Amplifiers-transistor-as-an-amplifier
アンプとしてのトランジスタ
トランジスタをアンプとして機能させるには、適切にバイアスをかける必要があります。 次の章で適切なバイアスの必要性について説明します。 ここでは、トランジスタがアンプとして機能する方法に焦点を当てましょう。
トランジスタアンプ
トランジスタは、弱い信号の強度を高めることにより増幅器として機能します。 エミッタベースジャンクションに印加されるDCバイアス電圧は、順方向バイアス状態を維持します。 この順方向バイアスは、信号の極性に関係なく維持されます。 下の図は、アンプとして接続した場合のトランジスタの様子を示しています。
入力回路の抵抗が小さいため、入力信号のわずかな変化でも出力にかなりの変化が生じます。 入力信号によって発生するエミッタ電流はコレクタ電流に寄与し、これが負荷抵抗R〜L〜を流れると、その両端で大きな電圧降下が発生します。 したがって、入力電圧が小さいと出力電圧が大きくなり、トランジスタがアンプとして機能することがわかります。
例
適用される入力電圧に0.1vの変化があり、さらにエミッタ電流に1mAの変化が生じるとします。 このエミッタ電流は、明らかにコレクタ電流の変化を引き起こし、これも1mAになります。
5k＆ohmの負荷抵抗;コレクターに配置すると、電圧が発生します
5 k＆ohm; ×1 mA = 5V
したがって、入力の0.1vの変化は出力の5vの変化を与えることが観察されます。これは、信号の電圧レベルが増幅されることを意味します。
アンプの性能
共通エミッタモードの接続が主に採用されているため、この接続モードに関していくつかの重要な用語を最初に理解しましょう。
入力抵抗
入力回路は順方向にバイアスされるため、入力抵抗は低くなります。 入力抵抗は、ベース-エミッタ接合部が信号の流れに対して提供する抵抗です。
定義により、一定のコレクターエミッター電圧でのベースエミッター電圧の小さな変化（ΔV〜BE〜）とベース電流の変化（ΔI〜B〜）の比です。
入力抵抗、$ R_i = \ frac \ {\ Delta V _ \ {BE}} \ {\ Delta I_B} $
ここで、R〜i〜=入力抵抗、V〜BE〜=ベース-エミッタ電圧、I〜B〜=ベース電流。
出力抵抗
トランジスタ増幅器の出力抵抗は非常に高いです。 コレクターエミッター電圧の変化に伴い、コレクター電流はわずかに変化します。
定義により、これは、一定のベース電流でのコレクター-エミッター電圧の変化（ΔV〜CE〜）と、結果として生じるコレクター電流の変化（ΔI〜C〜）の比です。
出力抵抗= $ R_o = \ frac \ {\ Delta V _ \ {CE}} \ {\ Delta I_C} $
ここで、R〜o〜=出力抵抗、V〜CE〜=コレクターエミッター電圧、I〜C〜=コレクターエミッター電圧。
有効なコレクター負荷
負荷はトランジスタのコレクタに接続され、シングルステージ増幅器の場合、出力電圧はトランジスタのコレクタから取得され、マルチステージ増幅器の場合、トランジスタ回路のカスケード接続されたステージから収集されます。
定義上、これはa.cから見た合計負荷です。 コレクタ電流。 単段増幅器の場合、有効なコレクタ負荷は、R〜C〜とR〜o〜の並列の組み合わせです。
有効なコレクタ負荷、$ R _ \ {AC} = R_C//R_o $
= \ frac \ {R_C \ times R_o} \ {R_C + R_o} = R _ \ {AC}
したがって、シングルステージアンプの場合、実効負荷はコレクタ負荷R〜C〜に等しくなります。
多段増幅器（つまり、 複数の増幅段がある場合）、次の段の入力抵抗R〜i〜も影響を受けます。
有効なコレクター負荷は、R〜C〜、R〜o〜、およびR〜i〜の並列組み合わせになります。
有効なコレクタ負荷、$ R _ \ {AC} = R_C//R_o//R_i $
R_C//R_i = \ frac \ {R_C R_i} \ {R_C + R_i}
入力抵抗R〜i〜は非常に小さいため、実効負荷は減少します。
電流ゲイン
入力電流と出力電流の変化が観察されるときの電流に関するゲインは、*電流ゲイン*と呼ばれます。 定義により、これはコレクタ電流の変化（ΔI〜C〜）とベース電流の変化（ΔI〜B〜）の比です。
現在のゲイン、$ \ beta = \ frac \ {\ Delta I_C} \ {\ Delta I_B} $
βの値の範囲は20〜500です。 電流利得は、入力電流がコレクタ電流のβ倍になることを示しています。
電圧利得
入力および出力電流の変化が観察されるときの電圧に関するゲインは、*電圧ゲイン*と呼ばれます。 定義により、これは入力電圧の変化（ΔV〜BE〜）に対する出力電圧の変化（ΔV〜CE〜）の比です。
電圧ゲイン、$ A_V = \ frac \ {\ Delta V _ \ {CE}} \ {\ Delta V _ \ {BE}} $
= \ frac \ {変更\：in \：出力\：現在の\ times有効\：負荷} \ {変更\：in \：入力\：現在の\ times入力\：抵抗}
= \ 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}
単一ステージの場合、R〜AC〜= R〜C〜。
ただし、マルチステージの場合、
R _ \ {AC} = \ frac \ {R_C \ times R_i} \ {R_C + R_i}
ここで、R〜i〜は次のステージの入力抵抗です。
パワーゲイン
入力および出力電流の変化が観察されるときの電力に関するゲインは、*電力ゲイン*と呼ばれます。
定義では、入力信号電力に対する出力信号電力の比率です。
パワーゲイン、$ 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} $ $
電流ゲイン×電圧ゲイン
したがって、これらはすべてアンプの性能を指す重要な用語です。
