Hoofdstuk 9: Versterkerschakelingen

Dit hoofdstuk behandelt hoe versterkende elementen worden ingesteld, hoe meerdere versterkertrappen aan elkaar worden gekoppeld, welke condensatoren daarbij worden gebruikt, en welke klassen van instelling er zijn.

1. Gelijkstroominstelling van Versterkende Elementen

Versterkende elementen moeten zo worden ingesteld dat ze:

Een zo groot mogelijk signaal kunnen verwerken
Met zo min mogelijk vervorming
Zonder te oververhitten (dissipatie beperken)

In de praktijk volstaat meestal een voedingsspanning. De benodigde spanningsverschillen worden met weerstanden gerealiseerd.

Herhaling uit hoofdstuk 8:

NPN-transistor: basis moet ~0,6 V positief zijn t.o.v. emitter (drempelspanning Si)
PNP-transistor: basis moet ~0,6 V negatief zijn t.o.v. emitter
N-FET: gate moet 0 V of negatief zijn t.o.v. source
P-FET: gate moet 0 V of positief zijn t.o.v. source

2. Koppelen van Versterkertrappen

2.1 Waarom koppelen?

Een enkele versterkertrap geeft vaak niet voldoende versterking. Meerdere trappen moeten achter elkaar worden geschakeld. Daarbij moet de gelijkstroom/spanning worden geblokkeerd, zodat de gelijkstroominstelling van de volgende trap niet wordt verstoord. Alleen de wisselspanning (het signaal) mag worden doorgegeven.

2.2 Weerstandskoppeling

Bij weerstandskoppeling wordt het signaal via een condensator doorgegeven. De naam is enigszins misleidend - het eigenlijke koppelelement is de condensator, niet de weerstand.

Examenstof - Weerstandskoppeling:

De koppelcondensator blokkeert gelijkspanning, laat wisselspanning door
Vormt met de ingangsweerstand van de volgende trap een hoogdoorlaatfilter
Bij transistoren: vaak elco's nodig (hoge capaciteit) vanwege lage ingangsweerstand
Bij FET's: lagere capaciteiten volstaan (bijv. 100 nF kunststof) vanwege hoge ingangsweerstand

Ontkoppelcondensatoren: Condensatoren parallel aan emitter- of sourceweerstanden. Ze zorgen ervoor dat de weerstand voor wisselstroom veel lager is, waardoor de versterking toeneemt. Voor gelijkstroom (instelling) blijft de weerstand gewoon werken.

2.3 Transformatorkoppeling

Bij transformatorkoppeling doorloopt het uitgangssignaal de primaire wikkeling van een transformator. De secundaire stuurt de volgende versterkertrap aan.

Kenmerken transformatorkoppeling:

De transformator blokkeert automatisch gelijkspanning (werkt alleen met wisselspanning)
Kan impedantieaanpassing verzorgen tussen trappen
Wikkelingen kunnen zijn uitgevoerd als afgestemde kring (met condensator)
Voor radiofrequenties zijn transformatoren veel kleiner dan voor audiofrequenties

3. Soorten Condensatoren en hun Toepassingen

Condensatoren worden onderscheiden naar hun dielectricum (isolatiemateriaal tussen de platen).

3.1 Luchtcondensatoren

Eigenschap	Beschrijving
Dielectricum	Lucht
Capaciteit	Laag (max. ~500 pF)
Frequentiebereik	Zeer goed voor hoge frequenties, nauwelijks verliezen
Instelbaarheid	Bijna altijd variabel (draaicondensator)
Toepassing	Afstemmen van kringen op bepaalde frequentie
Spanning	Grote plaatafstand = hoge spanning mogelijk (>1 kV)

Trimcondensator (trimmer): Kleine variabele condensator bedoeld om eenmalig in te stellen, niet om regelmatig aan te passen. Wordt ingesteld met een speciale trimsleutel.

3.2 Micacondensatoren

Eigenschap	Beschrijving
Dielectricum	Mica (mineraal, splijtbaar in dunne plaatjes)
Frequentiebereik	Goed voor hoge frequenties
Uitvoering	Vast of als trimmer
Capaciteit	Typisch tientallen tot honderden pF

3.3 Keramische condensatoren

Eigenschap	Beschrijving
Dielectricum	Keramisch materiaal
Frequentiebereik	Meestal goede HF-eigenschappen
Capaciteit	Enkele pF tot >100 nF
Nadeel	Capaciteit vaak temperatuurafhankelijk
Toepassing	HF-schakelingen, ontkoppeling (afvoeren ongewenste HF)
Vorm	Meestal plat rond of rechthoekig

