4. Voorspanning

Dit ziet er veel beter uit. Laten we nu de juiste waarden voor R1 en R2 berekenen. We nemen aan dat RL een luidspreker van 8W is, VBE 0.7V is en hFE 20. Dus u2rms/RL = 8W => u2rms = 8W∙8Ω => urms = 8V => utop = 8V∙√2 = 11.3V => VRL,max = VE1,max = 11.3V => VB1,max = 11.3 + 0.7 = 12V => VR1 = VS - VB1 = 15 - 12 = 3V. IRL,max = VRL,max/RL = 11.3/8 = 1.4A => IE1,max = 1.4A. IB1,max = IE1,max/(hFE+1) = 1.4A/21 = 67mA = IR1 (IB»ID1). R1 = VR1/IR1 = 3V/67mA = 45Ω.

De ruststroom door de diodes is (2∙15V - 2∙0.7V)/(2∙45Ω) = 302mA. R1 en R2 verstoken elk I2∙R = 3.6W! Onnodig te zeggen dat dit geen erg economische versterker is. En om het nog erger te maken: elke diode heeft een zekere weerstand. Zelfs als deze weerstand slechts 5Ω is, resulteert dit hier al in een spanningsval van 302mA∙5Ω = 1.5V. Dit betekent dat de spanning over de diodes toeneemt van 0.7V naar 2.2V! En dus nemen ook de spanningen VBE1 en VBE2toe. En als VBE toeneemt, neemt ook IC toe. Resultaat: de ruststroom door de collector wordt erg hoog!

Natuurlijk kunnen we de diodes door weerstanden vervangen, ervoor zorgend dat VBE altijd 0.7V blijft. Diodes hebben echter een enorm voordeel: thermische stabiliteit. Transistor- en diode-parameters hangen af van de temperatuur. Als we VBE (of VD) constant houden, neemt IC (ID) toe als de temperatuur stijgt. En omgekeerd: als we IC constant houden, neemt VBE af met 2mV/°C. Dus als we weerstanden gebruiken om VBE 0.7V op 0.7V te houden, zorgt een toename in tempertuur voor een stijging van IC. Hierdoor kan de transistor nog warmer worden, waardoor IC nog hoger wordt, enzovoort... Dit wordt het sneeuwbaleffect genoemd. Echter, als we diodes in plaats van weerstanden gebruiken en de diodes op de transistors plakken (om ervoor te zorgen dat ze dezelfde temperatuur hebben) dan krijgen we geen sneeuwbaleffect: als de transistor opwarmt, warmt ook de diode op; hierdoor wordt VBE lager en wordt een verhoging van IC voorkomen.

De enige manier om de vermogensdissipatie van R1 en R2 en de spanningsval over D1 en D2 te verlagen, is het verlagen van de ruststroom door deze componenten. En dat is alleen mogelijk met hogere hFE-waarden. We hebben dus darlingtons nodig!