Các câu hỏi cơ bản về khuếch đại bóng bán dẫn

Bất cứ ai có thể giải thích làm thế nào một bóng bán dẫn có thể khuếch đại điện áp hoặc hiện tại? Theo tôi, khuếch đại có nghĩa là - Bạn gửi một cái gì đó nhỏ, nó đi ra lớn hơn. Nói ví dụ, tôi muốn khuếch đại một sóng âm thanh. Tôi thì thầm với một bộ khuếch đại âm thanh, và nó phát ra, lớn hơn gấp 5 lần (tùy thuộc vào hệ số khuếch đại)

Nhưng khi tôi đọc về hành động khuếch đại Transitor , tất cả các sách giáo khoa đều nói rằng vì một thay đổi nhỏ trong dòng cơ sở ΔIb nhưng có một thay đổi lớn tương ứng trong dòng Emitter ΔIe, có sự khuếch đại. Nhưng khuếch đại ở đâu? Điều gì đang được khuếch đại như tôi đã định nghĩa nó? Là sự hiểu biết của tôi về thuật ngữ khuếch đại sai? Và làm thế nào là hiện tại được chuyển từ một khu vực kháng chiến thấp đến một khu vực kháng chiến cao?

Tôi nghĩ rằng tôi đã hiểu cách thức bóng bán dẫn được xây dựng và dòng chảy. Vì vậy, bất cứ ai có thể giải thích rõ ràng hành động khuếch đại bóng bán dẫn & liên quan nó với những gì tôi hiểu về khuếch đại.

Tôi sẽ bắt đầu trước với định nghĩa khuếch đại. Nói chung, khuếch đại chỉ là tỷ lệ giữa hai giá trị. Điều đó không có nghĩa là giá trị đầu ra lớn hơn giá trị đầu vào (mặc dù đó là cách nó được sử dụng phổ biến nhất). Nó cũng không quan trọng nếu thay đổi hiện tại là lớn hay nhỏ.

Bây giờ hãy chuyển sang một số giá trị khuếch đại phổ biến được sử dụng:

Điều quan trọng nhất (và câu hỏi mà bạn nói đến) là . Nó được định nghĩa là , trong đó là dòng điện đi vào bộ thu và là dòng điện vào cơ sở. Nếu chúng ta sắp xếp lại công thức một chút, chúng ta sẽ nhận được , đây là công thức được sử dụng phổ biến nhất. Vì công thức đó, một số người nói rằng bóng bán dẫn "khuếch đại" dòng cơ sở.β = tôi $\beta$$\beta= \frac {I_c} {I_b}$$I_c$$I_b$$I_c=\beta I_b$

Bây giờ làm thế nào mà liên quan đến hiện tại phát? Vâng, chúng tôi cũng có công thức Khi chúng tôi kết hợp công thức đó với công thức thứ hai, chúng tôi nhận được . Từ đó, chúng ta có thể nhận được bộ phát hiện tại là (lưu ý rằng hiện đang đi vào bộ phát, vì vậy nó âm).$I_c+I_b+I_e=0$$\beta I_b + I_b + I_e=0$$-I_e=\beta I_b + I_b= I_b (\beta + 1)$$I_e$

Từ đó bạn có thể thấy rằng sử dụng như một công cụ tiện dụng trong tính toán, chúng ta có thể thấy mối quan hệ giữa dòng cơ sở của bóng bán dẫn và dòng phát của bóng bán dẫn. Vì trong thực tế, nằm trong phạm vi hàng trăm đến hàng nghìn, nên chúng ta có thể nói rằng dòng cơ sở "nhỏ" được "khuếch đại" thành dòng thu "lớn" (từ đó tạo ra dòng phát "lớn"). Lưu ý rằng tôi đã không nói về bất kỳ đồng bằng nào cho đến bây giờ. Đó là bởi vì bóng bán dẫn như một phần tử không yêu cầu dòng điện thay đổi. Bạn có thể chỉ cần kết nối cơ sở với một dòng điện một chiều không đổi và bóng bán dẫn sẽ hoạt động tốt. Nếu thay đổi trong hiện tại là bắt buộc, nó '$\beta$$\beta$

Có một giá trị khác cũng được sử dụng và tên của nó là . Đây là những gì: . Khi chúng ta sắp xếp lại nó, chúng ta có thể thấy rằng . Vì vậy, là giá trị mà dòng phát phát được khuếch đại để tạo ra dòng thu. Trong trường hợp này, sự khuếch đại thực sự mang lại cho chúng ta một đầu ra nhỏ hơn (mặc dù trong thực tế gần bằng 1, tương đương 0,98 hoặc cao hơn), bởi vì như chúng ta biết, dòng phát ra từ bóng bán dẫn là tổng của dòng cơ sở và collector hiện đang đi vào bóng bán dẫn.$\alpha$$\alpha = \frac {I_c} {I_e}$$I_c= \alpha I_e$$\alpha$$\alpha$

