Verstärker

Ein Verstärker ist ein elektronisches Gerät, das die Amplitude eines elektrischen Signals erhöht. Dieser Effekt wird Verstärkungsfaktor genannt.

Verstärker sind in Klassen und Typen unterteilt. Ihre Bauweise hat sich mit der Zeit von der Vakuumröhren(Ventil)-Technologie zu auf Halbleiter-Transistoren basierenden Geräten geändert. Ventile arbeiten unter dem Prinzip des Aussendens von Glühemission aus einer geheizten Glühkathode in einem Vakuum, das von einem Steuergitter gesteuert wird. Sie werden heute noch in Hochleistungsanwendungen, wie Radar, eingesetzt. Halbleiterverstärker funktionieren durch die Diffusion von Ladeträgern an einem Halbleiterübergang, der durch ein elektrisches Feld gesteuert wird. Dies sind heutzutage die am häufigsten eingesetzten Verstärker.
Verstärker werden je nach ihrer Fähigkeit, ein Spannungs- oder Stromeingangssignal effektiv zu verstärken, in Kategorien unterteilt. Ein Spannungsverstärker verstärkt die Eingangsspannungs-Signale und produziert eine größere Ausgangsspannung. Stromverstärker, die auch Transimpedanzverstärker genannt werden, erfassen die Ströme an den Eingängen und geben eine Spannung an die Last aus. Transkonduktanzverstärker und Transresistenzverstärker tauschen diesen Effekt um – eine Eingangsspannung oder Eingangsstrom erzeugen mehr Ausgangsstrom bzw. Ausgangsspannung.

Ein wesentlicher Leistungsparameter eines Verstärkers ist seine Linearität oder seine Fähigkeit, den Eingang mit dem Signal gleicher Form im Zeitbereich am Ausgang zu repräsentieren. Zu den anderen wesentlichen Leistungsmerkmalen zählen unter anderem Anstiegsgeschwindigkeit, Frequenzgang, Störung und Verstärkungsbandbreite.

Diese Verstärkerklassen repräsentieren den Variationsgrad, den ein Ausgangssignal über einen Zyklus hat, wenn der Eingang eine Sinuswellenform ist. Dadurch werden Kompromisse zwischen Linearität und Leistungsfähigkeit erzeugt. Je linearer der Verstärker ist, desto geringer das Verzerrungsprodukt. Die Leistungsfähigkeit eines Verstärkers ist die Messung der Energie, die dem Verstärker zugeführt wird, verglichen mit dem sich daraus ergebenden verstärkten Ausgang. Verstärker, die für mehr Leistungsfähigkeit entworfen wurden, verlängern den Zeitraum, in dem die Endstufe vollständig an oder vollständig aus ist, wodurch die Verzerrung des Signal verstärkt werden kann.

Die Klassifizierungen eines Verstärkers sind A, AB, B, C, D und E. Class A ist am linearsten und Class C am wenigsten linear. Class C ist nicht geeignet für Audioanwendungen und wird in der Regel in Produkten, wie RF-Sendern, verwendet. Die Classes D und E sind Schaltverstärker, die Ausgangsschaltungsstufen verwenden können, die harmonischen Resonatoren, Versorgungsschienen-Schaltung, zusätzliche Ausgabetechniken und PWM- und Delta-Sigma-Modulation enthalten, um die Leistungsfähigkeit zu steigern und die Wellenform am Ausgang wiederherzustellen.