Основні питання щодо транзисторного посилення

Чи може хтось пояснити, як транзистор може підсилити напругу чи струм? По-моєму, посилення означає - ви надсилаєте щось маленьке, воно виходить більшим. Скажімо, наприклад, я хочу посилити звукову хвилю. Я шепчу на підсилювач звуку, і виходить сказати, у 5 разів більший (залежно від коефіцієнта посилення)

Але коли я читаю про посилення транзисторних дій , усі текстові книги говорять, що оскільки невелика зміна базового струму ΔIb, але відповідно велика зміна струму випромінювача ΔIe, відбувається посилення. Але де посилення? Що посилюється, як я це визначив? Чи неправильне моє розуміння поняття посилення ? І як передається струм від зони низького опору до зони високого опору?

Я думаю, я зрозумів, як побудований транзистор і як течуть струми. Тож чи може хтось пояснити транзисторне посилення дії і чітко пов'язати його з тим, що я розумію про посилення.

Почну спочатку з визначення посилення. Найбільш загальним способом посилення є лише співвідношення між двома значеннями. Це не означає, що вихідне значення перевищує вхідне значення (хоча саме так воно найчастіше використовується). Також не важливо, чи велика чи поточна зміна велика чи мала.

Тепер перейдемо до деяких використаних загальних значень посилення:

Найважливіший (і той, про який йдеться у вашому питанні) - . Він визначається як , де I c - струм, що йде в колектор, а I b - струм в базу. Якщо трохи переставити формулу, отримаємо I c = β I b, що є найбільш часто використовуваною формулою. Через цю формулу деякі кажуть, що транзистор "посилює" базовий струм.$\beta$$\beta= \frac {I_c} {I_b}$$I_c$$I_b$$I_c=\beta I_b$

Тепер, як це стосується випромінювального струму? У нас також є формула Коли ми поєднуємо цю формулу з другою формулою, отримуємо β I b + I b + I e = 0 . З цього ми можемо отримати струм випромінювача як - I e = β I b + I b = I b ( β + 1 ) (зауважимо, що I $I_c+I_b+I_e=0$$\beta I_b + I_b + I_e=0$$-I_e=\beta I_b + I_b= I_b (\beta + 1)$$I_e$ струм йде в випромінювач, тому це негативно).

З цього видно, що, використовуючи як зручний інструмент для обчислень, ми можемо побачити залежність між струмом основи транзистора та випромінювальним струмом транзистора. Оскільки на практиці β знаходиться в діапазоні сотень до тисяч, ми можемо сказати, що "малий" базовий струм "посилюється" на "великий" струм колектора (що, в свою чергу, робить "великий" струм емітера). Зауважте, що я досі не говорив про жодні дельти. Це тому, що транзистор як елемент не вимагає зміни струму. Ви можете просто підключити базу до постійного постійного струму і транзистор буде добре працювати. Якщо потрібна зміна струму, це '$\beta$$\beta$

Існує також інше значення, яке також використовується, і це ім'я . Ось що це: α = I $\alpha$ . Коли ми це переставляємо, ми можемо побачити, щоIc=αIe. Тож- це значення, за допомогою якого посилюється струм випромінювача для отримання струму колектора. У цьому випадку посилення насправді дає менший вихід (хоча на практиціблизький до 1, щось на зразок 0,98 або вище), тому що, як ми знаємо, струм випромінювача, що виходить з транзистора, є сумою базового струму і колекторний струм, який йде в транзистор.$\alpha = \frac {I_c} {I_e}$$I_c= \alpha I_e$$\alpha$$\alpha$

Зараз я трохи поговорю про те, як транзистор підсилює напругу і струм. Секрет: це не так. Підсилювач напруги або струму робить! Сам підсилювач трохи складніший ланцюг, який використовує властивості транзистора. Він також має вузол введення та вихідний вузол. Підсилення напруги - це відношення напруги між цими вузлами . Підсилення струму - це відношення струмів між цими двома вузлами: . У нас також є посилення потужності, що є продуктом посилення струму та напруги. Зверніть увагу, що посилення може змінюватися залежно від вузлів, які ми вибрали для вхідного та вихідного вузла!$A_v = \frac {V_{out}}{V_{in}}$$A_i=\frac {I_{out}}{I_{in}}$

Є ще кілька цікавих значень, пов'язаних з транзисторами, які ви можете знайти тут

Отже, підсумовуючи це: у нас є транзистор, який щось робить. Для безпечного використання транзистора нам потрібно вміти представляти, що робить транзистор. Одним із способів представлення процесів, що відбуваються в транзисторі, є використання терміна "ампліфікація". Таким чином, використовуючи ампліфікацію, ми можемо уникати насправді розуміння того, що відбувається в транзисторі (якщо у вас є якісь уроки фізики напівпровідників, ви дізнаєтесь про це), і просто є кілька рівнянь, які будуть корисні для великої кількості практичних проблем.

Транзистор не посилюється. Уявіть, що звукові хвилі потрапляють на мікрофон: насправді відбувається те, що звуковий сигнал не переходить у мікрофон, але мікрофон видає сигнал, відповідний звуковому сигналу; Це не фактичний сигнал.

Пам’ятайте, що фактичні сигнали в реальному світі не можуть бути посилені або послаблені. Чи можете ви зловити звук чи будь-який інший сигнал у реальному світі? Ні. Вони такі, які є, ми можемо створити лише систему, яка може працювати на ефект реального світу; звукові хвилі потрапляють на мікрофон, легкі удари на об'єктив камери тощо.

