晶体管作为放大器

晶体管要充当放大器，必须正确偏置。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，都会保持这种正向偏置。下图显示了晶体管作为放大器连接时的样子。

输入电路中的低电阻使输入信号的任何微小变化都会导致输出发生明显变化。输入信号引起的发射极电流会产生集电极电流，当集电极电流流过负载电阻 R_L 时，会导致其两端产生较大的压降。因此，较小的输入电压会导致较大的输出电压，这表明晶体管可用作放大器。

示例

假设输入电压发生 0.1v 变化，这会导致发射极电流发生 1mA 变化。该发射极电流显然会导致集电极电流发生变化，同样为 1mA。

放置在集电极的 5kΩ 负载电阻将产生

5 kΩ × 1 mA = 5V

因此，可以观察到，输入中 0.1v 的变化会导致输出中 5v 的变化，这意味着信号的电压电平被放大了。

放大器的性能

由于大多采用共发射极连接方式，让我们首先了解一些与此连接方式相关的重要术语。

输入电阻

由于输入电路为正向偏置，因此输入电阻会很低。输入电阻是基极-发射极结对信号流的阻力。

根据定义，它是在集电极-发射极电压恒定的情况下，基极-发射极电压的微小变化 (ΔV_BE) 与由此产生的基极电流变化 (ΔI_B) 之比。

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。集电极电流会随着集电极-发射极电压的变化而发生非常轻微的变化。

根据定义，它是基极电流恒定时集电极-发射极电压变化 (ΔV_CE) 与由此产生的集电极电流变化 (ΔI_C) 之比。

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处，对于单级放大器，输出电压取自晶体管的集电极，对于多级放大器，输出电压取自晶体管电路的级联级。

根据定义，它是交流集电极电流所见的总负载。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，$R_{AC} = R_C // R_o$

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

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 也会出现。

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

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

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

β 的值范围为 20 至 500。电流增益表示输入电流变为集电极电流的 β 倍。

电压增益

当观察到输入和输出电流的变化时，电压方面的增益称为电压增益。根据定义，它是输出电压变化 (ΔV_CE) 与输入电压变化 (ΔV_BE) 之比。

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

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

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

对于单级，R_AC = R_C。

但是，对于多级，

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

其中 R_i 是下一级的输入电阻。

功率增益

当观察到输入和输出电流的变化时，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，$A_P = \frac{(\Delta I_C)^2 imes R_{AC}}{(\Delta I_B)^2 imes R_i}$

$$= \left ( \frac{\Delta I_C}{\Delta I_B} ight ) imes \frac{\Delta I_C imes R_{AC}}{\Delta I_B imes R_i}$$

= 电流增益 × 电压增益

因此，这些都是涉及放大器性能的重要术语。