Zoals reeds vermeld in het eerste deel van dit hoofdstuk, is een transistor een uitstekende versterker. Onderstaande afbeelding toont een voorbeeld.

Het ingangssignaal wordt met de versterker verbonden via C1. C1 voorkomt dat er gelijkstroom gaat lopen via R1 door de signaalbron, bijvoorbeeld een microfoon. Gelijkstroom kan de microfoon beschadigen (tenzij het een elektreetmicrofoon is; een microfoon met ingebouwde versterker).

De eigenschappen van transistor T1 zijn: h_FE=100 en U_BE=0.6V.

De OUT-aansluiting wordt verbonden met een eindversterker die in ingangsweerstand heeft van 10k. Voor maximale vermogensoverdracht moet de uitgangsweerstand van onze versterker gelijk zijn aan de ingangsweerstand van de eindversterker. De uitgangsimpedantie van een versterker is gedefinieerd als u_OUT/i_OUT. (Weten we het nog? Kleine letters geven wisselspanningen en -stromen aan, hoofdletters gelijkspanningen en -stromen.) In ons geval is U_OUT = U_S - U_RC = 9V - U_RC => u_OUT = -u_RC. i_OUT = i_RC. Dus de uitgangsimpedantie van onze versterker is u_RC/i_RC = RC. RC moet, voor maximale vermogensoverdracht, dus 10k zijn. Om de schakeling stabiel te houden bij een zo hoog mogelijke versterking moet U_RE U_S/5 zijn. Aangezien U_S = 9V, moet U_RE 1.8V zijn. Dit betekent dat de spanning op de OUT-pin kan variëren tussen 1.8 en 9V. De maximale AC uitgangsspanning (u_OUT,max) is dus 9-1.8=7.2V_tt. Uiteraard kan dit alleen bereikt worden als de rustspanning (als u_IN=0) precies tussen 1.8 en 9V ligt. Dit betekent dus dat U_OUT=1.8+(9-1.8)/2=5.4V. We weten al dat RC=10k, dus I_C = (9-5.4V)/10k = 0.36mA. We verwaarlozen I_B, dus I_E zal ook 0.36mA zijn. RE=U_RE/I_E=1.8/0.36m=5k.

U_B = U_BE + U_RE. U_BE is altijd 0.6V, dus u_RE = u_B. Als C1 groot genoeg is, is u_IN = u_B = u_RE.

Nu we dit weten, kunnen we de versterking A van de versterker berekenen, die gedefinieerd is als: A = u_OUT/u_IN = -u_RC/u_RE=-(i_C∙RC)/(i_E∙RE). Aangezien i_C=i_E (h_FE is groot genoeg is om i_B te verwaarlozen), is A=-(i_C∙RC)/(i_C∙RE) = -RC/RE. De versterking bedraagt dus -10k/5k =-2.

U_R1 = U_S-U_BE-U_RE = 9-0.6-1.8 = 6.6V. I_R1=I_C/h_FE=0.36mA/100=3.6μA. R1 = 6.6V/3.6μA = 1.8M.

Helaas hebben transistors met dezelfde type-aanduiding een groote spreiding in de h_FE. Zo kan een 2N3904-transistor een stroomversterking hebben die ligt tussen de 100 en 300. De vraag is is: zal onze versterker nog steeds werken als h_FE = 300? Laten we een kijken...

I_B = (U_S-U_BE-U_RE)/R1. I_C = h_FE∙I_R1. We verwaarlozen I_B, dus I_E = I_C.

U_RE = I_E∙RE = I_C∙RE = h_FE∙I_R1∙RE = h_FE∙RE∙(U_S-U_BE-U_RE)/R1. U_RE uit de haakjes werken geeft:

U_RE = h_FE∙RE∙(U_S-U_BE)/R1 - h_FE∙RE∙U_RE/R1 =>

U_RE+(h_FE∙RE/R1)∙U_RE = h_FE∙RE∙(U_S-U_BE)/R1 => (1+h_FE∙RE/R1)∙U_RE = h_FE∙RE∙(U_S-U_BE)/R1

Hierin in U_RE de enige onbekende. Als we alle andere variabelen invullen, krijgen we:

(1+300∙5k/1.8M)∙U_RE = 300∙5k∙(9-0.6)/1.8M => 1.833∙U_RE=7 => U_RE = 7/1.833 = 3.8V.

I_B = (8.4-3.8)/1.8M = 2.6μA. I_C = 300∙2.6μA = 0.767mA.

Echter, I_C,max = U_S/(RC+RE)=9/15k=0.6mA. Dus is h_FE∙I_B > I_C,max, hetgeen betekent dat de transistor verzadigd is en zicht dus gedraagt als een gesloten schakelaar!

Oplossing: Zorg dat U_RE (en daarmee I_C) onafhankelijk is van h_FE. Omdat U_BE een (nagenoeg) vaste waarde heeft, bereiken we dit als we de basisspanning (ten opzichte van massa) constant houden. Dit kunnen we realiseren door een extra weerstand (R2) toe te voegen die samen met R1 de spanning U_S door een vaste waarde deelt:

Zorg dat I_R1 >> I_B. Anders is de basisspanning alsnog afhankelijk van I_B en dus ook van h_FE. Laten we de juiste waarde voor R1 en R2 bepalen.

Als we de basisstroom mogen verwaarlozen, geldt: I_R1≈I_R2.

U_R2 = U_BE+U_RE = 0.6+1.8V = 2.4V. U_R1 = U_S-U_R2 = 9-2.4 = 6.6V. Dus R1:R2=6.6:2.4. Bijvoorbeeld R1=33k and R2=12k. In dat geval is I_R1(=I_R2) = 6.6V/33k = 0.2mA, hetgeen veel groter is dan I_B (enkele μA).

Zoals gezegd bedraagt de spanningsversterking van deze schakeling slechts (-)2. In veel gevallen zal dat niet genoeg zijn. We kunnen de versterking heel eenvoudig verhogen door een weerstand en een condensator toe te voegen zoals in onderstaande afbeelding: de meestgebruikte transistorversterker.

Condensator C2 sluit RE2 kort voor wisselspanningen. Dus voor gelijkspanningen geldt RE = RE1 + RE2, en voor wisselspanningen geldt RE = RE1. Als RE1 = 500ohm en RE2 = 4.5k, hebben we een versterker met dezelfde eigenschappen als voorheen, alleen bedraagt de versterking nu 10k/500=20.

De impedantie van C2 moet veel kleiner zijn dan RE1:

1/(2∙π∙f_min∙C2) « RE1 => C2 » 1/(2∙π∙f_min∙RE1) waarin f_min de laagste frequentie is die de versterker moet kunnen verwerken.

Voorbeeld: als f_min = 20Hz, C2 » 1/(2∙π∙20∙500) = 16μF. 47 of 100µF is een goede keus.

De AC ingangsweerstand is ongeveer R1//R2 = 8.8k. De impedantie van C1 moet dus veel lager zijn dan 8.8k => C1 » 1/(2∙π∙20∙8.8k) = 0.9μF. 10µF is een goede keus. De plus-pool van C1 moet verbonden zijn met de versterker, tenzij de bron een DC-component heeft die hoger is dan U_R2 (in ons voorbeeld 2.4V).