ทรานซิสเตอร์เป็นตัวขยายสัญญาณ

คำนิยามทรานซิสเตอร์

ทรานซิสเตอร์ถูกกำหนดให้เป็นอุปกรณ์กึ่งตัวนำที่มีสามขา (Emitter, Base, และ Collector) และสองจุดเชื่อมต่อ (Base-Emitter และ Base-Collector)

ทรานซิสเตอร์เป็นอุปกรณ์กึ่งตัวนำที่มีสามขา: Emitter (E), Base (B), และ Collector (C) มีสองจุดเชื่อมต่อ: Base-Emitter (BE) และ Base-Collector (BC) ทรานซิสเตอร์ทำงานในสามรูปแบบ: cutoff (ปิดสนิท), active (ขยายสัญญาณ), และ saturation (เปิดเต็มที่)

เมื่อทรานซิสเตอร์ทำงานในรูปแบบ active พวกมันจะทำหน้าที่เป็นแอมพลิฟายเออร์ เพิ่มความแรงของสัญญาณขาเข้าโดยไม่มีการเปลี่ยนแปลงอย่างมีนัยสำคัญ พฤติกรรมนี้เกิดจากขบวนการเคลื่อนที่ของพาหะประจุ ลองพิจารณาทรานซิสเตอร์ bipolar junction (BJT) แบบ npn ที่ได้รับการไบแอสเพื่อทำงานในรูปแบบ active ที่ BE junction ถูกไบแอสไปทางด้านหน้าและ BC junction ถูกไบแอสไปทางด้านหลัง

ในทรานซิสเตอร์ npn, emitter ถูกด๊อปมาก, base ถูกด๊อปน้อย, และ collector ถูกด๊อปปานกลาง base แคบ ในขณะที่ emitter กว้าง และ collector คือส่วนที่กว้างที่สุด

การไบแอสระหว่างขา base และ emitter ทำให้กระแสฐานเล็กๆ (IB) ไหลเข้าสู่บริเวณฐาน กระแสนี้มักจะอยู่ในช่วงไมโครแอมแปร์ (μA) เนื่องจาก VBE มักจะอยู่ที่ประมาณ 0.6 V

กระบวนการนี้สามารถมองว่าเป็นการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนออกจากบริเวณฐานหรือการฉีดโฮลเข้าไปในฐาน โฮลที่ถูกฉีดเข้าไปดึงดูดอิเล็กตรอนจาก emitter ทำให้เกิดการรวมตัวของโฮลและอิเล็กตรอน

แต่เนื่องจากฐานถูกด๊อปน้อยกว่า emitter จะมีอิเล็กตรอนมากกว่าโฮล ดังนั้นแม้จะมีการรวมตัวของโฮลและอิเล็กตรอน อิเล็กตรอนจำนวนมากยังคงอยู่อิสระ อิเล็กตรอนเหล่านี้จะผ่านบริเวณฐานที่แคบและเคลื่อนที่ไปยังขา collector ภายใต้อิทธิพลของไบแอสระหว่าง collector และ base

นี่คือกระแส collector IC ที่ไหลเข้าสู่ collector จากนี้จะเห็นว่าโดยการเปลี่ยนแปลงกระแสที่ไหลเข้าสู่ฐาน (IB) สามารถสร้างการเปลี่ยนแปลงที่ใหญ่มากในกระแส collector IC นี่คือการขยายกระแส ซึ่งนำไปสู่ข้อสรุปว่าทรานซิสเตอร์ npn ที่ทำงานในรูปแบบ active ทำหน้าที่เป็นแอมปลิฟายเออร์กระแส ค่า gain ของกระแสสามารถแสดงทางคณิตศาสตร์ได้ว่า-

ตอนนี้พิจารณาทรานซิสเตอร์ npn ที่มีสัญญาณขาเข้าถูกนำไปใช้ระหว่างขา base และ emitter ในขณะที่สัญญาณขาออกถูกเก็บจากตัวต้านทานโหลด RC ที่เชื่อมระหว่าง collector และ base ตามที่แสดงในภาพที่ 2

ตอนนี้พิจารณาทรานซิสเตอร์ npn ที่มีสัญญาณขาเข้าถูกนำไปใช้ระหว่างขา base และ emitter ในขณะที่สัญญาณขาออกถูกเก็บจากตัวต้านทานโหลด RC ที่เชื่อมระหว่าง collector และ base ตามที่แสดงในภาพที่ 2

ต้องทราบว่าทรานซิสเตอร์ถูกยืนยันให้ทำงานในรูปแบบ active โดยใช้แหล่งจ่ายไฟที่เหมาะสม V EE และ VBC ที่นี่ การเปลี่ยนแปลงเล็กๆ ของแรงดันขาเข้า Vin จะทำให้กระแส emitter IE เปลี่ยนแปลงอย่างมาก เนื่องจากรีซิสแทนซ์ของวงจรขาเข้าต่ำ (เนื่องจากการไบแอสไปทางด้านหน้า)

นี่ทำให้กระแส collector เปลี่ยนแปลงในช่วงเดียวกัน เนื่องจากขนาดของกระแสฐานน้อยสำหรับกรณีที่กำลังพิจารณา การเปลี่ยนแปลงใหญ่ของ IC ทำให้เกิดแรงดันตกคร่อมตัวต้านทานโหลด RC ซึ่งคือแรงดันขาออก

ดังนั้น ได้รับสัญญาณขาเข้าที่ถูกขยายที่ขาออกของอุปกรณ์ ซึ่งนำไปสู่ข้อสรุปว่าวงจรนี้ทำหน้าที่เป็นแอมพลิฟายเออร์แรงดัน สมการทางคณิตศาสตร์สำหรับค่า gain ของแรงดันที่เกี่ยวข้องกับปรากฏการณ์นี้คือ

แม้ว่าคำอธิบายที่ให้มาจะเป็นสำหรับ BJT แบบ npn แต่แนวคิดที่คล้ายคลึงกันยังคงใช้ได้สำหรับ BJT แบบ pnp เช่นกัน บนพื้นฐานเดียวกัน สามารถอธิบายการทำงานในการขยายสัญญาณของทรานซิสเตอร์ประเภทอื่น ๆ เช่น Field Effect Transistor (FET) นอกจากนี้ ควรทราบว่ามีการแปรผันมากมายในวงจรแอมพลิฟายเออร์ของทรานซิสเตอร์ เช่น

ชุดแรก: การกำหนดค่า Common Base/Gate, การกำหนดค่า Common Emitter/Source, การกำหนดค่า Common Collector/Drain

ชุดที่สอง: แอมพลิฟายเออร์ Class A, แอมพลิฟายเออร์ Class B, แอมพลิฟายเออร์ Class C, แอมพลิฟายเออร์ Class AB

ชุดที่สาม: แอมพลิฟายเออร์ขั้นเดียว, แอมพลิฟายเออร์หลายขั้น และอื่น ๆ แต่หลักการการทำงานพื้นฐานยังคงเหมือนเดิม