טרנזיסטור כמגבר

הגדרת טרנזיסטור

טרנזיסטור מוגדר כמכשיר חצי מוליך עם שלושה קצוות (מפלט, בסיס וממקם) ושני מפגשים (בסיס-מפלט ובסיס-ממקם).

טרנזיסטור הוא מכשיר חצי מוליך עם שלושה קצוות: מפלט (E), בסיס (B) וממקם (C). יש לו שני מפגשים: בסיס-מפלט (BE) ובסיס-ממקם (BC). טרנזיסטורים פועלים בשלושה אזורים: כיבוי מלא (cutoff), פעיל (amplifying) וספיגה מלאה (saturation).

כאשר טרנזיסטורים פועלים באזור הפעיל, הם מתנהגים כמגדילים, מגדילים את עוצמת האות הקלט ללא שינוי משמעותי. התנהגות זו נובעת מהנדידה של נושאי מטען. рассмотрим npn טרנזיסטור משולב (BJT) שמתוכנן לפעול באזור הפעיל, כאשר המפגש BE מוטה קדימה והמפגש BC מוטה אחורה.

בטרנזיסטור npn, המפלט ממוקך מאוד, הבסיס ממוקך במעט, והממקם ממוקך באופן בינוני. הבסיס צר, בעוד שהמפלט רחב יותר, והממקם הוא הרחב ביותר.

המוטציה הקדמית בין קצות הבסיס למפלט גורמת לזרם בסיס קטן (IB) לזרום לאזור הבסיס. זרם זה בדרך כלל נמצא ברמה של מיקרואמפר (μA), מאחר ו-VBE הוא בדרך כלל בערך 0.6 V.

הליך זה יכול להיחשב כאלקטרונים שנעים מחוץ לאזור הבסיס או כחורים שנוזרים אליו. החורים הנוזרים משיכים אלקטרונים מהמפלט, מה שמביא לספיגה של חורים ואלקטרונים.

עם זאת, בשל המיקך השונה של הבסיס לעומת המפלט, יהיה מספר גדול יותר של אלקטרונים בהשוואה לחורים. לכן, גם לאחר תופעת הספיגה, יישארו הרבה יותר אלקטרונים חופשיים. אלקטרונים אלה עכשיו עוברים את אזור הבסיס הצר ונעים לעבר קצה הממקם תחת השפעת המוטציה שבין הממקם לבסיס.

זהו בעצם הזרם הממקם IC שנע לתוך הממקם. ניתן לראות כי על ידי שינוי הזרם הזורם לתוך אזור הבסיס (IB), ניתן לקבל שונות גדולה מאוד בזרם הממקם, IC. זהו בעצם מגבר זרם, שמוביל למסקנה שהטרנזיסטור npn הפועל באזור הפעיל פועל כגמגמ זרם. הגאינ הזמני יכול לבוא לידי ביטוי מתמטי כ-

כעת נתבונן בטרנזיסטור npn עם אות קלט המוחלט בין קצות הבסיס למפלט, בזמן שהקלט מתקבל על פני 저ומן העומס RC, המחובר בין הממקם לבסיס, כפי שמוצג בתמונה 2.

כעת נתבונן בטרנזיסטור npn עם אות קלט המוחלט בין קצות הבסיס למפלט, בזמן שהקלט מתקבל על פני 저ומן העומס RC, המחובר בין הממקם לבסיס, כפי שמוצג בתמונה 2.

יתכן להוסיף כי הטרנזיסטור תמיד מובטח לפעול באזור הפעיל באמצעות שימוש בספקים מתאימים, V EE ו-VBC. כאן שינוי קטן במתח הקלט Vin מראה שינוי משמעותי בזרם המפלט IE עקב ההתנגדות הנמוכה של מעגל הקלט (בגלל מצב המוטציה הקדמית).

זה בתורו משנה את הזרם הממקם כמעט באותו טווח בשל העובדה שהגודל של הזרם הבסיסי הוא די קטן עבור המקרה הנדון. השינוי הגדול ב-IC גורם לירידה גדולה במתח על פני 저ומן העומס RC, שהוא בעצם מתח הפלט.

לכן מקבלים גרסה מגברת של מתח הקלט בין קצות הפלט של המכשיר, מה שמוביל למסקנה שהמעגל פועל כגמגמ מתח. הביטוי המתמטי לגאינ המתח המשויך לתופעה זו נתון על ידי

אם כי ההסבר המסופק הוא עבור BJT npn, אנלוגיה דומה תקפה גם עבור pnp BJTs. על בסיס אותו גישה, ניתן להסביר את פעולה המגדילה של סוגי טרנזיסטורים אחרים כגון טרנזיסטור השדה (FET). בנוסף, יש לציין כי קיימות מספר שונות למעגל המגבר של טרנזיסטורים כמו

קבוצה ראשונה: תצורת בסיס/שער משותף, תצורת מפלט/מקור משותף, תצורת ממקם/מדרגה משותפת

קבוצה שנייה: מגברי כיתה A, מגברי כיתה B, מגברי כיתה C, מגברי כיתה AB

קבוצה שלישית: מגברי שלב יחיד, מגברי שלבים מרובים, וכדומה. עם זאת, העקרון הבסיסי של הפעולה נשאר אותו דבר.