Bây giờ tôi sẽ nói một chút về cách bóng bán dẫn khuếch đại điện áp và dòng điện. Bí mật là: Không. Bộ khuếch đại điện áp hoặc hiện tại nào! Bộ khuếch đại là một mạch phức tạp hơn một chút, đó là khai thác các thuộc tính của một bóng bán dẫn. Nó cũng có nút đầu vào và nút đầu ra. Độ khuếch đại điện áp là tỷ lệ điện áp giữa các nút . Sự khuếch đại hiện tại là tỷ lệ của dòng điện giữa hai nút đó: . Chúng tôi cũng có khuếch đại công suất là sản phẩm của khuếch đại dòng điện và điện áp. Xin lưu ý rằng việc khuếch đại có thể thay đổi tùy thuộc vào các nút mà chúng tôi đã chọn là nút đầu vào và nút đầu ra! Ai=Iou$A_v = \frac {V_{out}}{V_{in}}$$A_i=\frac {I_{out}}{I_{in}}$

Có một vài giá trị thú vị hơn liên quan đến bóng bán dẫn mà bạn có thể tìm thấy ở đây

Vì vậy, để tóm tắt điều này: Chúng tôi có bóng bán dẫn đang làm gì đó. Để sử dụng bóng bán dẫn một cách an toàn, chúng ta cần có khả năng đại diện cho những gì bóng bán dẫn đang làm. Một trong những cách biểu diễn các quá trình xảy ra trong bóng bán dẫn là sử dụng thuật ngữ "khuếch đại". Vì vậy, bằng cách sử dụng khuếch đại, chúng ta có thể tránh thực sự hiểu những gì đang xảy ra trong bóng bán dẫn (nếu bạn có bất kỳ lớp vật lý bán dẫn nào, bạn sẽ học được điều đó) và chỉ có một vài phương trình sẽ hữu ích cho một số lượng lớn các vấn đề thực tế.

Transitor không khuếch đại. Tưởng tượng sóng âm thanh chạm vào micrô: điều thực sự xảy ra là tín hiệu âm thanh không truyền vào micrô, nhưng micrô tạo ra tín hiệu tương ứng với tín hiệu âm thanh; Nó không phải là tín hiệu thực tế.

Hãy nhớ rằng các tín hiệu thực tế trong thế giới thực không thể được khuếch đại hoặc suy giảm. Bạn có thể bắt được một âm thanh hoặc bất kỳ tín hiệu thế giới thực nào khác không? Không. Họ là như họ, chúng ta chỉ có thể tạo ra một hệ thống có thể hoạt động dựa trên hiệu ứng của tín hiệu thế giới thực; sóng âm thanh đập vào micro, ánh sáng chiếu vào ống kính máy ảnh, v.v.

Nhưng khi nói đến trường hợp của một bóng bán dẫn, bạn áp dụng tín hiệu đầu vào cho cơ sở và bạn có được tín hiệu mới tương ứng với tín hiệu đầu vào với biên độ lớn hơn trong bộ thu. Hãy nhớ rằng điều này xảy ra bởi vì một thay đổi nhỏ ở phía đầu vào sẽ tương ứng với một thay đổi lớn ở phía đầu ra, do sự thay đổi trong điện trở. Nó chỉ là một hiệu ứng 1-1. Tín hiệu đầu ra hoàn toàn là tín hiệu mới của biên độ vắt, không phải tín hiệu thực tế.

Các tín hiệu được khuếch đại. Tùy thuộc vào thiết kế của bộ khuếch đại bóng bán dẫn, dòng cơ sở thực tế có thể hoặc không phải là một phần của dòng đầu ra. Đừng gác máy với định nghĩa khuếch đại yêu cầu mọi electron đầu vào phải lớn hơn và sau đó chuyển sang đầu ra ...

$h_{FE}$$h_{FE}$

Làm thế nào về khuếch đại điện áp? Vâng, hãy thêm một vài điện trở. Điện trở rẻ, nhưng nếu bạn muốn kiếm tiền, bạn có thể cố gắng bán chúng đắt tiền bằng cách gọi chúng là "bộ chuyển đổi điện áp thành dòng điện" :-).

Chúng tôi đã thêm một điện trở cơ sở, sẽ gây ra một dòng cơ sở của

$I_B = \dfrac{V_B - 0.7 V}{R_B}$

$I_C$$h_{FE}$

$I_C = \dfrac{h_{FE} \cdot (V_B - 0.7 V)}{R_B}$

Điện trở là những thứ thực sự tuyệt vời, bởi vì bên cạnh "bộ biến đổi điện áp thành dòng điện", bạn cũng sử dụng chúng làm "bộ chuyển đổi dòng điện sang điện áp" ! (chúng tôi có thể tính phí nhiều hơn cho họ!) Do Luật Ohm:

$V_{RL} = R_L \cdot I_C$

$V_C = V_{CC} - V_{RL}$

chúng tôi nhận được

$V_C = V_{CC} - R_L \cdot \dfrac{h_{FE} \cdot (V_B - 0.7 V)}{R_B}$

hoặc là

$V_C = - \dfrac{h_{FE} \cdot R_L}{R_B} \cdot V_B + \left(\dfrac{h_{FE} \cdot R_L}{R_B} \cdot 0.7 V + V_{CC}\right)$

$V_C$$V_B$$h_{FE}$$R_B$$R_C$

$V_C = - \dfrac{h_{FE} \cdot R_L}{R_B} \cdot V_B = - \dfrac{100 \cdot 1k\Omega}{10 k\Omega} \cdot V_B = - 10 \cdot V_B$

Vì vậy, điện áp đầu ra là 10 lần điện áp đầu vào cộng với độ lệch không đổi. Có vẻ như chúng ta có thể sử dụng bóng bán dẫn để khuếch đại điện áp .

