Uten at vi nødvendigvis tenker på det, omriges vi av spenningsforsterkere opptil flere ganger om dagen. Hver gang man skrur på for eksempel TV-en eller lyd-anlegget er det elektroniske komponenter som sørger for at lydnivået blir sterkt nok til at vi kan oppfatte det selv om vi står på andre siden av rommet. En av grunnprinsippene bak slike forsterkere, kan man finne igjen i noe som kalles for et «Felles emitter-trinn», eller «FE-trinn». Ønsker man for eksempel å spille av signalet fra en liten mikrofon på en høyttaler, er dette en av de elektroniske kretsene man kan benytte seg av. Men hvordan lager man et FE-trinn?
Over er det bilde av kretsen som viser hvordan et FE-trinn skal kobles opp. Det benyttes fire motstander, tre kondensatorer og en transistor. For å komme fram til verdiene på de forskjellige motstandene er det en rekke utregninger man må gjøre. Og for å kunne gjøre disse utregningene er det noe verdier vi må fastslå få forhånd. I dette eksempelet fastslår vi disse verdiene:
- Spenningskilden Ub = +12V DC
- Strømmen gjennom RK, IK = 10mA
- Spenningen mellom basis og emitter på T1, UBE = 0,7V
- Spenningen over RE, URE = 1V
- Spenningen over RK, URK = Ub / 2 = 6V
- Strømmen gjennom R1, IR1 = 8 * IB
Ved hjelp av et multimeter måler vi den aktuelle transistorens hFE til å være 316.
Nå har vi den informasjonen vi trenger for å gjøre utregningene våre. Det er vi ønsker å finne ut ved hjelp av utregningene er motstandsverdiene til R1, R2, RK og RE.
- Først regner vi ut basis-strømmen
- IB = IK / hFE = 10mA / 316 = 31,65μA
- Deretter regner vi ut emitter-strømmen
- IE = IK + IB = 10mA + 31,65μA = 10,03165mA
- Når vi vet IB er det enkelt å finne IR1
- IR1 = 8 * IB = 8 * 31,65μA = 253,16μA
- Siden IR1 = 8 * IB blir IR2 = 7 * IB. Dette er fordi noe av strømmen som går gjennom IR1 vil gå gjennom transistoren. Man kan også regne ut dette ved hjelp av denne formelen: IR2 = IR1 – IB.
- IR2 = 7 * IB = 7 * 31,65μA = 221,52μA
Nå har vi regnet oss fram til alle strømmene som går gjennom de forskjellige motstandene, og trenger dermed bare å finne ut spenningene, før vi kan regne ut motstandsverdiene. Spenningen over RK og RE vet vi allerede.
- Spenningen over R2, UR2
- UR2 = UBE + URE = 0,7V + 1V = 1,7V
- Spenningen over R1, UR1
- UR1 = Ub – UR2 = 12V – 1,7V = 10,3V
Nå skal vi ved hjelp av strømmene og spenningene vi har kommet fram til, regne ut motstandsverdiene. Får å gjøre dette benytter vi oss av Ohms lov, U = R * I. Vi flytter om på formelen, og får dermed R = U / I.
- Motstandsverdien RE
- RE = URE / IE = 1V / 10,03165mA = 99,68Ω
- Motstandsverdien RK
- RK = URK / IK = 6V / 10mA = 600Ω
- Motstandsverdien R1
- R1 = UR1 / IR1 = 10,3V / 253,16μA = 40,685kΩ
- Motstandsverdien R2
- R2 = UR2 / IR2 = 1,7V / 221,52μA = 7,674kΩ
Nå har vi alle motstandsverdiene vi trenger for å lage et FE-trinn. Dermed er det bare å koble det opp slik det er vist på det første bildet. For å få så nøyaktige verdier som mulig, kan det lønne seg å koble opp flere motstander i serie, slik at motstanden blir så nært oppmot den utregnede verdien som mulig.
På RK, RE og R1 benyttes helt normale motstander, mens
på R2 kan det være kjekt å ha en reguler bar motstand, et såkalt potensiometer. Grunnen til vi gjør dette, er for å kunne justere spenningen ved kollektor på T1. Om det forsterkede signalet klippes, vil man kunne justere på R2-potensiometeret, og dermed bli kvitt klippingen. For at signalet ikke skal klippes, er det viktig at kollektornivået til T1 ligger på nøyaktig halvparten av Ub når det ikke er tilkoblet noe inn-signal.
Om signalet klippes både over og under midtlinjen (0V), kan det hjelpe å med lavere amplitude på inngangessignalet.
Kondensator C1 bruker vi for å hindre likespenning fra FE-trinnet i å nå f.eks. en mikrofon som er koblet til inngangen.
Kondensator C2 bruker vi for å hindre likespenning fra FE-trinnet i å nå f.eks. en høyttaler som er koblet til utgangen.
Grunnen til at vi benytter oss av en RE-motstand er for å temperatur-regulere transistoren. Når UBE på en transistor blir høy, vil transistoren lede godt fra kollektor til emitter. Når en transistor leder godt, vil den bli varm, og når den blir varm, vil den lede enda bedre. Etter hvert vil transistoren rett og slett bli ødelagt på grunn av temperaturene den utsettes for. Om vi benytter oss av RE, vil ikke den høye strømmen fra kollektor til emitter føre til at spenningsnivået over RE øker. Når URE øker, vil spenningsforskjellen mellom basis og emitter på transistoren minke, og transistoren vil lede mindre. På denne måten hindrer vi at transistoren ødelegges på grunn av høye temperaturer.
Når FE-trinnet er koblet opp slik som på bildet, vil det være lurt å koble til en signalgenerator på inngangen, og et oscilloskop på utgangen slik at man kan se at signalet forsterkes, og at det forsterkede signalet ikke klipper. Deretter kan man erstatte signalgeneratorenmed en mikrofon, og se at lydene man lager forsterkes av FE-trinnet.
Dette trinnet forsterker hovedsaklig spenningen, ikke strømmen, så om utgangen skal kobles til en høyttaler kan det være nyttig å koble opp en såkalt effektforsterker i tillegg, slik at strømmen også forsterkes.
Modifikasjon 