Die Berechnung der Verstärkung ist ein wichtiger Schritt bei der Gestaltung elektronischer Schaltungen mit Transistoren. Die Verstärkung bestimmt, wie stark das Signal beim Durchlaufen des Transistors verstärkt wird, und ist einer der wichtigsten Parameter, die berücksichtigt werden müssen, um den gewünschten Verstärkungspegel zu erreichen.
Um den Verstärkungsfaktor eines Transistors zu berechnen, müssen seine Eigenschaften wie der Beta-Koeffizient (oder die aktuelle Verstärkung) sowie der Lastwiderstand und der Eingangswiderstand berücksichtigt werden. Der Beta-Koeffizient bestimmt das Verhältnis der Änderung des Kollektorstroms zur Änderung des Grundstroms. Es ist ein Maß für die Effizienz der Stromverstärkung und kann in den technischen Spezifikationen des Transistors gefunden oder experimentell gemessen werden, basierend auf seinem Datenblatt.
Die Berechnung der Verstärkung für einen Transistor beginnt mit der Bestimmung des Basiswiderstands, der durch Messen des Widerstands zwischen der Basis und dem Emitter des Transistors erhalten werden kann. Dann muss der Widerstand zwischen Kollektor und Emitter gemessen werden, um den Lastwiderstand zu erhalten. Der Eingangswiderstand kann mit einer Testschaltung gemessen werden, die einen Widerstand der Signalquelle und einen Kondensator enthält, um die Gleichspannung zu blockieren.
Nachdem Sie diese Parameter festgelegt haben, können Sie mit der Berechnung der Verstärkung beginnen. Dazu ist es notwendig, den Beta-Koeffizienten mit dem Verhältnis des Lastwiderstands zur Summe des Lastwiderstands und des Eingangswiderstands zu multiplizieren. Der resultierende Wert ist der Verstärkungsfaktor des Transistors und kann verwendet werden, um die Effizienz der Signalverstärkung in einer Schaltung unter Verwendung eines gegebenen Transistors vorherzusagen.
Bestimmung der Transistorverstärkung
Um die Verstärkung des Transistors (β) zu bestimmen, muss die Amplitude des Eingangssignals (Vi) mit der Amplitude des Ausgangssignals (Vo) verglichen werden. Das heißt, β = ΔVo / ΔVi, wobei ΔVo eine Änderung der Amplitude des Ausgangssignals ist und ΔVi eine Änderung der Amplitude des Eingangssignals ist.
Um einen zuverlässigen Verstärkungswert zu erhalten, müssen die Betriebsbedingungen des Transistors wie Betriebsspannung und Strom, Last- und Widerstandswert des Kollektors und der Basis berücksichtigt werden.
Normalerweise wird der Verstärkungswert des Transistors in der technischen Dokumentation oder auf dem Gehäuse des Transistors selbst angegeben. In einigen Fällen müssen Sie diesen Parameter jedoch selbst bestimmen, indem Sie spezielle Messgeräte oder ein Messschema verwenden.
Wenn Sie den Verstärkungswert des Transistors kennen, können Sie ihn in Berechnungen und Designaufgaben anwenden, die mit der Gestaltung von Verstärkungsschaltungen und elektronischen Geräten verbunden sind.
Verstärkung: Was ist das?
Die Verstärkung wird normalerweise mit dem Buchstaben "h" bezeichnet und weist Indizes auf, die den Leitfähigkeitstyp eines dreischichtigen Halbleitergeräts - npn oder pnp - anzeigen. Zum Beispiel hfe für npn-Transistoren und hie für PNP-Transistoren.
Der Verstärkungswert wird durch die Eigenschaften des Transistors bestimmt, z. B. den Basisstrompegel, den Kollektorstrom und den Emitterstrom. Größe hfe für Bipolartransistoren kann in seiner technischen Beschreibung oder auf dem schematischen Symbol des Transistors gefunden werden.
Wenn Sie die Verstärkung des Transistors kennen, können Sie die Signaländerung in der elektronischen Schaltung berechnen und ihre Verstärkungsfähigkeiten schätzen. Eine große Verstärkung kann ein schwaches Signal auf den gewünschten Pegel verstärken, während eine kleine Verstärkung das Signal verzerren und die Qualität der Verstärkung beeinträchtigen kann.
| Transistor-Typ | Gain-Bezeichnung |
|---|---|
| npn | hfe |
| pnp | hie |
Die Verstärkung kann auch in statisch und dynamisch unterteilt werden. Die statische Verstärkung ist das Verhältnis der Gleichströme in einem Transistor, während die dynamische Verstärkung die Veränderungen der Signale im Laufe der Zeit berücksichtigt.
Berechnung der Transistorverstärkung
Um den Verstärkungsfaktor eines Transistors zu berechnen, müssen Sie den Basisstrom (Ib) und den Kollektorstrom (Ic) kennen. Wenn Sie diese Werte kennen, können Sie eine Formel verwenden:
Wenn der Basisstrom 10mA beträgt und der Kollektorstrom 100mA beträgt, wird der Verstärkungsfaktor des Transistors sein:
β = 100mA / 10mA = 10
In diesem Fall ist die Verstärkung also 10, was bedeutet, dass der Ausgangsstrom des Transistors das Zehnfache des Grundstroms beträgt.
Die Berechnung der Transistorverstärkung ist wichtig, um die Leistung von elektrischen Schaltungen wie Verstärkern zu optimieren und dabei zu helfen, die erforderliche Signalverstärkung zu erreichen.
