Làm thế nào để một bóng bán dẫn hoạt động như một bộ khuếch đại xem xét bảo tồn năng lượng?

Chúng ta đều biết năng lượng không thể được hình thành từ không có gì.

Vì vậy, làm thế nào để một bóng bán dẫn tiếp giáp lưỡng cực (BJT) - ví dụ - khuếch đại dòng cơ sở bằng beta và xuất nó thành dòng thu?

Bắt ở đâu? Có nơi nào khác đang mất năng lượng?

Dòng cơ sở trong một bóng bán dẫn điều khiển dòng thu. Năng lượng đến từ việc cung cấp năng lượng. Nó không được tạo ra trong bóng bán dẫn.

'Bắt' là một bóng bán dẫn chỉ kiểm soát dòng điện; nó không tự tạo ra sức mạnh. Nguồn điện sẽ đến từ một số phần khác của mạch điện, có lẽ từ công ty điện thông qua nguồn điện hoặc từ pin.

Bây giờ, một điểm có thể nhầm lẫn là các bóng bán dẫn có thể được biểu diễn dưới dạng các mạch tương đương có chứa cái gọi là "nguồn hiện tại". Điều này nghe có vẻ như có thể tạo ra sức mạnh, phải không? Chà, hóa ra một "nguồn" thực sự có thể tạo ra hoặc hấp thụ năng lượng, tùy thuộc vào mối quan hệ giữa dòng điện qua nó và điện áp trên nó. Điều chính mà "nguồn" làm là cố định dòng điện (trong trường hợp nguồn hiện tại) hoặc điện áp (trong trường hợp nguồn điện áp) thành một giá trị cụ thể. Ví dụ, pin lithium-ion hoạt động như một nguồn điện áp. Nếu bạn kết nối một điện trở qua các cực của pin, pin sẽ cung cấp dòng điện để giữ điện áp không đổi ít nhiều. Tuy nhiên, nếu bạn kết nối nguồn điện bên ngoài, pin sẽ bắt đầu được sạc,

Bây giờ, có một số 'mô hình' hoặc 'mạch tương đương' khác nhau của các loại bóng bán dẫn khác nhau, tất cả đều sử dụng các nguồn phụ thuộc theo một cách nào đó. Bí quyết là các mô hình này chỉ có hiệu lực trong các điều kiện hoạt động cụ thể, và hóa ra là không có bất kỳ điều kiện nào mà bóng bán dẫn sẽ tạo ra năng lượng. Đây không phải là một mẹo của toán học, lý do cho điều này là không có gì bên trong một bóng bán dẫn có khả năng tạo ra năng lượng; điều duy nhất một bóng bán dẫn có thể làm là tạo ra sự sụt giảm điện áp để chống lại dòng điện. Nó thường chỉ ra rằng các bóng bán dẫn cuối cùng tiêu tan rất nhiều năng lượng và cuối cùng cần phải được gắn trên các tản nhiệt lớn.

Một BJT thường được sử dụng làm bộ khuếch đại công suất và công suất thu được từ tín hiệu đầu ra đến từ nguồn điện DC mà nó sử dụng.

Tự điều chỉnh dòng điện có thể được thực hiện mà không cần khuếch đại công suất bằng máy biến áp, nhưng, nếu bạn muốn có một amp công suất (tức là sản phẩm của vôn và ampe tăng) thì bạn cần một nguồn năng lượng.

Năng lượng là thời gian năng lượng trung bình: $E = P \times t$. Năng lượng được bảo tồn. Vì sức mạnh chỉ là những khoảnh khắc tức thời của năng lượng, nên cũng có một thực tế là, nói chung, sức mạnh cũng được bảo tồn. Vì vậy, bạn sẽ thường thấy các câu như "power in phải bằng hoặc lớn hơn power out". Trung bình và trên quy mô thời gian và địa phương của con người, điều đó cũng khá đúng. Nhưng chính sự bảo tồn năng lượng thực sự thống trị vũ trụ như chúng ta hiểu.

Quyền lực, bản thân nó, mặc dù giống như một loại tiền. Mỗi đồng xu có hai mặt: điện áp và dòng điện. Công suất là sản phẩm của vôn lần hiện tại:$P = V \times I$. Lưu ý rằng cả hai không phải là thời gian. Vì vậy, không có hàm ý ở đây mà hiện tại ($I$) phải được bảo toàn, bởi vì điện áp ($V$) có thể được điều chỉnh. Cũng không có hàm ý rằng điện áp được bảo toàn, bởi vì dòng điện có thể được điều chỉnh. Trung bình những gì được bảo tồn là năng lượng và sức mạnh. Không phải điện áp và dòng điện.

