12.9 : Wzmacniacze tranzystorów BJT

Tranzystory bipolarne (BJT) to kluczowe elementy obwodów wzmacniaczy, działające jako źródła prądu sterowane napięciem w swoim obszarze aktywnym. Ta cecha pozwala im skutecznie kontrolować prąd kolektora poprzez zmiany napięcia baza-emiter. Zasadniczo BJT wzmacniają moc ze względu na ich zdolność do przyjmowania słabego sygnału wejściowego i wysyłania znacznie silniejszego sygnału.

W konfiguracjach wzmacniaczy BJT, zwłaszcza w konfiguracjach ze wspólnym emiterem, rola tranzystora rozciąga się na przekształcanie transkonduktancji na wzmocnienie napięciowe. Konwersję tę osiąga się poprzez skierowanie prądu wyjściowego przez rezystor. Napięcie wyjściowe wzmacniacza jest określone przez spadek napięcia na tym rezystorze obciążającym odjęty od napięcia zasilania. W rezultacie wzmacniacz wytwarza odwrócone napięcie wyjściowe, które jest zasadniczo napięciem wejściowym przesuniętym o napięcie zasilania. Ta inwersja jest cechą charakterystyczną wzmacniaczy ze wspólnym emiterem.

Krzywa charakterystyki przenoszenia napięcia wzmacniacza BJT ze wspólnym emiterem zapewnia wizualną reprezentację zmian wyjściowego napięcia kolektora w odpowiedzi na zmiany wejściowego napięcia bazowego. Warto zauważyć, że strome nachylenie krzywej w obszarze aktywnym wskazuje, gdzie osiągane jest maksymalne wzmocnienie. Jednakże obszar ten wprowadza również pewną nieliniowość do napięcia wyjściowego.

Odchylenie napięcia stałego baza-emiter jest ustawiane w punkcie spoczynku (punkt Q) w obszarze aktywnym w celu zapewnienia stabilnego i liniowego wzmocnienia. Kiedy do tego polaryzacji prądu stałego zostanie dodany mały, zmienny w czasie sygnał, BJT działa w małym, prawie liniowym segmencie krzywej charakterystycznej. Powoduje to wzmocnienie wyjściowego napięcia kolektora. Taka konfiguracja jest kluczowa dla osiągnięcia pożądanego wzmocnienia przy jednoczesnym zachowaniu integralności kształtu fali sygnału.

BJT to podstawowe elementy konstrukcyjne różnych zastosowań elektronicznych, szczególnie przy tworzeniu wydajnych i skutecznych obwodów wzmacniaczy, które zwiększają siłę sygnału bez znaczących zniekształceń.