Але якщо мова йде про випадок транзистора, ви застосовуєте вхідний сигнал до бази і отримуєте новий сигнал, відповідний вхідному сигналу з більшою амплітудою в колекторі. Майте на увазі, що це відбувається тому, що невелика зміна вхідної сторони буде відповідати великій зміні вихідної сторони, внаслідок зміни опору. Це лише ефект один до одного. Вихідний сигнал - це абсолютно новий сигнал амплітуди терки, а не власне сигнал.

Сигнал в даний час посилюється. Залежно від конструкції транзисторного підсилювача фактичний базовий струм може бути або не бути частиною вихідного струму. Не зациклюйтесь на визначенні посилення, яке вимагає, щоб кожен вхідний електрон збільшився, а потім перейшов до виходу ...

Принцип роботи BJT (Bipolar Junction Transistor), що робить його корисною справою, полягає в тому, що він підсилює струм . Вкиньте невеликий струм, вийдіть більший струм. Коефіцієнт посилення є важливим параметром транзистора, і називається . Транзистор загального призначення може мати h F E 100, наприклад, іноді вище. Силові транзистори повинні робити це менше, як 20-30. Тож якщо я вводять струм 1 мА в базу мого загального транзистора NPN, я отримаю 100 мА струму колектора. Це посилення, правда? Підсилення струму . $h_{FE}$$h_{FE}$

Як щодо посилення напруги? Ну, давайте додамо пару резисторів. Резистори дешеві, але якщо ви хочете заробити гроші, ви можете спробувати продати їх дорого, називаючи їх "перетворювачами напруги на струм" :-).

Ми додали базовий резистор, який спричинить базовий струм

$I_B = \dfrac{V_B - 0.7 V}{R_B}$

І ми знаємо, що струм колектора є коефіцієнтом h F E вище, значить $I_C$$h_{FE}$

$I_C = \dfrac{h_{FE} \cdot (V_B - 0.7 V)}{R_B}$

Резистори - це справді чудові речі, адже поряд з "перетворювачами напруги на струм" ви також використовуєте їх як "перетворювачі струму на напругу" ! (ми можемо стягувати плату за них навіть більше!) Через закон Ома:

$V_{RL} = R_L \cdot I_C$

$V_C = V_{CC} - V_{RL}$

ми отримуємо

$V_C = V_{CC} - R_L \cdot \dfrac{h_{FE} \cdot (V_B - 0.7 V)}{R_B}$

або

$V_C = - \dfrac{h_{FE} \cdot R_L}{R_B} \cdot V_B + \left(\dfrac{h_{FE} \cdot R_L}{R_B} \cdot 0.7 V + V_{CC}\right)$

The term between the brackets is a constant which we're not interested in at the moment. The first term shows that $V_C$ is $V_B$ multiplied by some factor depending on three constants. Let's use concrete values: 100 for $h_{FE}$, 10 kΩ for $R_B$ and 1 kΩ for $R_C$. Then (again ignoring the constant factor)

$V_C = - \dfrac{h_{FE} \cdot R_L}{R_B} \cdot V_B = - \dfrac{100 \cdot 1k\Omega}{10 k\Omega} \cdot V_B = - 10 \cdot V_B$

So the output voltage is 10 times the input voltage plus a constant bias. Looks like we can use the transistor for voltage amplification as well.

Amplifiy sound, and you're amplifying the energy-flow: the input watts of sound become larger output watts.

Note that an electrical transformer doesn't amplify. It can step up voltage, but it cant increase the watts.

Transistors (and any sort of valve or switch) can amplify. They do it by using a tiny wattage to control a power supply which can output a huge wattage. The large output comes from the power supply, while the input signal is valving the transistpr on and off.

If you have a giant hydraulic press, you can crush cars by touching a valve switch with your little finger. The valve amplified your finger motion to mash Chevys. But actually it was the hundreds-HP haudraulic supply which provided the increased wattage. With NPNs, same idea. Transistors are valves for flowing charge instead of flowing haudraulic fluid.

What is my understanding is that for a transistor to amplify you need to bias it properly. Forward biasing of BE junction makes it a conducting diode so input resistance is less. Reverse biasing CE junction makes it non conducting diode so output resistance is high. And if Ic is almost equal to Ie then the current causes a low voltage drop at input and large one at output. This is why its called an Amplifier.

With a transistor, you can achieve this: Give a small signal(ac) at input, and get a larger valued(higher amplitude) signal at output. But this is not all. You have to give DC supply at collector and base; emitter if required. This is called biasing the dc point. The rms power you get at the output will be less than the dc power you have supplied.

If you want to do analysis, there are two steps involved for any circuit.

1. DC analysis: don't consider any ac signal. Find out the values of all diode currents based on dc voltage at various nodes(Collector, base , emitter). This is done by using KVL along various loops.

2. AC model:
   This makes very clear: what we draw as a circuit v/s what elements are actually present inside. Going further, the diode has forward resistance. So the actual model will be like this:

From DC analysis, you must have found the value of Ie. According to diode theory, Re = (26mV/Ie). Our aim is to find Vout/Vin.
1. Vout will depend on Ic.
2. Ic will depend on Ib.
3. Ib will depend on Vin and Re.
4. Re we have found from DC analysis.

In AC analysis, we make all the DC supply to 0V. By looking at this, you can make out that the output signal will be an amplified one, right?

Note: This was just to give you an intuitive idea that amplification does take place. But whether you will get amplification or not depends on whether the transistor is in linear(amplifier), saturation or cut off(switch). Again, what will be amplified(current or voltage) depends on type of configuration. So that all comprises of 3-4 chapters of any standard book on analog theory.