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 V_BE=0.6V.

De OUT-aansluiting wordt verbonden met een eindversterker die in ingangsweerstand heeft van 10k. Voor maximale vermogensoverdracht moet de uigangsweerstand van onze versterker gelijk zijn aan de ingangsweerstand van de eindversterker. De uitgangsimpedantie van een versterker is gedefinieerd als v_OUT/i_OUT. In ons geval is v_OUT = v_RC en i_OUT = i_RC. Dus de uitgangsimpedantie van onze versterker is v_RC/i_RC = RC. So RC = 10k. RC is dus 10k. Om de schakeling stabiel te houden moet V_RE VS/5 zijn. Aangezien VS = 9V, moet V_RE 1.8V zijn. Dit betekent dat de spanning op de OUT-pin kan variëren tussen 1.8 en 9V. De maximale AC uitgangsspanning (v_OUT,max) is dus 9-1.8=7.2V_tt. Uiteraard kan dit alleen bereikt worden als de rustspanning (als v_IN=0) precies tussen 1.8 en 9V ligt. Dit betekent dus dat V_OUT=1.8+(9-1.8)/2=5.4V. We weten al dat RC=10k, dus I_C = (9-5.4V)/10k = 0.36mA. I_E zal ook 0.36mA zijn, dus RE=V_RE/I_E=1.8/0.36m=5k.

V_B = V_BE + V_RE. V_BE is altijd 0.6V, dus v_RE = v_B. (Onthoud: wisselspanningen en -stromen worden in kleine letters geschreven.) Als C1 groot genoeg is, is v_IN = v_B = v_RE. V_OUT = VS - V_RC = 9V - V_RC => v_OUT = -v_RC.

Nu we dit weten, kunnen we de versterking A van de versterker berekenen, die gedefinieerd is als: A = v_OUT/v_IN = -v_RC/v_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.

V_R1 = VS-V_BE-V_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 groot h_FE-bereik. 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 = (VS-V_BE-V_RE)/R1. V_RE = I_C∙RC = h_FE∙I_R1∙RE = h_FE∙RE∙(VS-V_BE-V_RE)/R1 = h_FE∙RE∙(VS-V_BE)/R1 - h_FE∙RE∙V_RE/R1 =>

V_RE+(h_FE∙RE/R1)∙V_RE = h_FE∙RE∙(VS-V_BE)/R1 => (1+300∙5k/1.8M)∙V_RE = 300∙5k∙8.4/1.8M => 1.833∙V_RE=7 => V_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 = VS/(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: Voeg een extra weerstand toe die zorgt dat V_RE (en daarmee I_C) onafhankelijk is van h_FE:

Zorg dat I_R1 >> I_B => I_R1≈I_R2. Laten we de juiste waarde voor R1 en R2 bepalen.

V_R2 = V_BE+V_RE = 0.6+1.8V = 2.4V. V_R1 = VS-V_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.

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 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 2.4V.