อะไรคือคุณลักษณะของทรานซิสเตอร์

คุณสมบัติของทรานซิสเตอร์คืออะไร?

คุณสมบัติของทรานซิสเตอร์กำหนดความสัมพันธ์ระหว่างกระแสและแรงดันในโครงสร้างต่างๆ ของทรานซิสเตอร์ โครงสร้างเหล่านี้คล้ายกับเครือข่ายสองพอร์ท และได้รับการวิเคราะห์ผ่านเส้นโค้งคุณลักษณะ แบ่งออกเป็นดังนี้:

คุณสมบัติทางเข้า (Input Characteristics): อธิบายถึงการเปลี่ยนแปลงของกระแสทางเข้าเมื่อมีการเปลี่ยนแปลงค่าแรงดันทางเข้า โดยให้แรงดันทางออกคงที่

คุณสมบัติทางออก (Output Characteristics): เป็นแผนภาพแสดงกระแสทางออกเทียบกับแรงดันทางออกโดยให้กระแสทางเข้าคงที่

คุณสมบัติการโอนกระแส (Current Transfer Characteristics): เส้นโค้งคุณลักษณะนี้แสดงการเปลี่ยนแปลงของกระแสทางออกตามกระแสทางเข้า โดยให้แรงดันทางออกคงที่

โครงสร้าง Common Base (CB) ของทรานซิสเตอร์

ในโครงสร้าง CB ขาฐานของทรานซิสเตอร์จะเป็นจุดเชื่อมต่อระหว่างขาทางเข้าและขาทางออก ดังแสดงในรูปที่ 1 โครงสร้างนี้มีอิมพีแดนซ์ทางเข้าต่ำ อิมพีแดนซ์ทางออกสูง กำลังขยายความต้านทานสูง และกำลังขยายแรงดันสูง

คุณสมบัติทางเข้าสำหรับโครงสร้าง CB ของทรานซิสเตอร์

คุณสมบัติทางเข้าสำหรับโครงสร้าง CB: รูปที่ 2 แสดงว่ากระแสจากขาเอ็มิตเตอร์ IE จะเปลี่ยนแปลงตามแรงดัน VBE ระหว่างขาเบสและเอ็มิตเตอร์ ในขณะที่แรงดัน VCB ระหว่างขาคอลเล็กเตอร์และเบสคงที่

นำไปสู่การคำนวณค่าความต้านทานทางเข้าดังนี้

คุณสมบัติทางออกสำหรับโครงสร้าง CB ของทรานซิสเตอร์

คุณสมบัติทางออกสำหรับโครงสร้าง CB: รูปที่ 3 แสดงการเปลี่ยนแปลงของกระแสคอลเล็กเตอร์ IC ตามแรงดัน VCB ขณะที่กระแสเอ็มิตเตอร์ IE คงที่ กราฟนี้ยังช่วยให้เราสามารถคำนวณความต้านทานทางออกได้

คุณสมบัติการโอนกระแสสำหรับโครงสร้าง CB ของทรานซิสเตอร์

คุณสมบัติการโอนกระแสสำหรับโครงสร้าง CB: รูปที่ 4 แสดงว่ากระแสคอลเล็กเตอร์ IC จะเปลี่ยนแปลงตามกระแสเอ็มิตเตอร์ IE ขณะที่แรงดัน VCB คงที่ ทำให้ได้ค่ากำลังขยายกระแสที่น้อยกว่า 1 ซึ่งสามารถแสดงทางคณิตศาสตร์ดังนี้

โครงสร้าง Common Collector (CC) ของทรานซิสเตอร์

โครงสร้างนี้มีขาคอลเล็กเตอร์ของทรานซิสเตอร์เป็นจุดเชื่อมต่อระหว่างขาทางเข้าและขาทางออก (ดังแสดงในรูปที่ 5) และเรียกว่าโครงสร้างตัวตาม (emitter follower) โครงสร้างนี้มีอิมพีแดนซ์ทางเข้าสูง อิมพีแดนซ์ทางออกต่ำ กำลังขยายแรงดันน้อยกว่า 1 และกำลังขยายกระแสสูง

คุณสมบัติทางเข้าสำหรับโครงสร้าง CC ของทรานซิสเตอร์

คุณสมบัติทางเข้าสำหรับโครงสร้าง CC: รูปที่ 6 แสดงว่ากระแสเบส IB จะเปลี่ยนแปลงตามแรงดัน VCB ระหว่างขาคอลเล็กเตอร์และเบส โดยให้แรงดัน VCE ระหว่างขาคอลเล็กเตอร์และเอ็มิตเตอร์คงที่

คุณสมบัติทางออกสำหรับโครงสร้าง CC ของทรานซิสเตอร์

รูปที่ 7 ด้านล่างแสดงคุณสมบัติทางออกสำหรับโครงสร้าง CC ซึ่งแสดงการเปลี่ยนแปลงของ IE ตามการเปลี่ยนแปลงของ VCE ขณะที่ IB คงที่

คุณสมบัติการโอนกระแสสำหรับโครงสร้าง CC ของทรานซิสเตอร์

คุณสมบัตินี้ของโครงสร้าง CC (รูปที่ 8) แสดงการเปลี่ยนแปลงของ IE ตาม IB ขณะที่ VCE คงที่

โครงสร้าง Common Emitter (CE) ของทรานซิสเตอร์

ในโครงสร้างนี้ ขาเอ็มิตเตอร์เป็นจุดเชื่อมต่อระหว่างขาทางเข้าและขาทางออก ดังแสดงในรูปที่ 9 โครงสร้างนี้มีอิมพีแดนซ์ทางเข้าระดับกลาง อิมพีแดนซ์ทางออกระดับกลาง กำลังขยายกระแสระดับกลาง และกำลังขยายแรงดันระดับกลาง

คุณสมบัติทางเข้าสำหรับโครงสร้าง CE ของทรานซิสเตอร์

รูปที่ 10 แสดงคุณสมบัติทางเข้าสำหรับโครงสร้าง CE ของทรานซิสเตอร์ ซึ่งแสดงการเปลี่ยนแปลงของ IB ตาม VBE ขณะที่ VCE คงที่

จากกราฟในรูปที่ 10 ด้านบน ความต้านทานทางเข้าของทรานซิสเตอร์สามารถคำนวณได้ดังนี้

คุณสมบัติทางออกสำหรับโครงสร้าง CE ของทรานซิสเตอร์

คุณสมบัติทางออกของโครงสร้าง CE (รูปที่ 11) ยังเรียกว่าคุณสมบัติคอลเล็กเตอร์ แผนภาพนี้แสดงการเปลี่ยนแปลงของ IC ตามการเปลี่ยนแปลงของ VCE ขณะที่ IB คงที่ จากกราฟที่แสดง ความต้านทานทางออกสามารถคำนวณได้ดังนี้:

คุณสมบัติการโอนกระแสสำหรับโครงสร้าง CE ของทรานซิสเตอร์

คุณสมบัตินี้ของโครงสร้าง CE แสดงการเปลี่ยนแปลงของ IC ตาม IB ขณะที่ VCE คงที่ สามารถแสดงทางคณิตศาสตร์ได้ดังนี้

อัตราส่วนนี้เรียกว่ากำลังขยายกระแส common-emitter และมักจะมากกว่า 1

สุดท้าย ควรทราบว่าแม้ว่าเส้นโค้งคุณลักษณะที่อธิบายไว้จะเป็นสำหรับ BJT แต่วิเคราะห์แบบเดียวกันก็สามารถใช้ได้กับ FET เช่นกัน