12.10 : Kleinsignalanalyse von BJT-Verstärkern

Die Kleinsignalanalyse ist ein grundlegender Ansatz in der Elektronik, um zu verstehen, wie ein Bipolar Junction Transistor (BJT)-Verstärker Signale verarbeitet. Im aktiven Bereich ist der BJT für eine lineare Verstärkung ausgelegt. Das Verhalten des Transistors unter diesen Bedingungen wird durch seine momentane Basis-Emitter-Spannung V_BE, eine Summe aus der Gleichstromvorspannung V_BE und einem kleinen Wechselstromsignal V_BE bestimmt, was den Kollektorstrom i_C ergibt. Hier hat der Kollektorstrom eine Gleichstromkomponente und eine Wechselstromkomponente.

Hier ist V_T die thermische Spannung.

Wenn das Wechselstrom-Eingangssignal V_BE deutlich kleiner als V_T ist, kann eine Kleinsignalnäherung verwendet werden, um den Ausdruck für die Wechselstromkomponente des Kollektorstroms zu erhalten. Die Wechselstromkomponente des Kollektorstroms ist das Verhältnis des Produkts der Gleichstromkomponente des Kollektors mit zeitabhängiger Eingangsspannung zur thermischen Spannung.

Das Verhältnis der Wechselstromkomponente des Kollektorstroms zum Eingangssignal wird als Transkonduktanz bezeichnet. Die Spannungsverstärkung des BJT ist eine Funktion der Transkonduktanz des BJT und des Lastwiderstands.

Hier bedeutet das negative Vorzeichen eine 180-Grad-Phasenverschiebung zwischen Eingangs- und Ausgangssignalen.

An der Basis des BJT ist der Kleinsignal-Basis-Emitter-Widerstand rπ entscheidend für Überlegungen zur Eingangsimpedanz und wird bestimmt durch:

Dieser Widerstand beeinflusst die Reaktion des Transistors auf Eingangssignale und ist umgekehrt proportional zum Gleichstrom-Vorspannungsstrom.

Durch Kleinsignalanalyse kann die detaillierte Leistung von BJT-Verstärkern mit kleinen Eingangsvariationen präzise charakterisiert und im elektronischen Schaltungsdesign genutzt werden.