電晶體作為放大器

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為了使電晶體充當放大器，它應該被正確偏置。我們將在下一章討論正確偏置的必要性。在這裡，讓我們關注電晶體如何作為放大器工作。

電晶體放大器

電晶體透過提高弱訊號的強度來充當放大器。施加到發射極基極結的直流偏置電壓，使其保持正向偏置狀態。無論訊號的極性如何，都保持這種正向偏置。下圖顯示了電晶體連線為放大器時的樣子。

輸入電路中的低電阻，允許輸入訊號的任何微小變化導致輸出發生明顯的變化。輸入訊號引起的射極電流導致集電極電流，當該電流流過負載電阻R_L時，會在其上產生很大的電壓降。因此，一個小輸入電壓會導致一個大的輸出電壓，這表明電晶體充當放大器。

示例

假設施加的輸入電壓發生0.1v的變化，這進一步導致射極電流發生1mA的變化。此射極電流顯然會產生集電極電流的變化，該變化也為1mA。

在集電極放置5kΩ的負載電阻將產生

5 kΩ × 1 mA = 5V

因此，觀察到輸入電壓變化0.1v會導致輸出電壓變化5v，這意味著訊號的電壓水平被放大了。

放大器的效能

由於大多采用共射極連線方式，因此讓我們首先了解一些關於此連線方式的重要術語。

輸入電阻

由於輸入電路是正向偏置的，因此輸入電阻將很低。輸入電阻是基極-發射極結對訊號流動的阻抗。

根據定義，它是基極-發射極電壓（ΔV_BE）的小變化與在恆定集電極-發射極電壓下產生的基極電流（ΔI_B）變化的比率。

輸入電阻，$R_i = \frac{\Delta V_{BE}}{\Delta I_B}$

其中R_i = 輸入電阻，V_BE = 基極-發射極電壓，I_B = 基極電流。

輸出電阻

電晶體放大器的輸出電阻非常高。集電極電流隨集電極-發射極電壓的變化而變化很小。

根據定義，它是集電極-發射極電壓（ΔV_CE）的變化與在恆定基極電流下產生的集電極電流（ΔI_C）變化的比率。

輸出電阻 = $R_o = \frac{\Delta V_{CE}}{\Delta I_C}$

其中R_o = 輸出電阻，V_CE = 集電極-發射極電壓，I_C = 集電極-發射極電壓。

有效集電極負載

負載連線在電晶體的集電極上，對於單級放大器，輸出電壓從電晶體的集電極獲取，對於多級放大器，輸出電壓從電晶體電路的級聯級獲取。

根據定義，它是交流集電極電流所看到的總負載。對於單級放大器，有效集電極負載是R_C和R_o的並聯組合。

有效集電極負載，$R_{AC} = R_C // R_o$

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

因此，對於單級放大器，有效負載等於集電極負載R_C。

在多級放大器（即具有多個放大級）中，下一級的輸入電阻R_i也會影響到。

有效集電極負載變為R_C、R_o和R_i的並聯組合，即

有效集電極負載，$R_{AC} = R_C // R_o // R_i$

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

由於輸入電阻R_i非常小，因此有效負載減小。

電流增益

觀察輸入和輸出電流變化時，電流方面的增益稱為電流增益。根據定義，它是集電極電流（ΔI_C）變化與基極電流（ΔI_B）變化的比率。

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

β的值範圍從20到500。電流增益表明輸入電流在集電極電流中變為β倍。

電壓增益

觀察輸入和輸出電流變化時，電壓方面的增益稱為電壓增益。根據定義，它是輸出電壓（ΔV_CE）變化與輸入電壓（ΔV_BE）變化的比率。

電壓增益，$A_V = \frac{\Delta V_{CE}}{\Delta V_{BE}}$

$$= \frac{輸出電流變化 \times 有效負載}{輸入電流變化 \times 輸入電阻}$$

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

對於單級，R_AC = R_C。

但是，對於多級，

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

其中R_i是下一級的輸入電阻。

功率增益

觀察輸入和輸出電流變化時，功率方面的增益稱為功率增益。

根據定義，它是輸出訊號功率與輸入訊號功率的比率。

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

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

= 電流增益 × 電壓增益

因此，這些都是指放大器效能的所有重要術語。