Transistor come amplificatore
Affinché un transistor agisca come un amplificatore, dovrebbe essere adeguatamente polarizzato. Discuteremo la necessità di un corretto biasing nel prossimo capitolo. Qui, concentriamoci su come funziona un transistor come amplificatore.
Amplificatore a transistor
Un transistor funge da amplificatore aumentando la forza di un segnale debole. La tensione di polarizzazione CC applicata alla giunzione di base dell'emettitore, fa sì che rimanga in condizione di polarizzazione diretta. Questa polarizzazione diretta viene mantenuta indipendentemente dalla polarità del segnale. La figura seguente mostra l'aspetto di un transistor quando è collegato come amplificatore.
La bassa resistenza nel circuito di ingresso, consente a qualsiasi piccolo cambiamento nel segnale di ingresso di provocare un apprezzabile cambiamento nell'uscita. La corrente dell'emettitore causata dal segnale di ingresso contribuisce alla corrente del collettore, che quando scorre attraverso il resistore di carico R L , si traduce in una grande caduta di tensione attraverso di esso. Pertanto una piccola tensione di ingresso si traduce in una grande tensione di uscita, il che mostra che il transistor funziona come un amplificatore.
Esempio
Lascia che ci sia una variazione di 0,1 V nella tensione di ingresso applicata, che produce ulteriormente una variazione di 1 mA nella corrente dell'emettitore. Questa corrente di emettitore produrrà ovviamente una variazione nella corrente del collettore, che sarebbe anche 1mA.
Una resistenza di carico di 5kΩ posta nel collettore produrrebbe una tensione di
5 kΩ × 1 mA = 5 V.
Quindi si osserva che una variazione di 0,1 V in ingresso dà una variazione di 5 V in uscita, il che significa che il livello di tensione del segnale è amplificato.
Prestazioni dell'amplificatore
Poiché la modalità di connessione dell'emettitore comune è prevalentemente adottata, comprendiamo prima alcuni termini importanti con riferimento a questa modalità di connessione.
Resistenza in ingresso
Poiché il circuito di ingresso è polarizzato in avanti, la resistenza di ingresso sarà bassa. La resistenza di ingresso è l'opposizione offerta dalla giunzione base-emettitore al flusso del segnale.
Per definizione, è il rapporto tra una piccola variazione della tensione di base-emettitore (ΔV BE ) e la risultante variazione della corrente di base (ΔI B ) a una tensione collettore-emettitore costante.
Resistenza di ingresso, $ R_i = \ frac {\ Delta V_ {BE}} {\ Delta I_B} $
Dove R i = resistenza di ingresso, V BE = tensione base-emettitore e I B = corrente di base.
Resistenza in uscita
La resistenza di uscita di un amplificatore a transistor è molto alta. La corrente del collettore cambia leggermente con la variazione della tensione del collettore-emettitore.
Per definizione, è il rapporto tra la variazione della tensione del collettore-emettitore (ΔV CE ) e la variazione della corrente del collettore (ΔI C ) a una corrente di base costante.
Resistenza di uscita = $ R_o = \ frac {\ Delta V_ {CE}} {\ Delta I_C} $
Dove R o = resistenza di uscita, V CE = tensione collettore-emettitore e I C = tensione collettore-emettitore.
Carico effettivo del collettore
Il carico è collegato al collettore di un transistor e per un amplificatore monostadio, la tensione di uscita viene prelevata dal collettore del transistor e per un amplificatore multistadio, la stessa viene raccolta da uno stadi in cascata del circuito a transistor.
Per definizione, è il carico totale visto dalla corrente del collettore CA. In caso di amplificatori monostadio, il carico effettivo del collettore è una combinazione parallela di R C e R o .
Carico effettivo del collector, $ R_ {AC} = R_C // R_o $
$$ = \ frac {R_C \ times R_o} {R_C + R_o} = R_ {AC} $$
Quindi, per un singolo stadio di amplificazione, carico effettivo è pari al carico di collettore R C .
In un amplificatore multistadio (cioè con più di uno stadio di amplificazione), entra in scena anche la resistenza di ingresso R i dello stadio successivo.
Il carico effettivo del collettore diventa una combinazione parallela di R C , R o e R i ie,
Carico effettivo del collector, $ R_ {AC} = R_C // R_o // R_i $
$$ R_C // R_i = \ frac {R_C R_i} {R_C + R_i} $$
Poiché la resistenza di ingresso R i è piuttosto piccola, il carico effettivo viene ridotto.
Guadagno corrente
Il guadagno in termini di corrente quando si osservano i cambiamenti nelle correnti di ingresso e di uscita, è chiamato come Current gain. Per definizione, è il rapporto tra la variazione della corrente del collettore (ΔI C ) e la variazione della corrente di base (ΔI B ).
Guadagno corrente, $ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} $
Il valore di β varia da 20 a 500. Il guadagno di corrente indica che la corrente di ingresso diventa β volte nella corrente del collettore.
Guadagno di tensione
Il guadagno in termini di tensione quando si osservano i cambiamenti nelle correnti di ingresso e di uscita, è chiamato come Voltage gain. Per definizione, è il rapporto tra la variazione della tensione di uscita (ΔV CE ) e la variazione della tensione di ingresso (ΔV BE ).
Guadagno di tensione, $ A_V = \ frac {\ Delta V_ {CE}} {\ Delta V_ {BE}} $
$$ = \ frac {Cambia \: in \: output \: current \ times actual \: load} {Cambia \: in \: input \: current \ times input \: resistenza} $$
$$ = \ frac {\ Delta I_C \ times R_ {AC}} {\ Delta I_B \ times R_i} = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} \ times \ frac {R_ {AC}} {R_i} = \ beta \ times \ frac {R_ {AC}} {R_i} $$
Per una singola fase, R AC = R C .
Tuttavia, per Multistage,
$$ R_ {AC} = \ frac {R_C \ times R_i} {R_C + R_i} $$
Dove R i è la resistenza di ingresso della fase successiva.
Guadagno di potenza
Il guadagno in termini di potenza quando si osservano i cambiamenti nelle correnti di ingresso e di uscita, è chiamato come Power gain.
Per definizione, è il rapporto tra la potenza del segnale di uscita e la potenza del segnale di ingresso.
Guadagno di potenza, $ A_P = \ frac {(\ Delta I_C) ^ 2 \ volte R_ {AC}} {(\ Delta I_B) ^ 2 \ volte R_i} $
$$ = \ left (\ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} \ right) \ times \ frac {\ Delta I_C \ times R_ {AC}} {\ Delta I_B \ times R_i} $$
= Guadagno di corrente × Guadagno di tensione
Quindi questi sono tutti i termini importanti che si riferiscono alle prestazioni degli amplificatori.