Transistor som Forstærker
Transistor Definition
En transistor er defineret som et halvledercomponent med tre terminaler (Emitter, Base og Collector) og to junctions (Base-Emitter og Base-Collector).
En transistor er et halvledercomponent med tre terminaler: Emitter (E), Base (B) og Collector (C). Den har to junctions: Base-Emitter (BE) og Base-Collector (BC). Transistorer fungerer i tre regioner: cutoff (fuldstændig slukket), aktiv (forstærkende) og saturation (fuldstændig tændt).
Når transistorer fungerer i den aktive region, virker de som forstærkere, der øger styrken af inputsignalen uden betydelig ændring. Dette adfærd skyldes bevægelsen af ladningsbærere. Betragt en npn bipolar junction transistor (BJT) justeret til at fungere i den aktive region, hvor BE-junctionen er forward-biased og BC-junctionen er reverse-biased.
I en npn-transistor er emitteren kraftigt doped, basen let doped, og collectoren moderat doped. Basen er smal, mens emitteren er bredere, og collectoren er den bredeste.
Den forward-bias mellem base- og emitterterminalerne forårsager, at en lille basestrøm (IB) strømmer ind i baseregionen. Denne strøm ligger normalt i mikroampere (μA)-området, da VBE typisk er omkring 0,6 V.
Dette process kan ses som elektroner, der befinder sig ud af baseregionen, eller huller, der bliver indsprøjtet ind i den. De indsprøjtede huller tiltrækker elektroner fra emitteren, hvilket fører til recombination af huller og elektroner.
På grund af den mindre doping af basen i forhold til emitteren, vil der være flere elektroner sammenlignet med huller. Så selv efter recombination-effekten, vil der være mange flere frie elektroner. Disse elektroner krydser nu den smalle baseregion og bevæger sig mod collector-terminalen påvirket af bias'et mellem collector- og baseregionerne.
Dette udgør intet andet end collectorstrømmen IC, der strømmer ind i collectoren. Herfra kan det bemærkes, at ved at variere strømmen, der strømmer ind i baseregionen (IB), kan man opnå en meget stor variation i collectorstrømmen, IC. Dette er intet andet end strømforstærkning, hvilket fører til konklusionen, at en npn-transistor, der fungerer i sin aktive region, virker som en strømforstærker. Den associerede strømgenvinst kan matematisk udtrykkes som-
Nu betragt npn-transistor med inputsignal anvendt mellem dens base- og emitterterminaler, mens output samles over belastningsmodstanden RC, forbundet over collector- og baseterminalerne, som vist i figur 2.
Nu betragt npn-transistor med inputsignal anvendt mellem dens base- og emitterterminaler, mens output samles over belastningsmodstanden RC, forbundet over collector- og baseterminalerne, som vist i figur 2.
Yderligere bemærk, at transistor altid er sikret til at fungere i sin aktive region ved hjælp af passende spændingsforsyninger, V EE-Business og VBC. Her ses en lille ændring i inputspændingen Vin for at ændre emitterstrømmen IE mærkbart, da modstanden i inputkredsløbet er lav (på grund af forward-bias-forholdet).
Dette ændrer så collectorstrømmen næsten i samme omfang, da størrelsen af basestrømmen er ret lille for det givne tilfælde. Den store ændring i IC forårsager en stor spændningsfald over belastningsmodstanden RC, hvilket intet andet er end outputspændingen.
Dermed får man den forstærkede version af inputspændingen over outputterminalerne på enheden, hvilket fører til konklusionen, at kredsløbet virker som en spændingsforstærker. Matematisk udtryk for spændingsgenvinst, der er forbundet med dette fænomen, er givet ved
Selvom den givne forklaring er for npn BJT, gælder lignende analogi også for pnp BJTs. På samme grundlag kan man forklare forstærkningsvirksomheden af andre typer transistorer, som Felt Effekt Transistor (FET). Yderligere bør det bemærkes, at der findes mange variationer af forstærkerkredsløbet for transistorer som
Første sæt: Common Base/Gate Konfiguration, Common Emitter/Source Konfiguration, Common Collector/Drain Konfiguration
Andet sæt: Klasse A-forstærkere, Klasse B-forstærkere, Klasse C-forstærkere, Klasse AB-forstærkere
Tredje sæt: Enkelttrinsforstærkere, Flertinsforstærkere, og så videre. Dog forbliver den grundlæggende arbejdsmåde den samme.