Âm thanh Amplifiy và bạn đang khuếch đại dòng năng lượng: các watt đầu vào của âm thanh trở thành các watt đầu ra lớn hơn.

Lưu ý rằng một biến áp điện không khuếch đại. Nó có thể tăng điện áp, nhưng nó không thể tăng watts.

Các bóng bán dẫn (và bất kỳ loại van hoặc công tắc) có thể khuếch đại. Họ làm điều đó bằng cách sử dụng một công suất nhỏ để kiểm soát nguồn cung cấp năng lượng có thể tạo ra công suất lớn. Đầu ra lớn đến từ nguồn điện, trong khi tín hiệu đầu vào đang định giá và tắt transistpr.

Nếu bạn có một máy ép thủy lực khổng lồ, bạn có thể nghiền nát ô tô bằng cách chạm vào công tắc van bằng ngón tay út. Van khuếch đại chuyển động ngón tay của bạn để nghiền nát Chevys. Nhưng thực ra, đó là nguồn cung cấp thủy lực hàng trăm HP cung cấp công suất tăng. Với NPN, cùng một ý tưởng. Các bóng bán dẫn là các van cho điện tích chảy thay vì chảy chất lỏng haud thủy.

Sự hiểu biết của tôi là gì để một bóng bán dẫn khuếch đại bạn cần phải thiên vị nó đúng cách. Xu hướng chuyển tiếp của đường giao nhau BE làm cho nó trở thành một diode dẫn điện nên điện trở đầu vào ít hơn. Ngã ba CE phân cực ngược làm cho nó không dẫn diode nên điện trở đầu ra cao. Và nếu Ic gần bằng Ie thì dòng điện gây ra sụt áp thấp ở đầu vào và lớn ở đầu ra. Đây là lý do tại sao nó được gọi là Bộ khuếch đại.

Với một bóng bán dẫn, bạn có thể đạt được điều này: Đưa ra tín hiệu nhỏ (ac) ở đầu vào và nhận tín hiệu có giá trị lớn hơn (biên độ cao hơn) ở đầu ra. Nhưng điều này không phải là tất cả. Bạn phải cung cấp DC tại collector và cơ sở; phát ra nếu có yêu cầu. Điều này được gọi là xu hướng điểm dc. Công suất rms bạn nhận được ở đầu ra sẽ nhỏ hơn công suất dc bạn đã cung cấp.

Nếu bạn muốn làm phân tích, có hai bước liên quan đến bất kỳ mạch nào.

1. Phân tích DC: không xem xét bất kỳ tín hiệu ac. Tìm ra các giá trị của tất cả các dòng diode dựa trên điện áp dc tại các nút khác nhau (Collector, base, emitter). Điều này được thực hiện bằng cách sử dụng KVL dọc theo các vòng khác nhau.

2. Mô hình AC: Điều này làm cho rất rõ ràng: những gì chúng ta vẽ như một mạch v / s những yếu tố thực sự có mặt bên trong. Đi xa hơn, các diode có sức đề kháng về phía trước. Vì vậy, mô hình thực tế sẽ như thế này:
   

Từ phân tích DC, bạn phải tìm thấy giá trị của Ie. Theo lý thuyết diode, Re = (26mV / Ie). Mục tiêu của chúng tôi là tìm Vout / Vin.
1. Vout sẽ phụ thuộc vào Ic.
2. Ic sẽ phụ thuộc vào Ib.
3. Ib sẽ phụ thuộc vào Vin và Re.
4. Re chúng tôi đã tìm thấy từ phân tích DC.

Trong phân tích AC, chúng tôi thực hiện tất cả các nguồn cung cấp DC đến 0V. Bằng cách nhìn vào điều này, bạn có thể nhận ra rằng tín hiệu đầu ra sẽ là tín hiệu khuếch đại, phải không?

Lưu ý: Điều này chỉ để cung cấp cho bạn một ý tưởng trực quan rằng việc khuếch đại diễn ra. Nhưng việc bạn có được khuếch đại hay không phụ thuộc vào việc bóng bán dẫn ở dạng tuyến tính (khuếch đại), bão hòa hay bị cắt (công tắc). Một lần nữa, những gì sẽ được khuếch đại (hiện tại hoặc điện áp) phụ thuộc vào loại cấu hình. Vì vậy, tất cả bao gồm 3-4 chương của bất kỳ cuốn sách tiêu chuẩn về lý thuyết tương tự.