Domande di base sull'amplificazione dei transistor

Qualcuno può spiegare come un transistor può amplificare la tensione o la corrente? Secondo me, l'amplificazione significa: si invia qualcosa di piccolo, ne esce più grande. Ad esempio, voglio amplificare un'onda sonora. Sussurro a un amplificatore del suono, e ne risulta, 5 volte più grande (a seconda del fattore di amplificazione)

Ma quando leggo dell'azione di amplificazione del transistor , tutti i libri di testo affermano che dopo un piccolo cambiamento nella corrente di base ΔIb ma un corrispondente grande cambiamento nella corrente dell'emettitore ΔIe, c'è un'amplificazione. Ma dov'è l'amplificazione? Cosa viene amplificato come l'ho definito? La mia comprensione del termine amplificazione è sbagliata? E come viene trasferita la corrente da un'area a bassa resistenza a un'area ad alta resistenza?

Penso di aver capito come è costruito il transistor e come scorrono le correnti. Qualcuno può spiegare chiaramente l'azione di amplificazione del transistor e metterlo in relazione con ciò che ho capito sull'amplificazione.

Inizierò prima con la definizione di amplificazione. Nel modo più generale l'amplificazione è solo un rapporto tra due valori. Ciò non implica che il valore di output sia maggiore del valore di input (sebbene sia il modo più comunemente usato). Inoltre, non è importante se l'attuale modifica è grande o piccola.

Passiamo ora ad alcuni valori di amplificazione comuni utilizzati:

Il più importante (e quello di cui parla la tua domanda) è . È definito come , dove è la corrente che va nel collettore e è la corrente nella base. Se riordiniamo un po 'la formula, otterremo che è la formula più comunemente usata. A causa di quella formula, alcune persone dicono che il transistor "amplifica" la corrente di base.β = I $\beta$ IcIbIc=βI$\beta= \frac {I_c} {I_b}$$I_c$$I_b$$I_c=\beta I_b$

Ora, come si collega alla corrente dell'emettitore? Bene, abbiamo anche la formula Quando combiniamo quella formula con la seconda formula, otteniamo . Da ciò possiamo ottenere l'emettitore corrente come (nota che è attualmente in corso nell'emettitore, quindi è negativo).β I b + I b + I e = 0 - I e = β I b + I b = I b ( β + 1 ) I $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$

Da ciò puoi vedere che usando come strumento utile nei calcoli, possiamo vedere la relazione tra la corrente di base del transistor e la corrente di emettitore del transistor. Dato che in pratica è compreso tra centinaia e migliaia, possiamo dire che la "piccola" corrente di base è "amplificata" in corrente di collettore "grande" (che a sua volta rende corrente "grande" di emettitore). Nota che fino ad ora non ho parlato di delta. Questo perché il transistor come elemento non richiede corrente per cambiare. Puoi semplicemente collegare la base a una corrente continua costante e il transistor funzionerà bene. Se è necessario il cambio di corrente, è '$\beta$$\beta$

C'è anche un altro valore usato e il suo nome è . Ecco cos'è: . Quando lo riordiniamo, possiamo vedere che . Quindi è il valore con cui viene amplificata la corrente dell'emettitore al fine di produrre la corrente del collettore. In questo caso, l'amplificazione in realtà ci dà un output più piccolo (anche se in pratica è vicino a 1, qualcosa come 0.98 o superiore), perché come sappiamo, la corrente dell'emettitore che esce dal transistor è la somma della corrente di base e corrente del collettore che sta andando nel transistor.alfa = I $\alpha$$\alpha = \frac {I_c} {I_e}$$I_c= \alpha I_e$$\alpha$$\alpha$

Ora parlerò un po 'di come il transistor amplifichi la tensione e la corrente. Il segreto è: non lo fa. L'amplificatore di tensione o corrente fa! L'amplificatore stesso è un circuito un po 'più complesso che sfrutta le proprietà di un transistor. Ha anche un nodo di input e un nodo di output. L'amplificazione della tensione è il rapporto della tensione tra quei nodi . L'attuale amplificazione è il rapporto delle correnti tra questi due nodi: . Abbiamo anche l'amplificazione di potenza che è il prodotto dell'amplificazione di corrente e tensione. Si noti che l'amplificazione può cambiare a seconda dei nodi che abbiamo scelto di essere nodo di input e nodo di output!$A_v = \frac {V_{out}}{V_{in}}$$A_i=\frac {I_{out}}{I_{in}}$

Ci sono alcuni valori più interessanti relativi ai transistor che puoi trovare qui

Quindi, per riassumere: abbiamo un transistor che sta facendo qualcosa. Per utilizzare in modo sicuro il transistor, dobbiamo essere in grado di rappresentare ciò che sta facendo il transistor. Uno dei modi di rappresentare i processi che si verificano nel transistor è usare il termine "amplificazione". Quindi, usando l'amplificazione, possiamo evitare di capire effettivamente cosa sta succedendo nel transistor (se hai classi di fisica dei semiconduttori, lo imparerai lì) e abbiamo solo poche equazioni che saranno utili per un gran numero di problemi pratici.

Il transistor non amplifica. Immagina che le onde sonore colpiscano un microfono: ciò che accade in realtà è che il segnale sonoro non passa nel microfono, ma il microfono produce un segnale corrispondente al segnale sonoro; Non è il segnale reale.

