Transistor comme amplificateur
Pour qu'un transistor agisse comme un amplificateur, il doit être correctement polarisé. Nous discuterons de la nécessité d'un biais approprié dans le prochain chapitre. Ici, concentrons-nous sur le fonctionnement d'un transistor en tant qu'amplificateur.
Amplificateur à transistor
Un transistor agit comme un amplificateur en augmentant la force d'un signal faible. La tension de polarisation CC appliquée à la jonction de base de l'émetteur, la fait rester dans un état polarisé en direct. Cette polarisation directe est maintenue quelle que soit la polarité du signal. La figure ci-dessous montre à quoi ressemble un transistor lorsqu'il est connecté en tant qu'amplificateur.
La faible résistance dans le circuit d'entrée permet à tout petit changement du signal d'entrée d'entraîner un changement appréciable de la sortie. Le courant d'émetteur provoquée par le signal d'entrée contribue le courant de collecteur, qui , lorsqu'il circule à travers la résistance de charge R L , se traduit par une chute de tension à ses bornes. Ainsi, une petite tension d'entrée se traduit par une tension de sortie élevée, ce qui montre que le transistor fonctionne comme un amplificateur.
Exemple
Supposons qu'il y ait un changement de 0,1 V dans la tension d'entrée appliquée, qui produit en outre un changement de 1 mA dans le courant de l'émetteur. Ce courant d'émetteur produira évidemment un changement de courant de collecteur, qui serait également de 1 mA.
Une résistance de charge de 5kΩ placée dans le collecteur produirait une tension de
5 kΩ × 1 mA = 5 V
Par conséquent, on observe qu'un changement de 0,1 V dans l'entrée donne un changement de 5 V dans la sortie, ce qui signifie que le niveau de tension du signal est amplifié.
Performance de l'amplificateur
Le mode de connexion émetteur commun étant majoritairement adopté, comprenons d'abord quelques termes importants en référence à ce mode de connexion.
Résistance d'entrée
Comme le circuit d'entrée est polarisé en direct, la résistance d'entrée sera faible. La résistance d'entrée est l'opposition offerte par la jonction base-émetteur au flux de signal.
Par définition, il s'agit du rapport entre la petite variation de la tension base-émetteur (ΔV BE ) et la variation résultante du courant de base (ΔI B ) à tension collecteur-émetteur constante.
Résistance d'entrée, $ R_i = \ frac {\ Delta V_ {BE}} {\ Delta I_B} $
Où R i = résistance d'entrée, V BE = tension base-émetteur et I B = courant de base.
Résistance de sortie
La résistance de sortie d'un amplificateur à transistor est très élevée. Le courant du collecteur change très légèrement avec le changement de tension collecteur-émetteur.
Par définition, il s'agit du rapport entre la variation de la tension collecteur-émetteur (ΔV CE ) et la variation résultante du courant de collecteur (ΔI C ) à courant de base constant.
Résistance de sortie = $ R_o = \ frac {\ Delta V_ {CE}} {\ Delta I_C} $
Où R o = résistance de sortie, V CE = tension collecteur-émetteur et I C = tension collecteur-émetteur.
Charge effective du collecteur
La charge est connectée au collecteur d'un transistor et pour un amplificateur à un étage, la tension de sortie est prélevée sur le collecteur du transistor et pour un amplificateur à plusieurs étages, celle-ci est collectée à partir d'un étage en cascade du circuit de transistor.
Par définition, il s'agit de la charge totale vue par le courant alternatif du collecteur. Dans le cas d'amplificateurs à un étage, la charge effective du collecteur est une combinaison parallèle de R C et R o .
Charge effective du collecteur, $ R_ {AC} = R_C // R_o $
$$ = \ frac {R_C \ times R_o} {R_C + R_o} = R_ {AC} $$
Par conséquent , pour un seul étage amplificateur, la charge effective est égale à la charge de collecteur R C .
Dans un amplificateur à plusieurs étages (c'est-à-dire ayant plus d'un étage d'amplification), la résistance d'entrée R i de l'étage suivant entre également en image.
La charge effective du capteur devient une combinaison parallèle de R C , R o et R i, c'est-à-dire,
Charge effective du collecteur, $ R_ {AC} = R_C // R_o // R_i $
$$ R_C // R_i = \ frac {R_C R_i} {R_C + R_i} $$
La résistance d'entrée R i étant assez petite, la charge effective est donc réduite.
Gain actuel
Le gain en termes de courant lorsque les changements des courants d'entrée et de sortie sont observés, est appelé Current gain. Par définition, c'est le rapport entre la variation du courant de collecteur (ΔI C ) et la variation du courant de base (ΔI B ).
Gain actuel, $ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} $
La valeur de β varie de 20 à 500. Le gain de courant indique que le courant d'entrée devient β fois dans le courant du collecteur.
Gain de tension
Le gain en termes de tension lorsque les changements des courants d'entrée et de sortie sont observés, est appelé Voltage gain. Par définition, c'est le rapport entre la variation de la tension de sortie (ΔV CE ) et la variation de la tension d'entrée (ΔV BE ).
Gain de tension, $ A_V = \ frac {\ Delta V_ {CE}} {\ Delta V_ {BE}} $
$$ = \ frac {Change \: in \: output \: current \ times effective \: load} {Change \: in \: input \: current \ times input \: resistance} $$
$$ = \ frac {\ Delta I_C \ times R_ {AC}} {\ Delta I_B \ times R_i} = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} \ times \ frac {R_ {AC}} {R_i} = \ beta \ times \ frac {R_ {AC}} {R_i} $$
Pour une seule étape, R AC = R C .
Cependant, pour Multi-étapes,
$$ R_ {AC} = \ frac {R_C \ times R_i} {R_C + R_i} $$
Où R i est la résistance d'entrée de l'étage suivant.
Gain de puissance
Le gain en termes de puissance lorsque les changements des courants d'entrée et de sortie sont observés, est appelé Power gain.
Par définition, il s'agit du rapport entre la puissance du signal de sortie et la puissance du signal d'entrée.
Gain de puissance, $ A_P = \ frac {(\ Delta I_C) ^ 2 \ times R_ {AC}} {(\ Delta I_B) ^ 2 \ times R_i} $
$$ = \ left (\ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} \ right) \ times \ frac {\ Delta I_C \ times R_ {AC}} {\ Delta I_B \ times R_i} $$
= Gain de courant × Gain de tension
Ce sont donc tous les termes importants qui désignent les performances des amplificateurs.