Транзистор как усилитель

Чтобы транзистор действовал как усилитель, он должен быть правильно смещен. Мы обсудим необходимость правильного смещения в следующей главе. Здесь, давайте сосредоточимся, как транзистор работает как усилитель.

Транзисторный усилитель

Транзистор действует как усилитель, повышая силу слабого сигнала. Напряжение смещения постоянного тока, приложенное к основанию соединения эмиттера, заставляет его оставаться в прямом смещенном состоянии. Это прямое смещение поддерживается независимо от полярности сигнала. На рисунке ниже показано, как выглядит транзистор при подключении в качестве усилителя.

Низкое сопротивление входной цепи позволяет любому небольшому изменению входного сигнала привести к значительному изменению выходного сигнала. Ток эмиттера, вызванный входным сигналом, вносит ток коллектора, который, когда протекает через нагрузочный резистор R _L , приводит к значительному падению напряжения на нем. Таким образом, небольшое входное напряжение приводит к большому выходному напряжению, что показывает, что транзистор работает как усилитель.

пример

Пусть произойдет изменение входного напряжения на 0,1 В, что дополнительно приведет к изменению тока эмиттера на 1 мА. Этот ток эмиттера, очевидно, вызовет изменение тока коллектора, которое также будет равно 1 мА.

Сопротивление нагрузки 5 кОм, помещенное в коллектор, будет создавать напряжение

5 кОм × 1 мА = 5 В

Следовательно, наблюдается, что изменение на 0,1 В на входе дает изменение на 5 В на выходе, что означает, что уровень напряжения сигнала усиливается.

Производительность усилителя

Поскольку общий тип подключения к излучателю в основном принят, давайте сначала разберемся с несколькими важными терминами, относящимися к этому режиму подключения.

Входное сопротивление

Поскольку входная цепь смещена в прямом направлении, входное сопротивление будет низким. Входное сопротивление — это сопротивление, создаваемое переходом база-эмиттер потоку сигнала.

По определению это отношение небольшого изменения напряжения базы-эмиттера (ΔV _BE ) к результирующему изменению тока базы (ΔI _B ) при постоянном напряжении коллектор-эмиттер.

Входное сопротивление, $R_i = \ frac {\ Delta V_ {BE}} {\ Delta I_B}$

Где R _i = входное сопротивление, V _BE = напряжение базы-эмиттера, а I _B = ток базы.

Выходное сопротивление

Выходное сопротивление транзисторного усилителя очень высокое. Ток коллектора изменяется очень слабо с изменением напряжения коллектор-эмиттер.

По определению это отношение изменения напряжения коллектора-эмиттера (ΔV _CE ) к результирующему изменению тока коллектора (ΔI _C ) при постоянном базовом токе.

Выходное сопротивление = $R_o = \ frac {\ Delta V_ {CE}} {\ Delta I_C}$

Где R _o = выходное сопротивление, V _CE = напряжение коллектор-эмиттер, а I _C = напряжение коллектор-эмиттер.

Эффективная нагрузка на коллектор

Нагрузка подключена к коллектору транзистора, и для одноступенчатого усилителя выходное напряжение берется с коллектора транзистора, а для многоступенчатого усилителя то же самое собирается с каскадных каскадов транзисторной цепи.

По определению это общая нагрузка, видимая током коллектора переменного тока. В случае одноступенчатых усилителей эффективная нагрузка коллектора представляет собой параллельную комбинацию R _C и R _o .

Эффективная нагрузка коллектора, $R_ {AC} = R_C // R_o$

$$= \ frac {R_C \ times R_o} {R_C + R_o} = R_ {AC}$$

Следовательно, для одноступенчатого усилителя эффективная нагрузка равна нагрузке коллектора R _C.

В многоступенчатом усилителе (то есть имеющем более одного каскада усиления) также учитывается входное сопротивление R _i следующего каскада.

Эффективная нагрузка коллектора становится параллельной комбинацией R _C , R _o и R _i, т. Е.

Эффективная нагрузка коллектора, $R_ {AC} = R_C // R_o // R_i$

$$R_C // R_i = \ frac {R_C R_i} {R_C + R_i}$$

Поскольку входное сопротивление R _i довольно мало, следовательно, эффективная нагрузка уменьшается.

Текущая прибыль

Коэффициент усиления по току, когда наблюдаются изменения входных и выходных токов, называется коэффициентом усиления по току . По определению это отношение изменения тока коллектора (I _C ) к изменению базового тока (I _B ).

Текущая прибыль, $\ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B}$

Значение β колеблется от 20 до 500. Коэффициент усиления по току указывает, что входной ток становится β-кратным в токе коллектора.

Усиление напряжения

Коэффициент усиления по напряжению, когда наблюдаются изменения входных и выходных токов, называется коэффициентом усиления по напряжению . По определению это отношение изменения выходного напряжения (ΔV _CE ) к изменению входного напряжения (ΔV _BE ).

Коэффициент усиления по напряжению, $A_V = \ frac {\ Delta V_ {CE}} {\ Delta V_ {BE}}$

= fracИзменитьввыводтекущий разэффективныйнагрузкаИзменитьввходтекущий развводсопротивление $$= \ frac {Изменить \: в \: вывод \: текущий \ раз эффективный \: нагрузка} {Изменить \: в \: вход \: текущий \ раз ввод \: сопротивление}$$

$$= \ frac {\ Delta I_C \ times R_ {AC}} {\ Delta I_B \ times R_i} = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} \ times \ frac {R_ {AC}} {R_i} = \ beta \ times \ frac {R_ {AC}} {R_i}$$

Для одной ступени R _AC = R _C.

Тем не менее, для многоступенчатой,

$$R_ {AC} = \ frac {R_C \ times R_i} {R_C + R_i}$$

Где R _i — входное сопротивление следующей ступени.

Усиление силы

Коэффициент усиления по мощности, когда наблюдаются изменения входных и выходных токов, называется коэффициентом усиления по мощности .

По определению это отношение мощности выходного сигнала к мощности входного сигнала.

Усиление мощности, $A_P = \ frac {(\ Delta I_C) ^ 2 \ times R_ {AC}} {(\ Delta I_B) ^ 2 \ times R_i}$

$$= \ left (\ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} \ right) \ times \ frac {\ Delta I_C \ times R_ {AC}} {\ Delta I_B \ times R_i}$$

= Коэффициент усиления по току × коэффициент усиления по напряжению

Следовательно, это все важные термины, которые относятся к производительности усилителей.