Транзистор в активному режимі має здатність посилювати потужність електричного сигналу, включеного в вхідний ланцюг. При цьому в залежності від схеми включення транзистора (ПРО, ОЕ, ОК) буде спостерігатися посилення сигналу або по струму, або по напрузі, або по тому, й іншому. Наприклад, в схемі з ПРО є посилення по напрузі і по потужності, посилення по току не відбувається. Для того, щоб виділити потужність вхідного сигналу, в вихідний ланцюг транзистора включають навантажувальний резистор Rк. володіє великим опором, що значно перевищують вхідний опір транзистора Rе (опір емітерного переходу, включеного в прямому напрямку (див. рис. 12-16).
Включення резистора Rк. хоча і викликає зниження потенційного бар'єру колекторного переходу через зменшення напруги на колекторі (Uкб = Eкб-Rк. Ік). але це не викличе инжекцию дірок колектора в базу і колекторний струм Ік не зменшиться. Величина струму Ік. як встановлено вище, практично дорівнює величині струму емітера Iе.
Оскільки вхідний опір транзистора Rе мало, невелика зміна струму емітгера викличе невелика зміна напруги в емітерний ланцюга. У колекторної ланцюга на опорі навантаження Rк це невелика зміна струму викличе значних змін напруги Uк = RкIк. тому Rк велике.
Дійсно, якщо напруга між емітером і базою зміниться на величину DUеб. струм емітера зміниться на величину DIе = DUеб / Rе. Струм колектора зміниться на ту ж величину D Ік = aDIе »DIе, (a» 1). Напруга на навантаженні Rк в колекторної ланцюга зміниться на DUк = RкDIк або DUк = (Rк / Rе) DUеб. тобто збільшення напруги на колекторної навантаженні в Rк / Rе разів більше збільшення напруги в емітерний ланцюга. Так як Rк >> Rе. отже, DUк >> DUеб. При цьому відбувається і посилення по потужності. Приріст вхідної потужності одно DРвх = РеDIе 2 прирощення вихідної потужності DРвих = RкDIк 2 »RкDIе 2 або DРвих = (Rк / Rе) DРвх. Оскільки Rк >> Rе. то DPвих >> DPвх.
При роботі транзистора в схемі підсилювача на вхід його подається змінна напруга сигналу, яке потрібно посилити. В цьому випадку Ее не змінюється, але послідовно з ним включене змінну напругу сигналу малої величини змінюється, і це буде призводити до великих змін (коливань) змінної напруги сигналу на опорі навантаження Rк. тобто в схемі відбуватиметься посилення малого вхідного сигналу.
У схемі з ОЕ відбувається посилення по струму і напрузі. Тут вхідним струмом є струм бази, він значно менше струму емітера. Якщо змінити вхідна напруга Uбе, зміниться потенційно бар'єр емітера і, отже, дірковий струм емітера і струм колектора. Так як в базу від джерела надходить невеликий струм, менший за величиною, ніж струм емітера і, отже, і колектора, то незначна зміна струму у вхідному ланцюзі викличе значно більшу зміну струму в вихідний ланцюга колектора.
Ріс.12-16 Структурна схема транзистора з ПРО з навантажувальним резистором в вихідний ланцюга.
Таким чином, у схемі з ОЕ відбувається посилення по току. При цьому мається посилення і за напругою. Так як вихідний опір велике, в ланцюг колектора можна включити великий опір. На цьому опорі напруга буде значно вище, ніж напруга у вхідному ланцюзі. Посилення по напрузі і струму призводить до значного посилення по потужності.
У схемі посилення з ОК (p-n-p) Ku = 1, а коефіцієнт посилення по току Ki = 10-100. Так як в цій схемі Uвх = U вих, то таку схему називають емітерний повторювач.
1) Статичний коефіцієнт посилення по струму в схемі з ПРО
Статичний коефіцієнт посилення по струму в схемі про ОЕ має інший вираз. Його можна отримати з співвідношення Ік = aIе + Iко. якщо підставити в нього вираз Iе = Іб + Ік. Тоді Ік = a (Іб + Ік) + Iко. звідки:
де b = a / (1-a) статичний коефіцієнт посилення по струму в схемі з ОЕ, виражений через a.
З рівняння (12.9) можна встановити, що схема з ОЕ має великий посиленням по току. Наприклад, есліa = 0,985, то b = 66.
Зворотний струм колекторного переходу в схемі з ОЕ.
Коефіцієнти a і b є найважливішими параметрами транзисторів. Їх часто називають коефіцієнтами передачі струму емітера (a) і струму бази (b).
2) Коефіцієнт зворотного зв'язку по напрузі. У схемі з ПРО він дорівнює
де DUеб, DUбе, DUкб, DUке - відповідно збільшення напруг емітера, бази і колектора.
3) Вхідний опір. У схемі з ПРО одно:
де DIе і D Іб - відповідно збільшення струму емітера і струму бази.
4) Вихідний опір. У схемі з ПРО одно
На рис. 12-17 показані вхідні та вихідні статичні характеристики транзистора, включеного за схемами ПРО і ОЕ
Мал. 12-17. Вхідні (а, б) і вихідні (в, г) статичні характеристики транзистора, включеного за схемою з ПРО (а, в) і за схемою з ОЕ (б, г)
Схеми заміщення транзисторів типу p-n-p
Схеми заміщення транзисторів будують на тій основі, що емміттерний перехід має опір до десятків Ом, колекторний перехід має опір до сотні кіло, область бази має опір до сотень Ом.
Мал. 12-18. Схема заміщення транзистора p-n-p, включеного за схемою з ПРО.
У схемі ПРО (ріс.12-18) вхідна напруга дорівнює сумі падінь напруг на опорах Rе і Rб при проходженні по ним струмів, відповідно емітерного і струму бази. Як показують розрахунки, за наведеною схемою, Rвхб збігається з розрахунками Rвхб = Uеб / Iе десяткам Ом.
Аналогічні розрахунки можна проводити за схемами заміщення транзисторів, включених по схемам з ОК і з ОЕ (рис. 12-19, а, б)
Рис 12-19. а) Схеми заміщення транзистора p-n-p, включеного за схемою з ОК.
Рис 12-19. б) Схеми заміщення транзистора p-n-p, включеного за схемою з ОЕ.
Н-параметри транзистора. При розрахунках часто транзистор розглядають як підсилює потужність пристрій, що має на вході напруга U1 і ток I1. а на виході відповідно U2 і I2. Таку модель називають активним чотириполюсника. (Рис. 12-20)
Мал. 12-20. Транзистор, як активний чотириполюсника, включений за схемою з ОЕ.
Розглянемо Н-параметри транзистора включеного за схемою з ОЕ (ріс.12-20)
1. Вхідний опір VT для змінного струму:
Н11 = Uбе / Іб (Uке = const) (12.27)
2. Вихідна провідність: (12.28)
Н22 = Ік / Uке (Іб = const)
3. Коефіцієнт посилення по току:
Н21 = Ік / Іб (Uке = const) (12.29)
Для малопотужних транзисторів:
а для транзисторів середньої та великої потужності (12.30)
Вихідна провідність для малопотужних транзисторів
. а для середньої і більшої потужності (31)
Коефіцієнт посилення по струму