Transistor như một bộ khuếch đại

Encyclopedia

Trường dữ liệu: Bách khoa toàn thư

China

Định nghĩa Transistor

Transistor được định nghĩa là thiết bị bán dẫn có ba cực (Emitter, Base và Collector) và hai kết nối (Base-Emitter và Base-Collector).

Transistor là thiết bị bán dẫn có ba cực: Emitter (E), Base (B) và Collector (C). Nó có hai kết nối: Base-Emitter (BE) và Base-Collector (BC). Transistors hoạt động trong ba vùng: cutoff (tắt hoàn toàn), active (phóng đại) và saturation (mở hoàn toàn).

Khi transistors hoạt động trong vùng active, chúng hoạt động như amplifiers, tăng cường sức mạnh của tín hiệu đầu vào mà không có sự thay đổi đáng kể. Hành vi này do sự di chuyển của các hạt mang điện. Xem xét một transistor npn bipolar junction (BJT) được điều chỉnh để hoạt động trong vùng active, nơi BE junction được forward bias và BC junction được reverse bias.

Trong transistor npn, emitter được pha tạp nặng, base được pha tạp nhẹ, và collector được pha tạp vừa phải. Base mỏng, trong khi emitter rộng hơn, và collector là rộng nhất.

Sự forward bias giữa các cực base và emitter gây ra dòng điện nhỏ IB chảy vào khu vực base. Dòng điện này thường nằm trong phạm vi microampere (μA), vì VBE thường khoảng 0.6 V.

Quá trình này có thể được xem như việc electron di chuyển ra khỏi khu vực base hoặc lỗ được tiêm vào nó. Các lỗ tiêm vào thu hút electron từ emitter, dẫn đến quá trình tái hợp của lỗ và electron.

Tuy nhiên, do base ít pha tạp hơn so với emitter, sẽ có nhiều electron hơn so với lỗ. Do đó, ngay cả sau khi có hiệu ứng tái hợp, vẫn còn rất nhiều electron tự do. Những electron này nay vượt qua khu vực base hẹp và di chuyển về phía cực collector dưới ảnh hưởng của bias được áp dụng giữa các cực collector và base.

Điều này tạo thành dòng điện IC chảy vào collector. Từ đây, có thể thấy rằng bằng cách thay đổi dòng điện chảy vào khu vực base (IB), ta có thể đạt được sự thay đổi lớn trong dòng điện collector, IC. Điều này chính là hiện tượng phóng đại dòng điện, dẫn đến kết luận rằng transistor npn hoạt động trong vùng active đóng vai trò như một bộ phóng đại dòng điện. Hệ số phóng đại dòng điện có thể được biểu diễn toán học như sau-

Bây giờ hãy xem xét transistor npn với tín hiệu đầu vào được áp dụng giữa các cực base và emitter, trong khi tín hiệu đầu ra được thu thập qua điện trở tải RC, được kết nối giữa các cực collector và base, như được hiển thị trong Hình 2.

Ngoài ra, cần lưu ý rằng transistor luôn được đảm bảo hoạt động trong vùng active của nó bằng cách sử dụng nguồn điện áp thích hợp, V EE và VBC. Ở đây, một sự thay đổi nhỏ trong điện áp đầu vào Vin được thấy thay đổi đáng kể dòng điện IE do độ kháng của mạch đầu vào thấp (do điều kiện forward bias).

Điều này làm thay đổi dòng điện collector gần như ở cùng mức do thực tế là dòng điện base rất nhỏ trong trường hợp đang xem xét. Sự thay đổi lớn trong IC gây ra sự sụt giảm điện áp lớn trên điện trở tải RC, điều này chính là điện áp đầu ra.

Do đó, ta nhận được phiên bản đã được phóng đại của điện áp đầu vào trên các cực đầu ra của thiết bị, dẫn đến kết luận rằng mạch hoạt động như một bộ phóng đại điện áp. Biểu thức toán học cho hệ số phóng đại điện áp liên quan đến hiện tượng này được đưa ra bởi

Mặc dù giải thích được cung cấp là cho BJT npn, nhưng sự tương đồng cũng đúng cho cả BJT pnp. Theo cùng những nguyên tắc, ta có thể giải thích hành động phóng đại của các loại transistor khác, ví dụ như Transistor Hiệu ứng Trường (FET). Ngoài ra, cần lưu ý rằng có nhiều biến thể đối với mạch phóng đại của transistor như