat das Gerät eine feste Stromverstärkung. Bei Frequenzen über 3 MHz fällt die Verstärkung ab. Bei 30 MHz würden Sie eine minimale Stromverstärkung von 300 MHz / 30 MHz = 10 erwarten.

Ihr Kilometerstand wird variieren. Sie entwerfen konservativ und testen Ihre Schaltung, idealerweise mit mehreren Transistoren.

Damit können Sie loslegen.

Das Hybrid-Pi-Modell ist möglicherweise die beste Wahl, um den Frequenzgang eines BJT zu verstehen. Die bedeutendste Auswirkung auf die Antwort wird jedoch die Basis-Emitter-Kapazität (C-pi) sein, die mit r-pi interagiert, um einen Tiefpassfilter zu erzeugen, der bewirkt, dass die Verstärkung mit steigender Frequenz abnimmt. Außerdem müssen noch andere Effekte berücksichtigt werden, aber ich denke, diese würden für einen Oberschüler nicht in Frage kommen.

Aus einer sehr allgemeinen Perspektive ergibt sich die Bandbreitenbegrenzung aus der Tatsache, dass jeder Transistor eine kleine Kapazität zwischen jedem seiner Anschlüsse hat. Diese Kapazitäten können entweder parasitär oder intrinsisch für die Physik sein, wie es überhaupt funktioniert, so dass eine gewisse Kapazität unvermeidlich ist.

Es stellt sich heraus, dass die Kapazität bei ausreichend hohen Frequenzen wie sehr kleine Widerstände aussieht. Dies bedeutet, dass die Anschlüsse bei hohen Frequenzen miteinander kurzgeschlossen werden, was die Verstärkungseigenschaften einer gegebenen Konfiguration untergräbt.

Da Sie ein Gymnasiast sind, ist die Spannungsverstärkung eines Verstärkers das Verhältnis der verstärkten O / P-Spannung und der gegebenen I / P-Spannung. Aber es gibt viele andere Parameter, die von der Spannungsverstärkung abhängen.

Die Bipolartransistoren sind Stromverstärker. Der Grund ist, dass der Basis-Emitter genau wie eine Diode wirkt. Egal, ob Sie einen Niederleistungstransistor wie den 2N2222A verwenden oder mit einem großen TO-220 testen, Sie werden +0,7 Volt an der Basis finden, wenn der Emitter 0,0 Volt beträgt (für NPN).

Die Verstärkung von Transistoren in Datenblättern wird immer als Verhältnis des Eingangs-/Ausgangsstroms angegeben. Der Eingangsstrom fließt von der Basis zum Emitter. Der Ausgangsstrom fließt vom Kollektor zum Emitter. Es ist faszinierend, eine 1,5-Volt-Batterie in Reihe mit einem an der Basis angeschlossenen Widerstand (von 1 Ohm bis 1 kOhm) zu verwenden und eine 120-Watt-Glühbirne dimmen zu können, die am Kollektor des Transistors (und dem anderen Draht von) angeschlossen ist die an eine hohe positive Spannung angeschlossene Glühbirne). Sie können leistungsstarke Transistoren finden, die bereits auf einem guten Kühlkörper in jedem CRT-Fernseher montiert sind – leicht zu finden am Tag der Müllabfuhr – jeder ersetzt diese CRT jetzt durch Flachbildfernseher. Sie erhalten auch eine ausreichend starke Hochspannungsversorgung (oft +30 Volt und +120 Volt) in denselben ausrangierten CRT-Fernsehern.

Ich nehme an, dass die Batterie namens "Vbb" in Ihrem Schaltplan die äquivalente 0,7-Volt-Quelle darstellt, die sich im Transistor befindet. Es ist gute Technik, eine Diode so darzustellen, als ob sie aus einem Schalter (Öffnen oder Schließen, abhängig von der an der Diode vorhandenen Polarität), einem Widerstand (sehr klein ... weniger als 1 Ohm) und einer Spannungsquelle von 0,7 Volt besteht .

Um den Albtraum zu vermeiden, so viele Transistoren zu testen, bis man einen mit der richtigen Verstärkung gefunden hat, besteht der Standardansatz darin, einen kleinen Widerstand am Emitter des Transistors hinzuzufügen, um die Verstärkung auf einen bekannten Wert zu verringern. Angenommen, der Transistorverstärkungsbereich reicht von 35 bis 100 wie beim oben erwähnten 2N2222A. Sie können den Widerstandswert so wählen, dass Sie eine Verstärkung von 10 erhalten. Mit diesem Widerstand beträgt die Verstärkung für jede Schaltung immer 10, unabhängig davon, ob es sich um eine bestimmte handelt 2N2222A kann wirklich 100 oder nur 35.

Um die mit der Frequenz abnehmende Verstärkung zu kompensieren, fügen die Ingenieure häufig einen Kondensator parallel zu dem Widerstand hinzu, der am Emitterstift des Transistors hinzugefügt wird. Dieses Hochpassfilter wirkt effektiv als Kurzschluss, wenn die Frequenz hoch genug ist

Bei einem Transistorverstärker zeigt die Frequenzgangkurve, dass die Spannungsverstärkung bei hohen und niedrigen Frequenzen niedrig und im mittleren Frequenzbereich hoch ist ...