Năng lượng trên mỗi đơn vị thời gian (năng lượng) đến từ nguồn cung cấp năng lượng. Năng lượng và năng lượng đó cung cấp nhiệt và các hoạt động điện và đầu dò và nó phải tuân theo các ý tưởng bảo tồn năng lượng cơ bản. Nhưng bóng bán dẫn BJT tiêu thụ một lượng nhỏ dòng điện "kết hợp lại" được cung cấp cho vùng phát xạ cơ sở để kích hoạt dòng điện cực lớn hơn. Điều còn thiếu ở đây là bất kỳ cuộc thảo luận nào về điện áp liên quan và phần còn lại của mạch, đặc biệt là bao gồm các nguồn năng lượng. Transitor BJT lấy từ các nguồn đó và các nguồn đó bị mất năng lượng vượt quá hiệu ứng cục bộ rất nhỏ của BJT như một phần nhỏ của hệ thống nguồn và mạch năng lượng lớn hơn nhiều.

Luật bảo tồn áp dụng cho hệ thống kín như một hộp đen. Nhưng sự gia tăng năng lượng nhỏ bé cục bộ là có thể, miễn là những sự gia tăng đó đến từ một nơi khác mà bạn đang bỏ qua. Giống như sự sống trên Trái đất có thể là tổ chức đến từ sự vô tổ chức và vi phạm luật entropy, thực tế là entropy của mặt trời tăng rất xa, nhiều hơn bất kỳ sự giảm entropy cục bộ nào được biểu thị bằng một dạng sống cô lập trên Trái đất. Bạn phải có một hệ thống hoàn chỉnh phù hợp khi áp dụng luật bảo tồn.

Có thể xem bộ khuếch đại như một mạch chuyển nguồn DC (từ nguồn cung cấp) thành nguồn tín hiệu - có sẵn ở đầu ra của bộ khuếch đại.

Có cái gọi là "bộ khuếch đại công suất", tuy nhiên - KHÔNG khuếch đại công suất. Nhưng nhiệm vụ chính của họ không phải là khuếch đại điện áp tín hiệu mà là CUNG CẤP công suất tín hiệu càng nhiều càng tốt ở đầu ra của nó. Và tỷ lệ công suất đầu ra-đầu vào là cái gọi là "hiệu quả".

Hãy xem xét một bóng bán dẫn NPN điển hình và xem xét hai đường dẫn điện qua nó: bộ thu tới bộ phát và cơ sở để bộ phát. Đây là những đường dẫn duy nhất mà dòng điện sẽ chạy qua khi thiết bị đang được sử dụng theo cách thông thường như một bộ khuếch đại.

Khi không có điện áp phân cực thuận (liên quan đến bộ phát) trên thiết bị đầu cuối cơ sở, không có dòng điện đáng kể nào chảy qua bất kỳ đường dẫn nào trong thiết bị.

Khi điện áp trên cực gốc (so với bộ phát) nằm trong dải phân cực thuận (phụ thuộc vào thông số cụ thể của thiết bị, nhưng có lẽ là 0,6V), một lượng nhỏ dòng điện chạy qua đế đến bộ phát. Điều này có tác dụng thay đổi khả năng mang dòng điện của thiết bị theo đường dẫn khác - từ bộ thu đến bộ phát. Một lượng nhỏ dòng điện chạy từ cơ sở đến bộ phát cho phép dòng điện lớn hơn nhiều để truyền từ bộ thu sang bộ phát. Dòng cơ sở-emitter không điều khiển dòng collector-emitter. Hãy nghĩ về nó giống như vận hành một van. Trong phạm vi phân cực thuận, những thay đổi nhỏ trong dòng phát cơ sở gây ra những thay đổi lớn trong khả năng mang dòng của đường dẫn bộ thu-phát. Vì vậy, chúng tôi có một bộ khuếch đại. Để chảy qua bộ thu, dòng điện vẫn phải được cung cấp bởi nguồn bên ngoài (pin, nguồn điện, v.v.

Khá nhiều thứ được mô tả như một bộ khuếch đại hoạt động theo cách tương tự, cho dù là điện hay thậm chí là cơ khí. Có một nguồn cung cấp năng lượng cung cấp năng lượng đầu ra, tín hiệu đầu vào và thiết bị khuếch đại chỉ đơn giản là điều khiển dòng điện qua thiết bị để đáp ứng với tín hiệu đầu vào. Không có luật bảo tồn cần phải bị vi phạm.