Усилительные свойства транзисторов

Усиление электрических колебаний с помощью транзистора основано на зависимости тока коллектора от значения напряжения, приложенного к эмиттерному P-N- переходу.

При отсутствии переменного напряжения Uвх (до момента t₁ на рис.2, а) в цепи эмиттера протекает ток покоя Iэо (рис.2, б) под действием напряжения U_Э, а в цепи коллектора- ток Iо (рис.2, в), почти равный току Iэо. Ток Iо, проходя через сопротивление нагрузки Rнагр, создает на нем постоянное значение падения напряжения U_R=IoRнагр (рис.2, г)

При поступлении на вход переменного напряжения Uвх (рис.2, а) от генератора сигналов G, последовательно включенного с источником постоянного напряжения U_Э на эмиттерно- базовом переходе создается изменяющееся напряжение U_Э + Uвх, под действием которого из эмиттера в базу будет поступать изменяющееся количество дырок: больше при U_Э+Uвх и меньше при U_Э-Uвх. Таким образом, изменения напряжения на эмиттерно- базовом переходе вызовут пропорциональные изменения эмиттерного тока i_Э (рис.2, б) и коллекторного тока (рис.2, в). Ток i_K,, проходя через резистор Rнагр, кроме постоянного падания напряжения создает на нем переменное падение напряжения ~U_R=i_KRнагр, повторяющее по форме входное напряжение сигнала. Переменная составляющая напряжения ~U_R отделяется с помощью разделяющего конденсатора Ср от постоянной составляющей и подается на вход усилителя в виде переменного напряжения Uвых=(~U_R). Усиление напряжения с помощью транзистора происходит за счет энергии источника питания. Сам транзистор выполняет роль своеобразного регулятора, который под действием слабого входного сигнала, введенного в цепь с малым сопротивлением, изменяет ток в выходной цепи, обладающей большим сопротивлением.

Величина, показывающая, во сколько раз переменное напряжение на выходе усилителя больше напряжения сигнала на входе, называется коэффициентом усиления по напряжению:

K_U=Uвых/Uвх (1)

Согласно закону Ома, Uвых=IкRнагр и Uвх=I_ЭR_Э, где R_Э- сопротивление входной цепи, т.е. сопротивление участка эмиттер- база. Учитывая, что I_K=I_Э, формулу (1) можно записать так:

K_U=I_КRнагр/(I_ЭR_Э) или K_U= Rнагр/(R_Э). (2)

Транзистор усиливает не только напряжение, но и мощность.

Коэффициент усиления по мощности: Kр=Рвых/Рвх= . (3)

Из формул (2) и (3) видно, что коэффициенты усиления транзистора по напряжению и мощности равны отношению сопротивления нагрузки в цепи коллектора к сопротивлению цепи эмиттера, поэтому транзисторы представляют собой преобразователи сопротивления.

Один из показателей, характеризующий свойства транзистора, - коэффициент усиления (или передачи) по току a, представляющий собой отношение приращения выходного тока DI_К к вызвавшему его приращению входного тока DI_Э: a=DI_К/DI_Э. (4)

Для приведенной схемы всегда a<1 (a=0.9…0.99), так как Iк<I_Э. Чем больше a, тем меньше отличаются между собой токи коллектора и эмиттера, и тем больше коэффициенты усиления транзистора по напряжению и мощности.