Förstärkare

I kapitlet om transistorer har vi redan lärt oss att en liten basström $I_\text{B}$ kan styra en betydligt större kollektorström $I_\text{C}$. Den principen kan användas för att bygga en förstärkare för elektriska signaler. Beroende på kopplingstyp kan man med transistorer förstärka signaler av alla slag – digitala signaler, lågfrekventa (LF) eller högfrekventa (HF) signaler. Förstärkning innebär att en signals utgångseffekt är större än dess ingångseffekt, vilket är förstärkarens grundläggande kännetecken.

Figur HAREC-11.16.1 visar en lågfrekvensförstärkare (LF-förstärkare) som ska förstärka ljudsignaler från radion till en högtalare. Det syns lätt på högtalarsymbolen i kopplingen. HF-effektförstärkare används till exempel för att höja sändsignalen.

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.
1) Kort sammanfattning: Kopplingsschema med en transistor, förspänningsnät av motstånd, två elektrolytkondensatorer, en kopplingskondensator vid ingången ”E” och en högtalare mellan en knutpunkt och matningsskenan märkt ”+”.
2) Detaljerad beskrivning: Till höger är två vågräta matningsskenor ritade: överst med ”+”, nederst med ”-”, vardera med en öppen cirkel som anslutning. Förbindelsepunkter visas som svarta punkter. Till vänster finns ingången ”E”, som via en seriekopplad kondensator ”1 µF” leder till en knutpunkt. Från denna knutpunkt utgår två motstånd: uppåt ett ”47 kΩ” till den övre matningsledaren, nedåt ett ”10 kΩ” till den nedre matningsledaren. I mitten står en transistorsymbol i en cirkel; den vänstra anslutningen (basen) är förbunden med den nämnda knutpunkten, den övre anslutningen leder uppåt till en högtalarsymbol som går vidare till den övre matningsledaren, och den nedre anslutningen (emitter med pil) leder nedåt till en knutpunkt. Från denna nedre transistorknutpunkt går ett motstånd ”120 Ω” nedåt till ”-”-ledaren; parallellt med det är till höger en elektrolytkondensator ”4,7 µF” ritad, vars övre anslutning är markerad med ”+” och ligger på den nedre transistorknutpunkten, den nedre anslutningen är förbunden med ”-”-ledaren. Uppe till vänster syns dessutom en elektrolytkondensator ”10 µF”; dess övre anslutning med ”+” ligger på den övre matningsledaren, den nedre anslutningen leder nedåt och slutar vid ett kort tvärstreck.
Figur HAREC-11.16.1: Kopplingsschema för en LF-förstärkare

Eftersom utgångseffekten är högre än ingångseffekten måste en förstärkare alltid tillföras energi. Därför behövs en tillräckligt belastbar spänningskälla.

För att en förstärkare ska kunna kallas linjär måste den ha egenskapen att en fördubbling av ingångssignalen också ger en fördubbling av utsignalen. Avvikelser från linjäritet är i regel oönskade och kan bara tolereras vid trafiksätt som FM (där signalens information inte överförs via amplituden utan bara via frekvensen). Arbetar en förstärkare inte linjärt finns det i dess utsignal frekvenser som inte fanns i ingångssignalen (så kallat splatter). I LF-området visar sig detta som distorsion. I HF-området uppstår övertoner av den förstärkta signalen. Båda är oönskade. Figur HAREC-11.16.2 visar som exempel hur en sinussignal formas om av olinjärt beteende.

Den här alternativtexten har ännu inte granskats.
1. Sammanfattning: Tredelad grafik med rubrikerna ”Insignal”, ”Förstärkning” och ”Utsignal”, vardera med axlarna ”Amplitud” (vertikalt) och ”t” (horisontellt), som visar till vänster en liten sinuskurva, i mitten en större sinuskurva med två röda horisontella linjer ”Begränsning” och till höger en uppe och nere tillplattad signal.
2. Detaljerad beskrivning: 
- Vänster koordinatsystem: Rubrik ”Insignal”. Vertikal axel med pil uppåt: ”Amplitud”. Horisontell axel med pil åt höger: ”t”. Kring nollinjen löper en liten, svagt utpräglad sinuskurva, i flera tunna blå varianter över varandra.
- Mittersta koordinatsystemet: Rubrik ”Förstärkning”. Axlarna åter ”Amplitud” (vertikalt) och ”t” (horisontellt). En stor sinuskurva (svart) svänger över och under nollinjen. Två röda, vågräta linjer ligger symmetriskt ovanför och under nollinjen; bredvid den övre linjen står den röda texten ”Begränsning”. Inuti den svarta kurvan är flera tunna blå sinuskurvor med något lägre amplitud ritade.
- Höger koordinatsystem: Rubrik ”Utsignal”. Axlarna åter ”Amplitud” (vertikalt) och ”t” (horisontellt). Den visade kurvan löper avsnittsvis platt, med horisontella platåer upptill och nedtill på ungefär samma höjd som de tidigare visade röda linjerna; däremellan förbinder sneda övergångar platåerna. Flera tunna blå linjer ligger an mot konturen av den tillplattade kurvan.
Figur HAREC-11.16.2: Ingångssignalen förstärks. Vid begränsning på grund av bristande linjäritet förvrängs utsignalen.

För en sändares linjäritet krävs likaså en stabiliserad strömförsörjning, frikopplad från andra steg, för att undvika oönskade återkopplingar.

LF-förstärkare finns inte bara vid högtalaren i radion utan också redan vid mikrofonen. Där används de till exempel för att förstärka mikrofonsignalen. Vanligen dämpas lägre (under $\qty{300}{\hertz}$) och högre frekvenskomponenter (över $\qty{3}{\kilo\hertz}$) i mikrofonsignalen redan i mikrofonförstärkaren med en bandpasskaraktäristik, för att begränsa LF-signalens bandbredd och undertrycka lägre frekvenskomponenter som nätbrum (jfr figur HAREC-11.16.3). För bra taluppfattbarhet vid talkommunikation krävs en LF-bandbredd på cirka $\qtyrange{2,5}{3}{\kilo\hertz}$.

1) Kort beskrivning: Diagram med en horisontell axel ”f/kHz” och en vertikal axel ”U_A”. En kurva börjar till vänster på nolllinjen, stiger brant, övergår sedan i en horisontell del innan den åter sjunker brant till nolllinjen; vertikala streckade linjer genom de punkter där kurvans riktning ändras; på nolllinjen märkta ”0,3” och ”3,0”.

2) Utförlig beskrivning: Ett koordinatsystem har en horisontell axel märkt ”f/kHz” och en vertikal axel märkt ”U_A”. En kurva börjar till vänster på nolllinjen, stiger brant, övergår sedan i en horisontell del innan den åter sjunker brant till nolllinjen. Genom de punkter där kurvans riktning ändras går vertikala streckade linjer. Deras skärningspunkter med nolllinjen är märkta ”0,3” respektive ”3,0”.
Figur HAREC-11.16.3: Typisk frekvenskurva för en mikrofonförstärkare inom amatörradio

Fortsätt till nästa avsnitt: Kollektorkoppling