Wie funktioniert ein Transistor als Verstärker?
Als Schalter ist mir die Funktion bewusst, aber wie Funktioniert er als Verstärker? Er kann ja beispielsweise nicht die Spannung höher als die Quellspannung verstärken?
6 Antworten
Der verstärkt nicht Energie sondern steuert Ströme.
Mit einem kleinen Steuerstrom kann man einen großen Arbeitsstrom schalten oder einstellen. Die Energie kommt dabei aus einer Stromquelle, nicht aus dem Transistor.
Es gibt Transistoren die auf Spannung reagieren (die werden in Computern verwendet um Strom zu sparen). Ein einfacher "Bipolarer" Transistor reagiert auf einen Strom durch seine Basis.
Wenn ein Transistor einen Verstärkungsfaktor von 100 hat, dann kann man dem mit 1mA in die Basis ansteuern und der lässt dann im Arbeitsstromkreis 100mA von der Stromquelle in den Verbraucher hinein fließen.
Wenn Du einen Musik Verstärker hast, musst Du den ja auch in die Steckdose stecken. Der benutzt die Energie der Steckdose um die Lautsprecher an zu treiben, gesteuert wird der dann von einem sehr schwachen Strom z.B. von einem CD-Player oder Mikrofon.
Und eine Ladungsträgerbewegung ist ein Strom. Und dieser wiederum ist proportional zum Arbeitsstrom.
Natürlich braucht man eine Spannung um einen Strom in Gang zu setzen. Das sind bei einer Siliziumdiode bzw. Siliziumtransistor zirka 0,7V. Aber diese kann man ganz vereinfacht als Konstant ansehen, an der Spannung kann man den Arbeitsstrom nur durch eine Kennlinie "übersetzen". Den Basisstrom kann man direkt durch eine einfache Multiplikation im Zusammenhang mit dem Ausgangsstrom setzen.
Also betrachtet man den Strom mit dem man steuert, die Spannung zu betrachten macht gar keinen Sinn.
Strom kann erst fließen wenn Spannung vorhanden ist. 🤡
Das habe ich nicht bestritten. Steht da auch ausdrücklich in meinem Kommentar:
Natürlich braucht man eine Spannung um einen Strom in Gang zu setzen.
Nur ist das absolut Sinnlos diese Spannung zu verwenden um den Arbeitsstrom steuern zu wollen. Die bleibt auf wenige Millivolt konstant, damit kann man weder rechnen noch kontrollieren.
Den Strom kann man sehr wohl genau messen und steuern um dann den Arbeitsstromkreis kontrollieren zu können.
Die Basisspannung zum steuern zu verwenden wäre so wie Geschwindigkeitsbegrenzungen in "mm Gaspedal" anzugeben. Absolut Sinnlos!
Ein Schalter würde nur ON/OFF kennen. Den Transistor kannst du zwar auch nach diesem Prinzip nutzen, darum geht es bei der Verstärkung aber nicht hauptsächlich. Für die Verstärkung wird der Umstand, dass zum steuern des Transistors sehr wenig Energie benötigt wird, zu Nutze gemacht. Angenommen du hast ein schwaches Audiosignal als Quelle und willst diesen verstärken. Diese schwache Energie kannst du nun nutzen, um damit Transistoren anzusteuern, welche durch ihren Kanal einen größeren Strom durchlassen (natürlich von einer zusätzlichen Quelle). Dadurch, dass es zwischen Ansteuersignal und dem durchgelassenen Strom eine Beziehung gibt, kannst du somit schwache Signale "aufbereiten", oder eben auch verstärken.
Achso ok. Kann man die Signale nicht einfach mit beispielsweise einem Potentiometer steuern?
Du kannst mit einem kleinen Strom einen größeren Strom schalten. Das Wort Verstärker kann hier etwas missverständlich sein.
Danke. Ja das war wohl mein Denkfehler. Es ist und bleibt ein Schalter am Ende des Tages.
Nein - DAS nun gerade nicht ("bleibt en Schalter"). Es ist genau umgekehrt: Die Schaltanwendung ist ein Extremfall, bei dem der als Spannungsverstärker arbeitende Transistor in seinem Grenzbreich betrieben wird.
Wenn Du spezielle Fragen hast, ich beantworte sie gerne - ich beschäftige mich seit mehr als 40 Jahren mit Transistorschaltungen.
Es geht erstmal nur um die Theorie, habe kein konkretes Problem. Vielen Dank für das Angebot.
Ich glaube niemand würde das Verstärken eines Signals als "Schalten" bezeichnen. Letzteres ist eigentlich reserviert für den Wechsel "vollständig gesperrt" -> "Transistor im übersteuerten Bereich". Ein Analaogverstärker arbeitet genau zwischen diesen Extrempunkten.
der FS hat "Verstärker" so verstanden, dass der Transistor aus einem niedrigen Strom einen höheren erzeugt. Das ist natürlich nicht der Fall. Somit ist und bleibt ein Transistor ein "Schalter" in Anführungszeichen, der jedoch nicht nur mit digitalen Zuständen arbeitet.
https://www.lernhelfer.de/schuelerlexikon/physik-abitur/artikel/transistor-als-verstaerker
https://www.lautsprechershop.de/theorie/transistor3.htm
https://www.dieelektronikerseite.de/Lections/Der%20Transistor%20-%20Ein%20Tausendsassa.htm
Interessant ist hierbei die Darlington Schaltung um das Verstärker Konzept zu Verstehen.
Er kann ja beispielsweise nicht die Spannung höher als die Quellspannung verstärken?
Der Denkfehler ist hier, dass es nur eine Quellenspannung gibt (_die_ Quellenspannung impliziert, dass es eine ist).
Es gibt jedoch zwei Quellenspannungen:
- Einmal die Signalquelle.
- Die "Hilfsspannungsquelle" (auch Versorgungsspannung genannt).
Die Signalspannung kann sehr wohl verstärkt werden, dazu wird aber eine höhere Versorgungsspannung benötigt.
Es geht nicht darum, die Energie zu verstärken, sondern das Signal.
Man "steuert" ihn über eine Spannung, welche einen Diffusionsprozess im Halbleitermaterial begünstigt und die Ladungsträger im Bewegung setzt.