Ricorda che i segnali attuali nel mondo reale non possono essere amplificati o attenuati. Riesci a catturare un suono o qualsiasi altro segnale del mondo reale? No. Sono come sono, possiamo solo creare un sistema in grado di funzionare sull'effetto del segnale del mondo reale; onde sonore colpite da un microfono, colpi di luce su un obiettivo fotografico ecc.

Ma quando si tratta del caso di un transistor, si applica un segnale di input alla base e si ottiene un nuovo segnale corrispondente al segnale di input con maggiore ampiezza nel collettore. Tieni presente che ciò accade perché una piccola modifica nel lato di ingresso corrisponderà a una grande modifica nel lato di uscita, a causa della variazione della resistenza. È solo un effetto uno a uno. Il segnale di uscita è totalmente un nuovo segnale di ampiezza maggiore, non il segnale reale.

Il segnale è in fase di amplificazione. A seconda del design dell'amplificatore a transistor, la corrente di base effettiva può essere o meno parte della corrente di uscita. Non rimanere bloccato su una definizione di amplificazione che richiede che ogni elettrone in ingresso si ingrandisca e poi passi all'uscita ...

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

Che ne dici di amplificazione di tensione? Bene, aggiungiamo un paio di resistori. I resistori sono economici, ma se vuoi fare soldi puoi provare a venderli costosi chiamandoli "convertitori tensione-corrente" :-).

Abbiamo aggiunto un resistore di base, che causerà una corrente di base di

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

$I_C$$h_{FE}$

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

I resistori sono davvero grandi cose, perché accanto ai "convertitori tensione-corrente" li usi anche come "convertitori corrente-tensione" ! (possiamo addebitare ancora di più per loro!) A causa della legge di Ohm:

$V_{RL} = R_L \cdot I_C$

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

noi abbiamo

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

o

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

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

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

Quindi la tensione di uscita è 10 volte la tensione di ingresso più una polarizzazione costante. Sembra che possiamo usare il transistor anche per l' amplificazione della tensione .

Amplifica il suono e stai amplificando il flusso di energia: i watt in ingresso del suono diventano watt in uscita più grandi.

Si noti che un trasformatore elettrico non amplifica. Può aumentare la tensione, ma non può aumentare i watt.

I transistor (e qualsiasi tipo di valvola o interruttore) possono amplificare. Lo fanno usando un piccolo wattaggio per controllare un alimentatore che può produrre un enorme wattaggio. La grande uscita proviene dall'alimentatore, mentre il segnale di ingresso attiva e disattiva il transistpr.

Se hai una pressa idraulica gigante, puoi schiacciare le auto toccando un interruttore della valvola con il mignolo. La valvola ha amplificato il movimento delle dita per schiacciare Chevys. Ma in realtà è stata la fornitura haudraulica di centinaia di HP che ha fornito la maggiore potenza. Con NPN, stessa idea. I transistor sono valvole per il flusso di carica anziché per il flusso di fluido idraulico.

Ciò che capisco è che, per amplificare un transistor, è necessario polarizzarlo correttamente. La polarizzazione diretta della giunzione BE lo rende un diodo conduttore, quindi la resistenza di ingresso è inferiore. La giunzione CE con polarizzazione inversa lo rende un diodo non conduttore, quindi la resistenza di uscita è elevata. E se Ic è quasi uguale a Ie, allora la corrente provoca una caduta di bassa tensione in ingresso e una grande in uscita. Ecco perché si chiama Amplificatore.

Con un transistor, è possibile ottenere questo risultato: dare un piccolo segnale (ac) all'ingresso e ottenere un segnale di maggiore valore (ampiezza maggiore) in uscita. Ma questo non è tutto. Devi fornire l'alimentazione DC al collettore e alla base; emettitore se necessario. Questo si chiama polarizzazione del punto DC. La potenza rms che otterrai in uscita sarà inferiore alla potenza cc che hai fornito.

Se vuoi fare un'analisi, ci sono due passaggi per ogni circuito.

1. Analisi CC: non considerare alcun segnale CA. Scopri i valori di tutte le correnti dei diodi in base alla tensione cc in vari nodi (collettore, base, emettitore). Questo viene fatto usando KVL lungo vari loop.

2. Modello AC: Questo rende molto chiaro: ciò che disegniamo come un circuito v / s quali elementi sono effettivamente presenti all'interno. Andando oltre, il diodo ha una resistenza in avanti. Quindi il modello attuale sarà così:
   

Dall'analisi DC, devi aver trovato il valore di Ie. Secondo la teoria dei diodi, Re = (26mV / Ie). Il nostro obiettivo è trovare Vout / Vin.
1. Vout dipenderà da Ic.
2. Ic dipenderà da Ib.
3. Ib dipenderà da Vin e Re.
4. Ri abbiamo trovato dall'analisi DC.

Nell'analisi CA, forniamo tutta l'alimentazione CC a 0 V. Guardando questo, puoi capire che il segnale di uscita sarà amplificato, giusto?

Nota: questo era solo per darti un'idea intuitiva che l'amplificazione ha luogo. Ma se otterrai l'amplificazione o meno dipende dal fatto che il transistor sia in lineare (amplificatore), saturazione o interruzione (interruttore). Ancora una volta, ciò che verrà amplificato (corrente o tensione) dipende dal tipo di configurazione. In modo che tutti comprendano 3-4 capitoli di qualsiasi libro standard sulla teoria analogica.