การเปลี่ยนแปลง Npn วิธีกำหนดโหมดการทำงานในทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ การทำงานของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ในโหมดต่างๆ

ทรานซิสเตอร์เป็นส่วนประกอบที่แพร่หลายและสำคัญในไมโครอิเล็กทรอนิกส์สมัยใหม่ จุดประสงค์ของมันนั้นง่าย: อนุญาตให้ใช้ สัญญาณอ่อนควบคุมได้แข็งแกร่งขึ้นมาก

โดยเฉพาะอย่างยิ่งสามารถใช้เป็น "แดมเปอร์" ที่ควบคุมได้: หากไม่มีสัญญาณที่ "เกต" จะปิดกั้นการไหลของกระแสและโดยการจ่ายไฟให้อนุญาต กล่าวอีกนัยหนึ่ง: นี่คือปุ่มที่กดไม่ได้ด้วยนิ้ว แต่ใช้แรงดันไฟฟ้า นี่เป็นแอปพลิเคชั่นที่พบบ่อยที่สุดในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ดิจิทัล

ทรานซิสเตอร์ทำงานอย่างไร?

ในตอนแรกมันถูกเรียกว่าไตรโอดสุญญากาศเวอร์ชันโซลิดสเตต แต่คำว่า "ทรานซิสเตอร์" ยังคงหลงเหลืออยู่ ทรานซิสเตอร์ประเภทนี้ประกอบด้วย เรารู้ว่าซิลิคอนและเจอร์เมเนียมเป็นตัวอย่างของเซมิคอนดักเตอร์ เหตุใดจึงเรียกว่าทรานซิสเตอร์ทางแยก? คำตอบอยู่ที่การก่อสร้าง ขณะนี้ในทรานซิสเตอร์ประเภทนี้ เซมิคอนดักเตอร์ประเภทหนึ่งถูกประกบอยู่ระหว่างเซมิคอนดักเตอร์ประเภทอื่น เราจะหารือเกี่ยวกับพวกเขาในภายหลัง

ลักษณะของทรานซิสเตอร์สองขั้วทางแยก

ในปัจจุบัน เมื่อมีทางแยกสองทางที่ทำจากเซมิคอนดักเตอร์ประเภทต่างๆ จะเรียกว่าทรานซิสเตอร์ทางแยก มันถูกเรียกว่าไบโพลาร์เพราะการนำไฟฟ้านั้นเกิดจากทั้งอิเล็กตรอนและรู

ลักษณะทั่วไปของตัวปล่อย

โหมดพื้นฐานทั่วไป โหมดทั่วไปอีซีแอลโหมดตัวสะสมทั่วไป - จากแผนภาพรูปด้านบน จะเห็นได้ว่าการเพิ่มแรงดันไฟฟ้าของตัวปล่อยจะช่วยลดอคติไปข้างหน้าที่ทางแยกของตัวปล่อย ซึ่งจะช่วยลดกระแสของตัวสะสม ซึ่งหมายความว่าแรงดันเอาต์พุตและแรงดันไฟฟ้าอินพุตอยู่ในเฟส

ทรานซิสเตอร์มีจำหน่ายในแพ็คเกจที่แตกต่างกัน: ทรานซิสเตอร์ตัวเดียวกันอาจมีรูปลักษณ์ที่แตกต่างไปจากเดิมอย่างสิ้นเชิง ในการสร้างต้นแบบ กรณีที่พบบ่อยที่สุดคือ:

TO-92 - กะทัดรัดสำหรับงานเบา

TO-220AB - กระจายความร้อนได้มากและดีสำหรับงานหนัก

การกำหนดบนไดอะแกรมยังแตกต่างกันไปขึ้นอยู่กับประเภทของทรานซิสเตอร์และมาตรฐานการกำหนดที่ใช้ในการรวบรวม แต่ไม่ว่ารูปแบบจะเปลี่ยนไปอย่างไร สัญลักษณ์ก็ยังคงเป็นที่จดจำได้

ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์

ทรานซิสเตอร์แบบสองขั้วทางแยก (BJT, ทรานซิสเตอร์ทางแยกแบบสองขั้ว) มีหน้าสัมผัสสามแบบ:

ตัวสะสม - ใช้ไฟฟ้าแรงสูงซึ่งคุณต้องการควบคุม

ฐาน - มีการจ่ายจำนวนเล็กน้อยผ่านมัน ปัจจุบันเพื่อปลดล็อคขนาดใหญ่ ฐานถูกต่อสายดินเพื่อปิดกั้น

ตัวส่ง - กระแสไหลผ่านจากตัวสะสมและฐานเมื่อทรานซิสเตอร์ "เปิด"

ทรานซิสเตอร์ทรานสิชันหน้าสัมผัสแบบจุด - เมื่อเปรียบเทียบทรานซิสเตอร์สองตัว ทรานซิสเตอร์แบบแยกจะถูกใช้มากกว่าทรานซิสเตอร์แบบจุด ทรานซิสเตอร์ทรานสิชันยังแบ่งได้เป็นสองประเภทเพิ่มเติม ซึ่งมีดังต่อไปนี้ สำหรับทรานซิสเตอร์ทรานสิตแต่ละตัวจะมีอิเล็กโทรดสามอิเล็กโทรด: ตัวปล่อยตัวสะสมและฐาน

