Tranzistor jako zesilovač

Definice tranzistoru

Tranzistor je definován jako polovodičové zařízení s třemi terminály (Emitter, Báz, a Kolektor) a dvěma přechody (Báz-Emitter a Báz-Kolektor).

Tranzistor je polovodičové zařízení s třemi terminály: Emitter (E), Báz (B) a Kolektor (C). Má dva přechody: Báz-Emitter (BE) a Báz-Kolektor (BC). Tranzistory fungují v třech oblastech: odstavení (plně vypnutý), aktivní (zvětšující) a nasycení (plně zapnutý).

Když tranzistory fungují v aktivní oblasti, působí jako zesilovače, zvyšují sílu vstupního signálu bez významné změny. Toto chování je způsobeno pohybem nosičů náboje. Uvažujme npn bipolární spojový tranzistor (BJT) polarizovaný k funkci v aktivní oblasti, kde přechod BE je vpřed polarizován a přechod BC je vzadu polarizován.

U npn tranzistoru je emitter silně dotován, báz slabě dotován a kolektor středně dotován. Báz je úzký, zatímco emitter je širší a kolektor nejširší.

Přední polarizace mezi terminály báz a emitter způsobuje, že malý bázový proud (IB) protéká do bázové oblasti. Tento proud je obvykle v rozmezí mikroampérů (μA), protože VBE je obvykle okolo 0,6 V.

Tento proces lze vnímat jako pohyb elektronů z bázové oblasti nebo vstřikování děr do ní. Vstřikované díry lákají elektrony z emitru, což vede ke kombinaci děr a elektronů.

Nicméně, kvůli menšímu dotování báze ve srovnání s emitrem, bude mít báz více elektronů než děr. Proto i po kombinačním efektu zůstanou volné mnohem více elektronů. Tyto elektrony nyní překonají úzkou bázovou oblast a pohybují se směrem k kolektoru pod vlivem polarizace mezi kolektorem a bází.

To nic jiného není než kolektorový proud IC, který teče do kolektoru. Z tohoto lze usoudit, že změnou proudu tekoucího do bázové oblasti (IB) lze dosáhnout velké změny kolektorového proudu, IC. To je nic jiného než zesílení proudu, což vede k závěru, že npn tranzistor pracující v aktivní oblasti působí jako proudivý zesilovač. Příslušné zesílení proudu lze matematicky vyjádřit jako-

Nyní uvažujme npn tranzistor s vstupním signálem aplikovaným mezi terminály báz a emitter, zatímco výstup je shromažďován napříč odporníkem zátěže RC, připojeným mezi kolektor a báz, jak je znázorněno na obrázku 2.

Nyní uvažujme npn tranzistor s vstupním signálem aplikovaným mezi terminály báz a emitter, zatímco výstup je shromažďován napříč odporníkem zátěže RC, připojeným mezi kolektor a báz, jak je znázorněno na obrázku 2.

Dále si všimněte, že tranzistor je vždy zajištěn k fungování v jeho aktivní oblasti použitím vhodných napěťových zdrojů, V EE a VBC. Zde malá změna vstupního napětí Vin způsobí výraznou změnu emiterového proudu IE, protože odpor vstupního obvodu je nízký (kvůli přední polarizaci).

To vede k změně kolektorového proudu téměř ve stejném rozsahu, protože magnituda bázového proudu je pro daný případ poměrně malá. Tato velká změna IC způsobí velký spád napětí napříč odporníkem zátěže RC, což je nic jiného než výstupní napětí.

Takto se získá zesílená verze vstupního napětí napříč výstupními terminály zařízení, což vede k závěru, že obvod působí jako napěťový zesilovač. Matematický výraz pro zesílení napětí spojený s tímto jevem je dáno vztahem

I když poskytnuté vysvětlení platí pro npn BJT, podobná analogie platí i pro pnp BJT. Na stejných základech lze vysvětlit zesilovací akci jiného typu tranzistoru, Field Effect Transistor (FET). Dále je třeba poznamenat, že existuje mnoho variant zesilovačového obvodu tranzistorů, jako jsou

První sada: Konfigurace s bází bránou, Konfigurace s emiterem zdrojem, Konfigurace s kolektorem drenem

Druhá sada: Zesilovače třídy A, Zesilovače třídy B, Zesilovače třídy C, Zesilovače třídy AB

Třetí sada: Jednostupňové zesilovače, Vícestupňové zesilovače atd. Nicméně základní princip fungování zůstává stejný.