Tranzystor jako wzmacniacz

Pole: Encyklopedia

China

Definicja tranzystora

Tranzystor to urządzenie półprzewodnikowe z trzema elektrodami (Emiter, Baza i Kolektor) i dwoma przegrodami (Baza-Emiter i Baza-Kolektor).

Tranzystor to urządzenie półprzewodnikowe z trzema elektrodami: Emitter (E), Baza (B) i Kolektor (C). Ma dwie przegrody: Baza-Emiter (BE) i Baza-Kolektor (BC). Tranzystory działają w trzech obszarach: zacięcie (całkowicie wyłączone), aktywny (wzmocnienie) i nasycenie (całkowicie włączone).

Gdy tranzystory działają w obszarze aktywnym, działają jako wzmacniacze, zwiększając moc sygnału wejściowego bez znacznej modyfikacji. To zachowanie wynika z ruchu nośników ładunku. Rozważmy bipolarny tranzystor z połączeniem warstwowym typu npn (BJT) nastawiony do działania w obszarze aktywnym, gdzie przegroda BE jest przewieziona naprzód, a przegroda BC jest przewieziona wstecz.

W tranzystorze typu npn emiter jest mocno domieszkowany, baza słabo domieszkowana, a kolektor umiarkowanie domieszkowany. Baza jest wąska, emiter szeroki, a kolektor najszerszy.

Przewiezienie przód między elektrodą bazową a emiterną powoduje, że mały prąd bazowy (IB) płynie do regionu bazy. Ten prąd zwykle mieści się w zakresie mikroamperów (μA), ponieważ VBE wynosi zazwyczaj około 0,6 V.

Ten proces można interpretować jako ruch elektronów z regionu bazy lub wprowadzanie dziur do niego. Wprowadzone dziury przyciągają elektrony z emitera, prowadząc do rekombinacji dziur i elektronów.

Jednak ze względu na mniejsze domieszkowanie bazy w porównaniu z emiterem, będzie więcej elektronów niż dziur. Zatem nawet po efekcie rekombinacji, pozostanie znacznie więcej wolnych elektronów. Te elektrony teraz przekraczają wąski region bazy i poruszają się w kierunku elektrody kolektorowej pod wpływem przewiezienia między kolektorem a bazą.

To stanowi nic innego jak prąd kolektorowy IC płynący do kolektora. Można zauważyć, że zmieniając prąd płynący do regionu bazy (IB), można uzyskać bardzo dużą zmianę prądu kolektorowego, IC. Jest to nic innego jak wzmocnienie prądu, co prowadzi do wniosku, że tranzystor typu npn działający w swoim obszarze aktywnym działa jako wzmacniacz prądowy. Powiązany zysk prądowy może być matematycznie wyrażony jako-

Rozważmy teraz tranzystor typu npn z sygnałem wejściowym podanym między jego elektrodą bazową a emiterem, podczas gdy sygnał wyjściowy jest zbierany przez rezystor obciążenia RC, podłączony między kolektor i bazę, jak pokazano na Rysunku 2.

Zauważmy, że tranzystor jest zawsze zapewniony działanie w swoim obszarze aktywnym poprzez użycie odpowiednich napięć zasilających, V EE i VBC. Tutaj małe zmiany napięcia wejściowego Vin są widoczne jako znaczne zmiany prądu emiternego IE, ponieważ opór obwodu wejściowego jest niski (ze względu na warunki przewiezienia naprzód).

Co z kolei powoduje zmianę prądu kolektorowego w tym samym zakresie, ponieważ wielkość prądu bazowego jest stosunkowo mała dla rozważanego przypadku. Ta duża zmiana IC powoduje duże spadki napięcia na rezystorze obciążenia RC, co jest niczym innym jak napięcie wyjściowe.

Dlatego otrzymujemy wzmocnioną wersję napięcia wejściowego na wyjściowych elektrodach urządzenia, co prowadzi do wniosku, że układ działa jak wzmacniacz napięciowy. Matematyczne wyrażenie dla zysku napięciowego związane z tym zjawiskiem jest dane przez

Pomimo że wyjaśnienie dotyczy tranzystora typu npn, podobna analogia jest prawdziwa również dla tranzystorów typu pnp. Na podstawie tych samych założeń można wyjaśnić działanie wzmacniające innych rodzajów tranzystorów, takich jak Transistor Efektu Pola (FET). Należy pamiętać, że istnieje wiele wariantów obwodów wzmacniających tranzystorów, takich jak