増幅器としてのトランジスタ

トランジスタが増幅器として機能するには、適切にバイアスをかける必要があります。次の章では、適切なバイアスの必要性について説明します。ここでは、トランジスタが増幅器としてどのように機能するかに焦点を当てましょう。

トランジスタアンプ

トランジスタは、弱い信号の強度を上げることによって増幅器として機能します。エミッタベース接合に印加されるDCバイアス電圧により、エミッタベース接合は順方向バイアス状態のままになります。この順方向バイアスは、信号の極性に関係なく維持されます。下の図は、アンプとして接続したときのトランジスタの外観を示しています。

入力回路の抵抗が低いため、入力信号にわずかな変化があれば、出力にかなりの変化が生じます。入力信号によって引き起こされるエミッタ電流はコレクタ電流に寄与し、負荷抵抗R _Lを流れると、その両端に大きな電圧降下が発生します。したがって、入力電圧が小さいと出力電圧が大きくなり、トランジスタが増幅器として機能することを示します。

例

印加される入力電圧に0.1vの変化があるとすると、エミッタ電流にさらに1mAの変化が生じます。このエミッタ電流は明らかにコレクタ電流の変化を引き起こし、これも1mAになります。

コレクターに配置された5kΩの負荷抵抗は、

5kΩ×1mA = 5V

したがって、入力の0.1vの変化が出力の5vの変化を与えることが観察されます。これは、信号の電圧レベルが増幅されることを意味します。

アンプの性能

エミッタ接地接続モードがほとんど採用されているので、最初にこの接続モードに関していくつかの重要な用語を理解しましょう。

入力抵抗

入力回路が順方向にバイアスされているため、入力抵抗は低くなります。入力抵抗は、信号の流れに対してベース-エミッタ接合によって提供される反対です。

定義により、ベース-エミッタ電圧（ΔVの小さな変化の比である_BEベース電流（ΔIで得られた変化に対して）_B定数コレクタ-エミッタ間電圧で）。

入力抵抗、$ R_i = \ frac {\ Delta V_ {BE}} {\ Delta I_B} $

ここで、R _i =入力抵抗、V _BE =ベース-エミッタ間電圧、I _B =ベース電流。

出力抵抗

トランジスタアンプの出力抵抗は非常に高いです。コレクタ電流は、コレクタ-エミッタ間電圧の変化に伴ってごくわずかに変化します。

定義により、コレクタ-エミッタ間電圧（ΔVの変化の比である_CEコレクタ電流（ΔIで得られた変化）_C一定のベース電流で）。

出力抵抗= $ R_o = \ frac {\ Delta V_ {CE}} {\ Delta I_C} $

ここで、R _o =出力抵抗、V _CE =コレクタ-エミッタ間電圧、I _C =コレクタ-エミッタ間電圧。

有効なコレクター負荷

負荷はトランジスタのコレクタに接続され、単段増幅器の場合、出力電圧はトランジスタのコレクタから取得され、多段増幅器の場合、同じものがトランジスタ回路のカスケード段から収集されます。

定義上、これはACコレクタ電流から見た総負荷です。単段増幅器の場合、実効コレクタ負荷は_RCと_Roの並列の組み合わせです。

実効コレクター負荷、$ R_ {AC} = R_C // R_o $

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

したがって、単段増幅器のため、効果的な負荷は、コレクタ負荷Rに等しく、_C。

多段増幅器（すなわち、複数の増幅段を有する）では、次の段の入力抵抗Ｒ_ｉもまた現れる。

有効コレクタ負荷はRの並列の組合せとなる_C、R _O及びR _I、すなわち、

実効コレクター負荷、$ R_ {AC} = R_C // R_o // R_i $

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

入力抵抗_Riが非常に小さいため、実効負荷が減少します。

現在のゲイン

入力電流と出力電流の変化が観察されたときの電流に関するゲインは、次のように呼ばれます。 Current gain。定義により、コレクタ電流（ΔIの変化の比である_Cベース電流（ΔIの変化に対する）_B）。

現在のゲイン、$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} $

βの値の範囲は20〜500です。電流ゲインは、入力電流がコレクタ電流のβ倍になることを示します。

電圧利得

入力電流と出力電流の変化が観察されたときの電圧に関するゲインは、次のように呼ばれます。 Voltage gain。定義により、それは出力電圧の変化（ΔVの比である_CE入力電圧の変化）が（ΔV _BE）。

電圧ゲイン、$ A_V = \ frac {\ Delta V_ {CE}} {\ Delta V_ {BE}} $

$$ = \ frac {Change \：in \：output \：current \ timeseffective \：load} {Change \：in \：input \：current \ times input \：resistance} $$

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

単一ステージの場合、R _AC = _RC。

ただし、マルチステージの場合、

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

ここで、_Riは次のステージの入力抵抗です。