Tranzystor jako wzmacniacz

Aby tranzystor działał jako wzmacniacz, powinien być odpowiednio spolaryzowany. W następnym rozdziale omówimy potrzebę odpowiedniego odchylenia. W tym miejscu skupmy się na tym, jak tranzystor działa jako wzmacniacz.

Wzmacniacz tranzystorowy

Tranzystor działa jako wzmacniacz, zwiększając siłę słabego sygnału. Napięcie polaryzacji prądu stałego przyłożone do złącza podstawy emitera sprawia, że ​​pozostaje ono w stanie polaryzacji do przodu. To odchylenie w przód jest utrzymywane niezależnie od polaryzacji sygnału. Poniższy rysunek pokazuje, jak wygląda tranzystor po podłączeniu jako wzmacniacz.

Niska rezystancja w obwodzie wejściowym pozwala każdej niewielkiej zmianie sygnału wejściowego skutkować znaczną zmianą sygnału wyjściowego. Prąd emitera wywołany sygnałem wejściowym wnosi do kolektora prąd, który przepływając przez rezystor obciążający R _L , powoduje duży spadek napięcia na nim. Tak więc małe napięcie wejściowe skutkuje dużym napięciem wyjściowym, co pokazuje, że tranzystor działa jako wzmacniacz.

Przykład

Niech nastąpi zmiana o 0,1 V w przyłożonym napięciu wejściowym, co dalej powoduje zmianę prądu emitera o 1 mA. Ten prąd emitera spowoduje oczywiście zmianę prądu kolektora, który również wyniesie 1 mA.

Rezystancja obciążenia 5 kΩ umieszczona w kolektorze wytworzyłaby napięcie o wartości

5 kΩ × 1 mA = 5 V.

Stąd obserwuje się, że zmiana o 0,1 V na wejściu daje zmianę o 5 V na wyjściu, co oznacza wzmocnienie poziomu napięcia sygnału.

Wydajność wzmacniacza

Ponieważ najczęściej przyjmuje się wspólny tryb połączenia emitera, najpierw zrozumiemy kilka ważnych terminów odnoszących się do tego trybu połączenia.

Rezystancja wejściowa

Ponieważ obwód wejściowy jest spolaryzowany do przodu, rezystancja wejściowa będzie niska. Rezystancja wejściowa jest oporem oferowanym przez złącze baza-emiter do przepływu sygnału.

Z definicji jest to stosunek niewielkiej zmiany napięcia baza-emiter (ΔV _BE ) do wynikającej z tego zmiany prądu podstawowego (ΔI _B ) przy stałym napięciu kolektor-emiter.

Rezystancja wejściowa, $ R_i = \ frac {\ Delta V_ {BE}} {\ Delta I_B} $

Gdzie R _i = rezystancja wejściowa, V _BE = napięcie baza-emiter, a Ja _B = prąd podstawowy.

Rezystancja wyjściowa

Rezystancja wyjściowa wzmacniacza tranzystorowego jest bardzo wysoka. Prąd kolektora zmienia się bardzo nieznacznie wraz ze zmianą napięcia kolektor-emiter.

Z definicji jest to stosunek zmiany napięcia kolektor-emiter (ΔV _CE ) do wynikającej z tego zmiany prądu kolektora (ΔI _C ) przy stałym prądzie bazowym.

Opór wyjściowy = $ R_o = \ frac {\ Delta V_ {CE}} {\ Delta I_C} $

Gdzie R _o = rezystancja wyjściowa, V _CE = napięcie kolektor-emiter, a I _C = napięcie kolektor-emiter.

Efektywne obciążenie kolektora

Obciążenie jest podłączone do kolektora tranzystora, a dla wzmacniacza jednostopniowego napięcie wyjściowe jest pobierane z kolektora tranzystora, a dla wzmacniacza wielostopniowego to samo jest zbierane z kaskadowych stopni obwodu tranzystora.

Z definicji jest to całkowite obciążenie widziane przez prąd kolektora AC. W przypadku wzmacniaczy jednostopniowych efektywne obciążenie kolektora jest połączeniem równoległym R _C i R _o .

Efektywne obciążenie kolektora, $ R_ {AC} = R_C // R_o $

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

Stąd dla pojedynczego wzmacniacza etapie skuteczne obciążenie wynosi obciążenia kolektora R _C .

W wzmacniaczu wielostopniowym (tj. Mającym więcej niż jeden stopień wzmocnienia) pojawia się również rezystancja wejściowa R _i następnego stopnia.

Efektywne obciążenie kolektora staje się równoległą kombinacją R _C , R _o i R _i tj.

Efektywne obciążenie kolektora, $ R_ {AC} = R_C // R_o // R_i $

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

Ponieważ rezystancja wejściowa R _i jest dość mała, zmniejsza się obciążenie efektywne.

Aktualny zysk

Wzmocnienie w zakresie prądu, gdy obserwuje się zmiany prądów wejściowych i wyjściowych, nazywa się Current gain. Z definicji jest to stosunek zmiany prądu kolektora (ΔI _C ) do zmiany prądu podstawowego (ΔI _B ).

Wzmocnienie prądu, $ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} $

Wartość β mieści się w zakresie od 20 do 500. Wzmocnienie prądu wskazuje, że prąd wejściowy staje się β razy większy od prądu kolektora.

Wzmocnienie napięcia

Wzmocnienie w zakresie napięcia, gdy obserwuje się zmiany prądów wejściowych i wyjściowych, nazywa się Voltage gain. Z definicji jest to stosunek zmiany napięcia wyjściowego (ΔV _CE ) do zmiany napięcia wejściowego (ΔV _BE ).

Wzmocnienie napięcia, $ A_V = \ frac {\ Delta V_ {CE}} {\ Delta V_ {BE}} $

$$ = \ frac {Zmień \: w \: wyjście \: bieżące \ czasy efektywne \: obciążenie} {Zmień \: w \: wejście \: prąd \ razy wejście \: opór} $$

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

Na jednym etapie, R _AC = R _C .

Jednak w przypadku Multistage

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

Gdzie R _i jest rezystancją wejściową następnego etapu.

Zysk mocy

Zysk pod względem mocy, gdy obserwuje się zmiany prądów wejściowych i wyjściowych, nazywa się Power gain.

Z definicji jest to stosunek mocy sygnału wyjściowego do mocy sygnału wejściowego.

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

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

= Wzmocnienie prądu × Wzmocnienie napięcia

Stąd wszystkie ważne określenia, które odnoszą się do osiągów wzmacniaczy.