Τρανζίστορ ως Ενισχυτής

Ορισμός Τρανζίστορ

Ένα τρανζίστορ ορίζεται ως σημειωτής που διαθέτει τρεις θερμοκρικές (Εκτροπή, Βάση, και Συλλέκτης) και δύο συνδέσεις (Βάση-Εκτροπή και Βάση-Συλλέκτης).

Το τρανζίστορ είναι ένα σημειωτής με τρεις θερμοκρικές: Εκτροπή (E), Βάση (B), και Συλλέκτης (C). Διαθέτει δύο συνδέσεις: Βάση-Εκτροπή (BE) και Βάση-Συλλέκτης (BC). Τα τρανζίστορ λειτουργούν σε τρεις περιοχές: κόπη (εντελώς ανενεργό), ενεργό (ενισχυτή) και κυρίωση (εντελώς ενεργό).

Όταν τα τρανζίστορ λειτουργούν στην ενεργή περιοχή, λειτουργούν ως ενισχυτές, αυξάνοντας την ισχύ του εισερχόμενου σήματος χωρίς σημαντική αλλαγή. Αυτή η συμπεριφορά οφείλεται στην κίνηση των φορέων φορτίου. Θεωρήστε ένα npn διαπολικό συνδετικό τρανζίστορ (BJT) που είναι προσανατολισμένο να λειτουργεί στην ενεργή περιοχή, όπου η σύνδεση BE είναι προσανατολισμένη μπροστά και η σύνδεση BC είναι προσανατολισμένη πίσω.

Σε ένα npn τρανζίστορ, η εκτροπή είναι ευρέως δοπημένη, η βάση είναι ασθενώς δοπημένη, και ο συλλέκτης είναι μετριοπαθώς δοπημένος. Η βάση είναι στενή, ενώ η εκτροπή είναι ευρύτερη, και ο συλλέκτης είναι η ευρύτερη.

Η προσανατολισμένη μπροστά σύνδεση μεταξύ των θερμοκρικών βάσης και εκτροπής προκαλεί ένα μικρό ρεύμα βάσης (IB) να ρέει στην περιοχή της βάσης. Αυτό το ρεύμα είναι συνήθως στην τάξη των μικροαμπερ (μΑ), καθώς το VBE είναι συνήθως γύρω στα 0,6 V.

Αυτή η διαδικασία μπορεί να θεωρηθεί ως η μετακίνηση ηλεκτρονίων από την περιοχή της βάσης ή η εισαγωγή τρύπων σ' αυτή. Οι εισαχθέντες τρύποι προσελκύουν ηλεκτρόνια από την εκτροπή, οδηγώντας στην επανασύνθεση τρύπων και ηλεκτρονίων.

Ωστόσο, λόγω της μικρότερης δοπής της βάσης σε σύγκριση με την εκτροπή, θα υπάρχει μεγαλύτερος αριθμός ηλεκτρονίων σε σύγκριση με τρύπες. Έτσι, ακόμη και μετά την επανασύνθεση, θα παραμείνουν πολλά ελεύθερα ηλεκτρόνια. Αυτά τα ηλεκτρόνια τώρα διασχίζουν τη στενή περιοχή της βάσης και κινούνται προς την θερμοκρική του συλλέκτη επηρεαζόμενα από την προσανατολισμένη σύνδεση μεταξύ του συλλέκτη και της βάσης.

Αυτό συνιστά τίποτα άλλο από το ρεύμα συλλέκτη IC που ρέει προς τον συλλέκτη. Από αυτό, μπορεί να παρατηρηθεί ότι με τη μεταβολή του ρεύματος που ρέει στην περιοχή της βάσης (IB), μπορεί να προκύψει μια πολύ μεγάλη μεταβολή στο ρεύμα συλλέκτη, IC. Αυτό είναι τίποτα άλλο από την ενίσχυση του ρεύματος, η οποία οδηγεί στο συμπέρασμα ότι το npn τρανζίστορ που λειτουργεί στην ενεργή περιοχή λειτουργεί ως ενισχυτής ρεύματος. Η συναφής ενίσχυση ρεύματος μπορεί να εκφραστεί μαθηματικά ως-

Τώρα θεωρήστε το npn τρανζίστορ με το εισερχόμενο σήμα που εφαρμόζεται μεταξύ των θερμοκρικών βάσης και εκτροπής, ενώ το εξερχόμενο συλλέγεται στον φορτιστή RC, που είναι συνδεδεμένος μεταξύ του συλλέκτη και της βάσης, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2.

Τώρα θεωρήστε το npn τρανζίστορ με το εισερχόμενο σήμα που εφαρμόζεται μεταξύ των θερμοκρικών βάσης και εκτροπής, ενώ το εξερχόμενο συλλέγεται στον φορτιστή RC, που είναι συνδεδεμένος μεταξύ του συλλέκτη και της βάσης, όπως φαίνεται στο Σχήμα 2.

Επιπλέον, σημειώστε ότι το τρανζίστορ είναι πάντα βεβαίωση ότι λειτουργεί στην ενεργή περιοχή χρησιμοποιώντας κατάλληλες εφοδιασμού πίεσης, V EE-Business και VBC. Εδώ, μια μικρή αλλαγή στην εισερχόμενη πίεση Vin φαίνεται να αλλάζει σημαντικά το ρεύμα εκτροπής IE, καθώς η αντίσταση του εισερχόμενου κύκλου είναι χαμηλή (λόγω της προσανατολισμένης σύνδεσης μπροστά).

Αυτό, σε σειρά, αλλάζει το ρεύμα συλλέκτη σχεδόν στο ίδιο εύρος, λόγω του γεγονότος ότι η μέγεθος του ρεύματος της βάσης είναι αρκετά μικρό για την περίπτωση που εξετάζεται. Αυτή η μεγάλη αλλαγή στο IC προκαλεί μια μεγάλη πτώση πίεσης στον φορτιστή RC, η οποία είναι τίποτα άλλο από την εξερχόμενη πίεση.

Επομένως, παίρνει την ενισχυμένη έκδοση της εισερχόμενης πίεσης στα εξερχόμενα θερμοκρικά του συστήματος, οδηγώντας στο συμπέρασμα ότι ο κύκλος λειτουργεί ως ενισχυτής πίεσης. Η μαθηματική εκφώνηση για την ενίσχυση πίεσης που συνδέεται με αυτό το φαινόμενο είναι

Παρόλο που η εξήγηση παρέχεται για το npn BJT, παρόμοια αναλογία ισχύει και για pnp BJT. Με την ίδια λογική, μπορεί κανείς να εξηγήσει την ενισχυτική δράση άλλων ειδών τρανζίστορ, όπως το Field Effect Transistor (FET). Επιπλέον, πρέπει να σημειωθεί ότι υπάρχουν πολλές εκδοχές του ενισχυτικού κυκλώματος των τρανζίστορ, όπως

Πρώτη Σειρά: Διατύπωση Κοινής Βάσης/Πύλης, Διατύπωση Κοινής Εκτροπής/Πηγής, Διατύπωση Κοινού Συλλέκτη/Δραίνας

Δεύτερη Σειρά: Ενισχυτές Κλάσης A, Ενισχυτές Κλάσης B, Ενισχυτές Κλάσης C, Ενισχυτές Κλάσης AB

Τρίτη Σειρά: Μονοστάδιοι Ενισχυτές, Πολυστάδιοι Ενισχυτές, και ούτω καθεξής. Ωστόσο, η βασική αρχή λειτουργίας παραμένει η ίδια.