12.9
Wzmacniacze tranzystorów BJT
Tranzystory bipolarne (BJT) to kluczowe elementy obwodów wzmacniaczy, działające jako źródła prądu sterowane napięciem w swoim obszarze aktywnym. Ta c…
W obszarze aktywnym wspólnego emitera NPN BJT prąd emitera jest sumą prądu bazy i prądu kolektora. W tym przypadku napięcie bazy steruje prądem kolektora w BJT.
Napięcie wyjściowe na kolektorze jest uzyskiwane przez odjęcie spadku napięcia na rezystancji obciążenia od napięcia zasilania, tworząc odwróconą moc wyjściową w stosunku do napięcia zasilania.
Zależność między napięciem kolektora a napięciem bazy daje charakterystykę przenoszenia napięcia wzmacniacza BJT ze wspólnym emiterem.
Podkreśla aktywny obszar wzmacniacza, charakteryzujący się stromym nachyleniem dla maksymalnego wzmocnienia, ale nieliniowym napięciem wyjściowym.
Stosując polaryzację napięcia DC baza-emiter w punkcie spoczynku w obszarze aktywnym, BJT zazwyczaj osiąga prawie liniowe wzmocnienie.
Kiedy do wzmacniacza podawany jest mały, zmienny w czasie sygnał, jest on nakładany na napięcie polaryzacji prądu stałego wokół punktu spoczynku.
Tak więc BJT działa w krótkim, prawie liniowym segmencie krzywej charakterystyki, co skutkuje wzmocnionym napięciem kolektora wyjściowego.
View the full transcript and gain access to JoVE Core videos
Q1: How does a BJT control collector current in the active region?
In the active region, the base voltage controls the collector current of a bipolar junction transistor. The emitter current equals the sum of base current and collector current. This voltage-controlled current behavior allows the BJT to function as an efficient amplifier, converting weak input signals into stronger output signals through transconductance conversion into voltage amplification.
Q2: Why is the output voltage inverted in a common-emitter BJT amplifier?
The output voltage is inverted because it is derived by subtracting the voltage drop across the load resistance from the supply voltage. This inversion is a hallmark characteristic of common-emitter amplifiers. The inverted output voltage is essentially the input voltage shifted by the supply voltage, producing the opposite polarity relative to the input signal.
Q3: What does the voltage-transfer characteristic curve reveal about BJT amplifier performance?
The voltage-transfer characteristic curve shows how output collector voltage varies with input base voltage changes. The curve's steep slope in the active region indicates maximum gain, but this region also introduces nonlinearity to the output voltage. Understanding this curve helps engineers identify optimal operating points for amplification.
Q4: How does DC bias at the quiescent point enable linear amplification?
A base-emitter DC voltage bias is set at the quiescent point within the active region to establish stable, linear amplification. When a small, time-varying signal is applied on top of this DC bias, the BJT operates within a short, nearly linear segment of the characteristic curve, resulting in amplified output collector voltage with minimal distortion.
Q5: What is the relationship between load resistance and output voltage in BJT amplifiers?
The output voltage is determined by channeling the output current through a load resistor. The voltage drop across this load resistor is subtracted from the supply voltage to produce the final output. This relationship demonstrates how transconductance is converted into voltage amplification, making the load resistance critical for controlling gain.
Q6: How does a small time-varying signal achieve amplification around the quiescent point?
A small, time-varying signal is superimposed on the DC bias voltage at the quiescent point. The BJT then operates within a short, nearly linear segment of the characteristic curve, where the steep slope provides maximum gain. This configuration ensures the amplified output collector voltage maintains signal integrity while achieving significant amplification.
Q7: Why is the active region preferred for BJT amplifier operation?
The active region is preferred because it provides a steep slope on the voltage-transfer characteristic curve, enabling maximum gain. Although this region introduces some nonlinearity, proper DC biasing at the quiescent point allows the BJT to operate within a nearly linear segment, achieving stable amplification with minimal signal distortion.