12.9 : BJT-Verstärker

Bipolartransistoren (BJTs) sind zentrale Komponenten in Verstärkerschaltungen und fungieren in ihrem aktiven Bereich als spannungsgesteuerte Stromquellen. Diese Eigenschaft ermöglicht es ihnen, den Kollektorstrom durch Variationen der Basis-Emitter-Spannung effizient zu steuern. Im Wesentlichen verstärken BJTs die Leistung aufgrund ihrer Fähigkeit, ein schwaches Eingangssignal aufzunehmen und ein viel stärkeres Signal auszugeben.

In BJT-Verstärkerkonfigurationen, insbesondere in Common-Emitter-Konfigurationen, erstreckt sich die Rolle des Transistors auf die Umwandlung der Steilheit in eine Spannungsverstärkung. Diese Umwandlung wird erreicht, indem der Ausgangsstrom durch einen Widerstand geleitet wird. Die Ausgangsspannung des Verstärkers wird durch den Spannungsabfall über diesem Lastwiderstand abzüglich der Versorgungsspannung bestimmt. Folglich erzeugt der Verstärker eine invertierte Ausgangsspannung, die im Wesentlichen die um die Versorgungsspannung verschobene Eingangsspannung ist. Diese Inversion ist ein Markenzeichen von Common-Emitter-Verstärkern.

Die Spannungsübertragungskennlinie eines Emitter-BJT-Verstärkers bietet eine visuelle Darstellung, wie sich die Ausgangskollektorspannung als Reaktion auf Änderungen der Eingangsbasisspannung ändert. Insbesondere zeigt die steile Steigung der Kurve im aktiven Bereich an, wo die maximale Verstärkung erreicht wird. Dieser Bereich führt jedoch auch zu einer gewissen Nichtlinearität der Ausgangsspannung.

Für eine stabile und lineare Verstärkung wird am Ruhepunkt (Q-Punkt) innerhalb des aktiven Bereichs eine Basis-Emitter-Gleichspannungsvorspannung eingestellt. Wenn zusätzlich zu dieser Gleichspannungsvorspannung ein kleines, zeitabhängiges Signal angelegt wird, arbeitet der BJT innerhalb eines kleinen, nahezu linearen Segments der Kennlinie. Dies führt zu einer Verstärkung der Ausgangskollektorspannung. Eine solche Konfiguration ist entscheidend, um die gewünschte Verstärkung zu erreichen und gleichzeitig die Integrität der Signalwellenform aufrechtzuerhalten.

BJTs sind grundlegende Bausteine ​​für verschiedene elektronische Anwendungen, insbesondere für die Erstellung effizienter und effektiver Verstärkerschaltungen, die die Signalstärke ohne nennenswerte Verzerrung verbessern.