Hier wat plaatjes en formules waar je handig zelf mee aan torren kan rekenen. Het is veel makkelijker dan je denkt. Er zijn drie basis schakelingen waarvan de common emitter het meest gebruikt wordt in onze zelfbouw.
Hoe pak je nu het ontwerp van een simpele versterker aan. Dat is niet moeilijk. Het wordt pas moeilijk als je alles optimaal wil hebben want alles beïnvloed elkaar. maar iets minder optimaal werkt het vaak ook prima.
Eerst zoek je een tor uit die past bij het vermogen en de frequentie. Dat vindt je in de datasheets.
Je ziet daar de Ft. Dat is de hoogste frequentie waarbij de tor nog iets doet. De Hfe of Beta is de stroomversterking. Een HFe van 100 wil zeggen dat 1mA op de basis 100mA collector stroom veroorzaakt. Grofweg kun je zeggen dat de Ft gedeeld door de frequentie waar je op wil werken de Hfe oplevert waar je mee rekent. Vaak worden er grenzen genoemd. Meer dan dat zal niet lukken en minder doet hij meestal ook niet. Als we de tor hebben dan komen er wat weerstanden aan. Wat je eerst bepaald is je uitgangspunt. Dat kan een bepaalde Zin of Zuit zijn of een bepaalde versterking enz.
We beginnen makkelijk, vergeten even het klasse a,b,c enz verhaal. We gaan gewoon iets maken wat een signaal kan versterken zonder kapot te gaan maar het maakt het ook makkelijk om bv bij een reparatie te meten hoeveel spanning ergens moet staan.
We hebben een tor die 50mA mag hebben en op onze frequentie een Hfe van 100 heeft. We willen dat hij het makkelijk heeft en laten hem op 10V werken en er mag 20mA doorheen. We bepalen eerst R1 en R2. Die leveren de basisstroom. Bij 20mA en een HFe van 100 is dus 0,2mA voldoende. Voor de veiligheid gaan we uit van 2mA. We doen geen gekke dingen dus we houden geen rekening met lineair gedrag en vastlopen tegen de voedingspanning. We willen bv een 12mVrms meetzender signaaltje versterken tot 2Vtt. 10V/0,0002mA=50000 ohm. De basisspanning willen we halverwege op 5V. Dus kiezen we R1 even groot als R2. De spanningsval over beiden is dan gelijk dus het knooppunt is 5V. R1=R2=25Kohm, dat is een rotwaarde dus we nemen 27K.
Dan weten we ook de spanning over de emitter weerstand. Die is vanwege de basis-emitter diode 0,6V. Ve is dus 5-0,6=4,4V
We willen 20mA dus door de emitterweerstand mag niet meer lopen. De wet van ohm leert ons dat 4,4V/20mA=220ohm. We weten nu dus Re. Dan moet er nog een collector weerstand. Hoe hoger die is hoe groter de spanningsval er over bij 20mA maar de spanning mag niet onder de 4,4V zakken en niet boven de 10V. Dat is 5,6V houden we 4V aan als spanningsval dan moet Rc dus 200 ohm zijn. 4V/20mA=200 ohm. Om nu het AC te versterken plaatsen we een condensator over de Re. Die moet in ieder geval een lagere reactantie hebben als dat de Re groot is. Meestal is 1 tot 100n prima. Voor audio wordt het al snel uF waarden. (1/2.PI.f.C geeft de reactantie)
Nu nog een condensatortje op de collector om signaal af te nemen en op de basis om er iets in te stoppen.
Nu kunnen we de rest berekenen. De basis is de inwendige weerstand van de tor (de re). Die staat gebiasd niet helemaal open dus die heeft een weerstand. Dat is heel makkelijk met de diode-formule: 26/Ic in mA. In dit geval re=26/20=1,3 ohm.
Nu weten we ook Zin, de weerstand die de vorige trap, in ons geval de meetzender. Deze is namelijk (Beta+1)re (100+1) x 1,3=131,3 ohm
Maar hoeveel watt dissipeert hij nu. VcexIe ; Vc=Vcc-Ve=10-4,4= 5,6V. 5,6-4,4=1,2V x 20mA= 24mW. In de datasheet kunnen we zien of dat aanvaardbaar is.
Wat is nu de load die de tor intern ziet als we de versterker afsluiten met 50 ohm. 1/R(load signaal)=1/Rc+1/RL=40 ohm. Maar we hebben een load van 50 ohm. Dat is 10 meer. Dan zetten we gewoon 10 ohm in serie met die condensator. Dus ook al is de Zuit van de tor zelf heel hoog. Het signaal ziet een veel lagere. Dat is mooi want daardoor “verlaat” het signaal de tor-kringloop. Het zoekt de weg van de minste weerstand.
Nu we de signaal load weten kunnen we de gain uitrekenen door de load te delen door de re, dat is 30,7 maal. Gv is dus voltage-gain.
Maar we weten ook de geleiding, het omgekeerde van re. Ie/26 ofwel 0,77 Ampere/volt
Hoeveel signaal stroom komt er nu bovenop die 20ma bias: GmxVin= 0,77 x 13mV= 10mA, samen 30mA dus binnen de specs.
Hoeveel komt er nu uit: VinxVg= 13mV x 30,7=400mV. ic x R(signaalload)= 0,01×40=0,4=400mV dat klopt dus met elkaar. 400mV-rms is 1,12Vtt. Dat past in de ruimte die we hadden bij de collectorweerstand.
Wat wordt er nu aan die 50 ohm load geleverd: 400mV²/50=3,2mW ofwel 10 x log (3,2) = 5,05dBm. Maar hoeveel ging er in, simpel: 13mV²/131,3 dus 0,02mW ofwel 10xlog(0,02)=-16,98dBm
De versterking in vermogen is 10 x log(3,2/0,020)=22,03dB +5,05-(-16,98)=22,03 dus ook dat klopt.
Zo dat is eigenlijk alles. Om nu alles kloppend te krijgen zodat het er voor en erna weer mooi aansluit is een ander verhaal maar de zelfde berekeningen.
De formules bij elkaar voor de drie configuraties: torbias.doc