3.4 Kunststofcondensatoren

Eigenschap	Beschrijving
Dielectricum	Kunststof (polystyreen, polycarbonaat, etc.)
Frequentiebereik	Tot enkele MHz
Opbouw	Opgerold (meer zelfinductie) of gestapeld (beter voor HF)
Capaciteit	nF-bereik typisch

3.5 Elektrolytische condensatoren (elco's)

Eigenschap	Beschrijving
Capaciteit	Zeer hoog (tot duizenden μF)
Frequentiebereik	Beperkt tot enkele tientallen kHz
Polariteit	Bipolair! Heeft + en - aansluiting
Toepassing	Afvlakking in voedingen, koppelcondensator in audioschakelingen

Let op bij elco's: Verkeerd aansluiten (omgekeerde polariteit) of aansluiten op wisselspanning kan leiden tot uiteenspatten, vaak met een luide knal!

Examenstof - Condensatoren samengevat:

Type	Capaciteit	Frequentie	Toepassing
Lucht	Laag (pF)	Zeer hoog	Afstemmen HF-kringen
Mica	pF	Hoog	HF, trimmers
Keramisch	pF - nF	Hoog	HF, ontkoppeling
Kunststof	nF	Tot MHz	Algemeen
Elco	Zeer hoog (μF)	Laag (kHz)	Voeding, audio

4. Klassen van Instelling van Versterkers

Bij versterkers speelt de balans tussen rendement (hoeveel van het gelijkstroomvermogen wordt omgezet in nuttig wisselstroomvermogen) en vervorming (harmonischen). We onderscheiden klassen A, B, C en AB.

Afknijpspanning: De spanning op de ingang waarbij de stroom door het versterkende element stopt. Dit is het referentiepunt voor de verschillende klassen.

4.1 Klasse A

Het ingangssignaal blijft altijd boven het afknijpniveau. De volledige golfvorm wordt versterkt.

Eigenschap	Klasse A
Versterkt deel	Volledige periode (100%)
Vervorming	Minimaal
Rendement	Laag: max. ~25%
Toepassing	Waar lage vervorming belangrijk is

4.2 Klasse B

Het afknijpniveau ligt precies in het midden van het ingangssignaal. Alleen de positieve helft van de periode wordt versterkt.

Eigenschap	Klasse B
Versterkt deel	Halve periode (50%)
Vervorming	Meer dan klasse A
Rendement	Hoger: tot ~40%
Herstel	Golfvorm herstelbaar met laagdoorlaatfilter

Balansversterker: Twee klasse B-versterkers samen - een versterkt de positieve helft, de ander de negatieve helft. Daarna worden beide helften samengevoegd.

4.3 Klasse C

Het afknijpniveau ligt hoger, zodat alleen het middelste deel van de positieve halve periode wordt versterkt.

Eigenschap	Klasse C
Versterkt deel	Minder dan halve periode (<50%)
Vervorming	Groot
Rendement	Hoogst: tot ~60%
Beperking	Niet geschikt voor alle soorten signalen

4.4 Klasse AB

Compromis tussen A en B. Een volledige halve periode wordt versterkt, plus een klein deel van de andere helft. Dit voorkomt vervormingsproblemen rond het afknijpniveau.

Eigenschap	Klasse AB
Versterkt deel	Iets meer dan halve periode
Vervorming	Minder dan klasse B
Rendement	Tussen A en B in

Examenstof - Klassen samengevat:

Klasse	Versterkt	Rendement	Vervorming
A	Hele periode	≤25%	Minimaal
B	Halve periode	~40%	Meer
C		~60%	Meest
AB	>Halve periode	Tussen A en B	Minder dan B

5. Samenvatting

Kernpunten voor het examen:

Koppeling: Bij koppelen van versterkertrappen moet gelijkspanning worden geblokkeerd
Weerstandskoppeling: Gebruikt een condensator als koppelelement
Koppelcondensator: Vormt met ingangsweerstand een hoogdoorlaatfilter
Transistortrappen: Vaak elco's nodig (lage ingangsweerstand)
FET-trappen: Lagere capaciteiten volstaan (hoge ingangsweerstand)
Ontkoppelcondensator: Parallel aan emitter/sourceweerstand voor hogere versterking
Transformatorkoppeling: Via transformator, kan ook met afgestemde kringen
Condensatoren: Lucht/mica/keramisch voor HF, elco's voor LF en voedingen
Elco's: Bipolair! Verkeerd aansluiten kan tot ontploffen leiden
Klasse A: Laag rendement (≤25%), weinig vervorming
Klasse B: Hoger rendement (~40%), meer vervorming
Klasse C: Hoogste rendement (~60%), meeste vervorming, niet voor alle signalen
Klasse AB: Compromis tussen A en B