Усилительные свойства биполярного транзистора

Биполярный транзистор обладает свойством усиливать электрический входной сигнал, благодаря чему его можно использовать в качестве активного элемента. Под усилением сигнала обычно подразумевается усиление мощности полезного сигнала, которое можно наблюдать при изменении или тока, или напряжения, или того и другого. В зависимости от схемы включения (ОБ, ОЭ, ОК) транзистор усиливает либо ток, либо напряжение, либо то и другое.

Схема с ОБ. В такой схеме значение тока коллектора близко к значению тока эмиттера, т.е. усиления по току не происходит. Однако в этом случае имеется усиление по напряжению и, следовательно, по мощности. Покажем это. В активном режиме коллекторный переход смещен в обратном направлении, его потенциальный барьер высок, поэтому инжекция дырок из коллектора в базу невозможна. Чтобы инжекция не происходила и при включении в коллекторную цепь резистора нагрузки с высоким сопротивлением R_К, необходимо, чтобы при этом не изменился знак потенциала коллектора.

Поскольку сопротивления эмиттерного и коллекторного переходов, а также нагрузки включены последовательно и ток через них почти одинаков, небольшое изменение тока эмиттера вызовет небольшое изменение напряжения в эмиттерной цепи, тогда как в коллекторной цепи это изменение будет весьма значительным, если R_К велико. В этом случае напряжение, а следовательно, и мощность возрастут во много раз. В самом деле, изменение напряжения на эмиттере на ΔU_Э вызовет изменение эмиттерного тока на ΔI_Э = ΔU_Э/R_Э. Ток коллектора изменится практически на такое же значение: ΔI_К ≈ ΔI_Э, а напряжение на нагрузке изменится на

ΔU_К = R_КΔI_К ≈ R_KΔI_Э . Если подставить в DU_К значение ΔI_Э, то ΔU_К =R_КΔU_Э /R_Э, откуда видно, что приращение напряжения на R_К больше приращения напряжения в эмиттерной цепи в R_К /R_Э раз. А так как R_К» R_Э, то ΔUк» ΔU_Э.

Приращение входной мощности DP_вх = R_ЭDI_Э²_, а приращение выходной мощности ΔP_вых = R_КΔI_K² ≈ R_KΔI_Э² = R_K /R_Э ·ΔР_вх, т.е. оно больше ΔР в R_К /R_Э раз. Следовательно, ΔP_вых » DP_вх.

При работе транзистора в усилительном режиме на его вход подается переменный сигнал, который нужно усилить. Напряжение источника питания постоянно, но переменное напряжение, подаваемое на эмиттер (даже малое), приводит к большим изменениям (колебаниям) переменного напряжения сигнала на резисторе R_К, т.е. в схеме происходит усиление малого переменного входного сигнала.