Hoe gebruik je transistoren als versterkers?

Hoe gebruik je transistoren als versterkers? Leer hoe transistoren werken en hoe ze toegepast worden om elektrische signalen te versterken in elektronica.

Hoe gebruik je transistoren als versterkers?

Transistoren zijn halfgeleiderapparaten die een cruciale rol spelen in de wereld van elektronica. Een van hun belangrijkste toepassingen is als versterker. Dit betekent dat ze een klein ingangssignaal kunnen omzetten in een veel groter uitgangssignaal. Laten we eens kijken hoe dit precies werkt.

Wat is een transistor?

Een transistor heeft drie aansluitingen: de basis, de collector en de emitter. Er zijn twee hoofdtypen transistoren: de Bipolaire Transistor (BJT) en de Veldeffecttransistor (FET). In dit artikel richten we ons op de BJT-transistor.

Hoe werkt een transistor als versterker?

Om een transistor als versterker te gebruiken, wordt hij doorgaans in een van de drie configuraties gebruikt: common emitter (gemeenschappelijke emitter), common base (gemeenschappelijke basis) en common collector (gemeenschappelijke collector). De meest gebruikte configuratie is de gemeenschappelijke emitterconfiguratie. Laten we deze in detail bekijken.

Gemeenschappelijke Emitterconfiguratie

In deze configuratie is de emitter gemeenschappelijk voor zowel het ingangssignaal als het uitgangssignaal. Het basissignaal wordt aangelegd tussen de basis en de emitter, terwijl het versterkte signaal wordt afgenomen tussen de collector en de emitter.

• Ingangscircuit: Het ingangssignaal wordt aangelegd op de basis (B) en de emitter (E). De spanning tussen de basis en de emitter (V_BE) bepaalt hoe veel de transistor geleidt.
• Uitgangscircuit: Het uitgangssignaal wordt afgenomen van de collector (C) en de emitter (E). De stroom door de collector (I_C) varieert met de basisstroom (I_B).

De versterking wordt vertegenwoordigd door de parameter beta (β), ook wel h_FE genoemd, wat de stroomversterkingsfactor is.

Versterkingsfactor

De stroomversterkingsfactor β is gedefinieerd als de verhouding tussen de collectorstroom (I_C) en de basisstroom (I_B):

I_C = β * I_B

Omdat β meestal een grote waarde heeft (bijvoorbeeld 100 of meer), betekent dit dat een kleine basisstroom een veel grotere collectorstroom kan controleren. Hierdoor wordt het ingangssignaal versterkt.

Het versterken van het signaal

De wisselspanning op de basis veroorzaakt een overeenkomstige wisselstroom door de collector. Omdat de weerstand in de collector kring meestal hoog is, veroorzaakt deze wisselstroom een veel grotere wisselspanning over de collectorweerstand (R_C). Deze spanning is de versterkte uitgangsspanning.

Voorbeeld Berekeningen

1. Stel dat β = 100 en de basisstroom I_B = 20 µA.
2. De collectorstroom I_C kan worden berekend als:

   I_C = β * I_B = 100 * 20 µA = 2 mA

3. Als de collectorweerstand R_C = 1 kΩ, dan is de uitgangsspanning (V_out):

   V_out = I_C * R_C = 2 mA * 1 kΩ = 2 V

Dit betekent dat een kleine verandering in de basisstroom een veel grotere verandering in de uitgangsspanning veroorzaakt, wat precies het doel is van een versterker.

Conclusie

Transistoren als versterkers spelen een essentiële rol in talloze elektronische apparaten. Door de eenvoudige configuraties en de hoge versterking kunnen ze kleine signalen effectief omzetten in grotere, nuttige signalen. Begrijpen hoe transistoren werken en hoe ze in verschillende configuraties kunnen worden gebruikt, is essentieel voor iedereen die geïnteresseerd is in elektronica en elektrotechniek.

Summary