晶体管作为放大器

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为了使晶体管充当放大器，它应该被正确偏置。我们将在下一章讨论正确偏置的必要性。在这里，让我们关注晶体管如何作为放大器工作。

晶体管放大器

晶体管通过提高弱信号的强度来充当放大器。施加到发射极基极结的直流偏置电压，使其保持正向偏置状态。无论信号的极性如何，都保持这种正向偏置。下图显示了晶体管连接为放大器时的样子。

输入电路中的低电阻，允许输入信号的任何微小变化导致输出发生明显的变化。输入信号引起的射极电流导致集电极电流，当该电流流过负载电阻R_L时，会在其上产生很大的电压降。因此，一个小输入电压会导致一个大的输出电压，这表明晶体管充当放大器。

示例

假设施加的输入电压发生0.1v的变化，这进一步导致射极电流发生1mA的变化。此射极电流显然会产生集电极电流的变化，该变化也为1mA。

在集电极放置5kΩ的负载电阻将产生

5 kΩ × 1 mA = 5V

因此，观察到输入电压变化0.1v会导致输出电压变化5v，这意味着信号的电压水平被放大了。

放大器的性能

由于大多采用共射极连接方式，因此让我们首先了解一些关于此连接方式的重要术语。

输入电阻

由于输入电路是正向偏置的，因此输入电阻将很低。输入电阻是基极-发射极结对信号流动的阻抗。

根据定义，它是基极-发射极电压（ΔV_BE）的小变化与在恒定集电极-发射极电压下产生的基极电流（ΔI_B）变化的比率。

输入电阻，$R_i = \frac{\Delta V_{BE}}{\Delta I_B}$

其中R_i = 输入电阻，V_BE = 基极-发射极电压，I_B = 基极电流。

输出电阻

晶体管放大器的输出电阻非常高。集电极电流随集电极-发射极电压的变化而变化很小。

根据定义，它是集电极-发射极电压（ΔV_CE）的变化与在恒定基极电流下产生的集电极电流（ΔI_C）变化的比率。

输出电阻 = $R_o = \frac{\Delta V_{CE}}{\Delta I_C}$

其中R_o = 输出电阻，V_CE = 集电极-发射极电压，I_C = 集电极-发射极电压。

有效集电极负载

负载连接在晶体管的集电极上，对于单级放大器，输出电压从晶体管的集电极获取，对于多级放大器，输出电压从晶体管电路的级联级获取。

根据定义，它是交流集电极电流所看到的总负载。对于单级放大器，有效集电极负载是R_C和R_o的并联组合。

有效集电极负载，$R_{AC} = R_C // R_o$

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

因此，对于单级放大器，有效负载等于集电极负载R_C。

在多级放大器（即具有多个放大级）中，下一级的输入电阻R_i也会影响到。

有效集电极负载变为R_C、R_o和R_i的并联组合，即

有效集电极负载，$R_{AC} = R_C // R_o // R_i$

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

由于输入电阻R_i非常小，因此有效负载减小。

电流增益

观察输入和输出电流变化时，电流方面的增益称为电流增益。根据定义，它是集电极电流（ΔI_C）变化与基极电流（ΔI_B）变化的比率。

电流增益，$\beta = \frac{\Delta I_C}{\Delta I_B}$

β的值范围从20到500。电流增益表明输入电流在集电极电流中变为β倍。

电压增益

观察输入和输出电流变化时，电压方面的增益称为电压增益。根据定义，它是输出电压（ΔV_CE）变化与输入电压（ΔV_BE）变化的比率。

电压增益，$A_V = \frac{\Delta V_{CE}}{\Delta V_{BE}}$

$$= \frac{输出电流变化 \times 有效负载}{输入电流变化 \times 输入电阻}$$

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

对于单级，R_AC = R_C。

但是，对于多级，

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

其中R_i是下一级的输入电阻。

功率增益

观察输入和输出电流变化时，功率方面的增益称为功率增益。

根据定义，它是输出信号功率与输入信号功率的比率。

功率增益，$A_P = \frac{(\Delta I_C)^2 \times R_{AC}}{(\Delta I_B)^2 \times R_i}$

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

= 电流增益 × 电压增益

因此，这些都是指放大器性能的所有重要术语。