Транзистор як підсилювач

Визначення транзистора

Транзистор визначається як напівпровідниковий прилад з трьома контактами (Емітер, База, Колектор) і двома переходами (База-Емітер і База-Колектор).

Транзистор - це напівпровідниковий прилад з трьома контактами: Емітер (E), База (B) і Колектор (C). Він має два переходи: База-Емітер (BE) і База-Колектор (BC). Транзистори працюють у трьох діапазонах: виключення (повністю вимкнено), активний (підсилюючий) і насыщення (повністю увімкнено).

При роботі транзисторів у активному діапазоні вони діють як підсилювачі, збільшуючи силу вхідного сигналу без значних змін. Це поведінка пояснюється рухом носіїв заряду. Розглянемо npn біполярний транзистор (BJT), налаштований для роботи в активному діапазоні, де BE-перехід є прямо зміщеним, а BC-перехід - обернено зміщеним.

У npn транзисторі емітер сильно легований, база слабко легована, а колектор середньо легований. База вузька, емітер ширший, а колектор найширший.

Пряме зміщення між контактами бази і емітера спричиняє маленький базовий струм (IB), який протікає в базовий регіон. Цей струм зазвичай знаходиться в діапазоні мікроампер (μA), оскільки VBE зазвичай становить близько 0,6 В.

Цей процес можна розглядати як рух електронів з базового регіону або введення дірок у нього. Введені дірки притягують електрони з емітера, що призводить до рекомбінації дірок і електронів.

Однак, через меншу легуваність бази порівняно з емітером, буде більше електронів, ніж дірок. Тому, навіть після ефекту рекомбінації, залишиться багато вільних електронів. Ці електрони тепер перетинають вузький базовий регіон і рухаються до контакту колектора, під впливом зміщення, прикладеного між колектором і базою.

Це і є нічим іншим, як колекторний струм IC, що протікає до колектора. З цього можна зробити висновок, що, змінюючи струм, що протікає до базового регіону (IB), можна отримати велику варіацію колекторного струму, IC. Це і є підсилення струму, що призводить до висновку, що npn транзистор, що працює в своєму активному діапазоні, діє як струмовий підсилювач. Пов'язане підсилення струму можна математично виразити як-

Тепер розглянемо npn транзистор, до якого вхідний сигнал застосовується між його базою і емітером, а вихід збирається через резистор завантаження RC, підключений між колектором і базою, як показано на рисунку 2.

Тепер розглянемо npn транзистор, до якого вхідний сигнал застосовується між його базою і емітером, а вихід збирається через резистор завантаження RC, підключений між колектором і базою, як показано на рисунку 2.

Додатково зверніть увагу, що транзистор завжди забезпечується роботою в його активному діапазоні за допомогою відповідних напруг живлення, V EE і VBC. Тут невелика зміна вхідної напруги Vin відзначається значним зміненням струму емітера IE, оскільки опір вхідної схеми низький (через пряме зміщення).

Це, в свою чергу, змінює колекторний струм майже в тому ж діапазоні, оскільки величина базового струму досить мала для розглянутого випадку. Ця велика зміна IC призводить до великої напруги на резисторі завантаження RC, що є нічим іншим, як вихідною напругою.

Отже, одержуємо підсилену версію вхідної напруги на вихідних контактах пристрою, що призводить до висновку, що схема діє як напружній підсилювач. Математичний вираз для коефіцієнта підсилення напруги, пов'язаного з цим явищем, задається формулою

Хоча пояснення надано для npn BJT, подібна аналогія справедлива й для pnp BJT. На основі того ж, можна пояснити підсилюючу дію інших видів транзисторів, таких як полевий транзистор (FET). Додатково варто зазначити, що існує багато варіацій схем підсилювачів транзисторів, таких як

Перший набір: Спільна база/затвор, спільний емітер/джерело, спільний колектор/дрейн

Другий набір: Підсилювачі класу A, підсилювачі класу B, підсилювачі класу C, підсилювачі класу AB

Третій набір: Одноступінчасті підсилювачі, багатоступінчасті підсилювачі, тощо. Проте основний принцип роботи залишається таким самим.