Transistor como um amplificador
Para que um transistor atue como um amplificador, ele deve ser polarizado corretamente. Discutiremos a necessidade de uma polarização adequada no próximo capítulo. Aqui, vamos nos concentrar em como um transistor funciona como um amplificador.
Amplificador de transistor
Um transistor atua como um amplificador, aumentando a força de um sinal fraco. A tensão de polarização DC aplicada à junção da base do emissor faz com que ele permaneça na condição de polarização direta. Essa polarização direta é mantida independentemente da polaridade do sinal. A figura abaixo mostra a aparência de um transistor quando conectado como um amplificador.
A baixa resistência no circuito de entrada permite que qualquer pequena mudança no sinal de entrada resulte em uma mudança apreciável na saída. A corrente de emissor causada pelo sinal de entrada contribui a corrente de colector, que quando flui através da resistência de carga R L , resulta em uma grande queda de tensão através dela. Assim, uma pequena tensão de entrada resulta em uma grande tensão de saída, o que mostra que o transistor funciona como um amplificador.
Exemplo
Suponha que haja uma mudança de 0,1 V na tensão de entrada sendo aplicada, o que produz ainda uma mudança de 1 mA na corrente do emissor. Essa corrente do emissor obviamente produzirá uma mudança na corrente do coletor, que também seria de 1mA.
Uma resistência de carga de 5kΩ colocada no coletor produziria uma tensão de
5 kΩ × 1 mA = 5V
Assim, observa-se que uma mudança de 0,1v na entrada dá uma mudança de 5v na saída, o que significa que o nível de tensão do sinal é amplificado.
Desempenho do amplificador
Como o modo de emissor comum de conexão é geralmente adotado, vamos primeiro entender alguns termos importantes com referência a este modo de conexão.
Resistência de entrada
Como o circuito de entrada é polarizado direto, a resistência de entrada será baixa. A resistência de entrada é a oposição oferecida pela junção base-emissor ao fluxo do sinal.
Por definição, é a razão entre a pequena mudança na tensão de base-emissor (ΔV BE ) e a mudança resultante na corrente de base (ΔI B ) na tensão de coletor-emissor constante.
Resistência de entrada, $ R_i = \ frac {\ Delta V_ {BE}} {\ Delta I_B} $
Onde R i = resistência de entrada, V BE = tensão base-emissor e I B = corrente base.
Resistência de saída
A resistência de saída de um amplificador a transistor é muito alta. A corrente do coletor muda muito ligeiramente com a mudança na tensão do coletor-emissor.
Por definição, é a razão da mudança na tensão do coletor-emissor (ΔV CE ) para a mudança resultante na corrente do coletor (ΔI C ) na corrente de base constante.
Resistência de saída = $ R_o = \ frac {\ Delta V_ {CE}} {\ Delta I_C} $
Onde R o = resistência de saída, V CE = tensão coletor-emissor e I C = tensão coletor-emissor.
Carga Coletora Eficaz
A carga é conectada ao coletor de um transistor e para um amplificador de estágio único, a tensão de saída é retirada do coletor do transistor e para um amplificador de múltiplos estágios, a mesma é coletada de estágios em cascata do circuito do transistor.
Por definição, é a carga total vista pela corrente CA do coletor. No caso de amplificadores de estágio único, a carga efetiva do coletor é uma combinação paralela de R C e R o .
Carga efetiva do coletor, $ R_ {AC} = R_C // R_o $
$$ = \ frac {R_C \ vezes R_o} {R_C + R_o} = R_ {AC} $$
Por isso, para um único amplificador de fase, a carga efectiva é igual à carga de colector R C .
Em um amplificador de vários estágios (ou seja, com mais de um estágio de amplificação), a resistência de entrada R i do próximo estágio também aparece.
A carga efetiva do coletor torna-se uma combinação paralela de R C , R o e R i , ou seja,
Carga efetiva do coletor, $ R_ {AC} = R_C // R_o // R_i $
$$ R_C // R_i = \ frac {R_C R_i} {R_C + R_i} $$
Como a resistência de entrada R i é muito pequena, a carga efetiva é reduzida.
Ganho Atual
O ganho em termos de corrente quando as mudanças nas correntes de entrada e saída são observadas, é chamado de Current gain. Por definição, é a proporção da mudança na corrente do coletor (ΔI C ) para a mudança na corrente de base (ΔI B ).
Ganho atual, $ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} $
O valor de β varia de 20 a 500. O ganho de corrente indica que a corrente de entrada se torna β vezes na corrente de coletor.
Ganho de tensão
O ganho em termos de tensão quando as mudanças nas correntes de entrada e saída são observadas, é chamado de Voltage gain. Por definição, é a relação entre a variação da tensão de saída (ΔV CE ) e a variação da tensão de entrada (ΔV BE ).
Ganho de tensão, $ A_V = \ frac {\ Delta V_ {CE}} {\ Delta V_ {BE}} $
$$ = \ frac {Alterar \: in \: output \: current \ times efetivos \: load} {Change \: in \: input \: current \ times input \: resistência} $$
$$ = \ frac {\ Delta I_C \ times R_ {AC}} {\ Delta I_B \ times R_i} = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} \ times \ frac {R_ {AC}} {R_i} = \ beta \ times \ frac {R_ {AC}} {R_i} $$
Para uma única fase, R AC = R C .
No entanto, para vários estágios,
$$ R_ {AC} = \ frac {R_C \ vezes R_i} {R_C + R_i} $$
Onde R i é a resistência de entrada do próximo estágio.
Ganho de potência
O ganho em termos de potência quando as mudanças nas correntes de entrada e saída são observadas, é chamado de Power gain.
Por definição, é a relação entre a potência do sinal de saída e a potência do sinal de entrada.
Ganho de potência, $ A_P = \ frac {(\ Delta I_C) ^ 2 \ vezes R_ {AC}} {(\ Delta I_B) ^ 2 \ vezes R_i} $
$$ = \ left (\ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} \ right) \ times \ frac {\ Delta I_C \ times R_ {AC}} {\ Delta I_B \ times R_i} $$
= Ganho de corrente × Ganho de tensão
Portanto, esses são todos os termos importantes que se referem ao desempenho dos amplificadores.