Nicht alle Transistoren sind speziell für die Verstärkung konzipiert, aber viele gängige Typen können je nach ihren Spezifikationen und Eigenschaften tatsächlich als Verstärker verwendet werden. Bipolartransistoren (BJTs) wie NPN- und PNP-Typen werden häufig als Verstärker in elektronischen Schaltkreisen verwendet. Feldeffekttransistoren (FETs), darunter MOSFETs und JFETs, dienen auch als Verstärker in verschiedenen Anwendungen, insbesondere in analogen Schaltkreisen und der Signalverarbeitung.
Die Wahl des richtigen Transistors für die Verstärkung hängt von mehreren Faktoren ab, darunter den Schaltungsanforderungen, Spannungs- und Stromwerten, Frequenzgang und Verstärkungseigenschaften. Obwohl aufgrund unterschiedlicher Spezifikationen nicht jeder Transistor für die Verstärkung geeignet ist, steht eine breite Palette von Transistoren zur Verfügung, die speziell entwickelt wurden oder effektiv als Verstärker eingesetzt werden können.
Um einen Transistor in einen Verstärker zu verwandeln, konfigurieren Sie ihn normalerweise in einer von mehreren gängigen Verstärkerschaltungskonfigurationen, z. B. mit gemeinsamem Emitter (für BJTs), mit gemeinsamer Quelle (für FETs) oder anderen Konfigurationen, abhängig von den gewünschten Eigenschaften wie Verstärkung und Eingang Impedanz und Ausgangsimpedanz. Bei einem Verstärker mit gemeinsamem Emitter, der beispielsweise einen NPN-Transistor verwendet, wird der Transistor mit einer festen Gleichspannung an den Basis-, Emitter- und Kollektoranschlüssen vorgespannt. Ein kleines Wechselstromsignal, das an die Basis angelegt wird, führt dazu, dass am Kollektorlastwiderstand ein größeres Wechselstromsignal erscheint, wodurch das Eingangssignal effektiv verstärkt wird.
Bestimmte Transistoren eignen sich aufgrund ihrer Eigenschaften und ihres Designs besonders gut für die Verstärkung. Bei BJTs wird häufig die Common-Emitter-Konfiguration wegen ihrer hohen Spannungsverstärkung und moderaten Eingangs- und Ausgangsimpedanzen verwendet. In dieser Konfiguration verstärkt der Transistor das Eingangssignal, indem er als Reaktion auf einen kleinen Basisstrom einen größeren Stromfluss durch den Kollektor-Emitter-Pfad steuert. FETs hingegen können als Spannungsverstärker in Konfigurationen wie Common-Source-Konfigurationen verwendet werden, bei denen das Eingangssignal den Drain-Strom durch den Transistor moduliert.
Damit ein Transistor effektiv als Verstärker arbeiten kann, müssen mehrere Bedingungen eingehalten werden:
- Vorspannung: Durch die richtige Vorspannung wird sichergestellt, dass der Transistor in seinem linearen Bereich arbeitet, in dem kleine Änderungen der Basis- (oder Gate-)Spannung zu proportionalen Änderungen des Kollektor- (oder Drain-)Stroms führen. Durch die Vorspannung wird auch der Arbeitspunkt bzw. Ruhepunkt des Verstärkers festgelegt.
- AC-Signalkopplung: Bei der Verstärkung wird ein AC-Signal an den Eingang des Transistors (Basis oder Gate) angelegt, während gleichzeitig eine DC-Vorspannung angelegt wird, um sicherzustellen, dass der Transistor in seinem aktiven Bereich bleibt. Kapazitive Kopplung oder Kopplung über Widerstandsnetzwerke wird häufig verwendet, um das Wechselstromsignal von der Gleichstromvorspannung zu trennen.
- Lastwiderstand: Ein geeigneter Lastwiderstand wird an den Kollektor (für NPN) oder Drain (für FETs) angeschlossen, um den variierenden Kollektor- (oder Drain-)Strom in einen Spannungsausgang umzuwandeln. Der Lastwiderstand bestimmt die Verstärkung und Ausgangsimpedanz des Verstärkers.
- Stabilität und Linearität: Die Verstärkerschaltung sollte so ausgelegt sein, dass sie Stabilität (Schwingungen vermeidet) und Linearität (genaue Verstärkung der Eingangssignale) über den gewünschten Frequenzbereich aufrechterhält.
Durch sorgfältige Auswahl und Konfiguration von Transistoren auf der Grundlage dieser Bedingungen können sie effektiv als Verstärker in einem breiten Spektrum elektronischer Anwendungen fungieren, von der Audioverstärkung bis zur Signalkonditionierung und darüber hinaus.