แผนภาพการเชื่อมต่อพื้นฐาน

ขั้วต่อทั้งสามขั้วเป็นตัวรวบรวม ฐาน และตัวส่งสัญญาณ และทรานซิสเตอร์ใช้สำหรับการสลับและขยายสัญญาณ โดยทั่วไป เทอร์มินัลคอลเลกเตอร์จะเชื่อมต่อกับเทอร์มินัลบวก และตัวส่งกับแหล่งจ่ายไฟลบพร้อมตัวต้านทานในวงจรตัวส่งหรือวงจรคอลเลคเตอร์ การใช้คุณสมบัตินี้ ทรานซิสเตอร์สามารถทำงานได้ทั้งในการใช้งาน เช่น สวิตช์และเครื่องขยายเสียง

ลักษณะสำคัญของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์คือตัวบ่งชี้ สวัสดียังเป็นที่รู้จักกันในนามกำไร มันสะท้อนถึงจำนวนกระแสในส่วนตัวสะสม-ตัวปล่อยที่ทรานซิสเตอร์สามารถส่งผ่านได้มากเพียงใดโดยสัมพันธ์กับกระแสตัวปล่อยฐาน

ตัวอย่างเช่น ถ้า สวัสดี= 100 และ 0.1 mA ไหลผ่านฐาน จากนั้นทรานซิสเตอร์จะผ่านตัวเองได้สูงสุด 10 mA หากในกรณีนี้มีส่วนประกอบในส่วนกระแสสูงที่ใช้ เช่น 8 mA ก็จะได้รับ 8 mA และทรานซิสเตอร์จะมี "สำรอง" หากมีส่วนประกอบที่ดึงกระแสไฟ 20 mA ส่วนประกอบนั้นจะได้รับกระแสสูงสุดเพียง 10 mA เท่านั้น

นอกจากนี้ เอกสารสำหรับทรานซิสเตอร์แต่ละตัวยังระบุแรงดันไฟฟ้าและกระแสสูงสุดที่อนุญาตที่หน้าสัมผัส เกินค่าเหล่านี้นำไปสู่ความร้อนมากเกินไปและอายุการใช้งานลดลงและส่วนเกินที่รุนแรงอาจนำไปสู่การทำลายล้าง

NPN และ PNP

ทรานซิสเตอร์ที่อธิบายไว้ข้างต้นเรียกว่าทรานซิสเตอร์ NPN ที่ถูกเรียกอย่างนั้นเพราะมันประกอบด้วยซิลิคอนสามชั้นที่เชื่อมต่อกันตามลำดับ: ลบ-บวก-ลบ โดยที่ค่าลบคือโลหะผสมซิลิกอนที่มีตัวพาประจุลบมากเกินไป (n-doped) และค่าบวกคือโลหะผสมที่มีตัวพาประจุบวกมากเกินไป (p-doped)

NPN มีประสิทธิภาพมากกว่าและพบได้ทั่วไปในอุตสาหกรรม

เมื่อกำหนดทรานซิสเตอร์ PNP จะแตกต่างกันตามทิศทางของลูกศร ลูกศรจะชี้จาก P ถึง N เสมอ ทรานซิสเตอร์ PNP มีลักษณะ "กลับด้าน": กระแสไฟฟ้าจะไม่ถูกบล็อกเมื่อฐานต่อสายดินและถูกบล็อกเมื่อกระแสไหลผ่าน

ทรานซิสเตอร์สนามผล

ทรานซิสเตอร์สนามผล (FET, ทรานซิสเตอร์สนามผล) มีจุดประสงค์เดียวกัน แต่มีโครงสร้างภายในแตกต่างกัน ส่วนประกอบเฉพาะบางประเภทคือทรานซิสเตอร์ MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor) ช่วยให้คุณทำงานด้วยกำลังที่มากขึ้นในขนาดเดียวกัน และการควบคุม "แดมเปอร์" นั้นทำได้โดยเฉพาะ โดยใช้แรงดันไฟฟ้า: ไม่มีกระแสไหลผ่านเกต ไม่เหมือนทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์

ทรานซิสเตอร์สนามผลมีสามหน้าสัมผัส:

ท่อระบายน้ำ - ใช้ไฟฟ้าแรงสูงซึ่งคุณต้องการควบคุม

ประตู - ใช้แรงดันไฟฟ้าเพื่อให้กระแสไหล ประตูมีการต่อสายดินเพื่อป้องกันกระแสไฟ

แหล่งที่มา - กระแสไหลผ่านจากท่อระบายน้ำเมื่อทรานซิสเตอร์ "เปิด"

N-Channel และ P-Channel

โดยการเปรียบเทียบกับทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ ทรานซิสเตอร์สนามจะมีขั้วต่างกัน ทรานซิสเตอร์ N-Channel อธิบายไว้ข้างต้น เป็นเรื่องธรรมดาที่สุด

เมื่อกำหนด P-Channel จะแตกต่างไปในทิศทางของลูกศร และจะมีพฤติกรรม "กลับหัว" อีกครั้ง

การเชื่อมต่อทรานซิสเตอร์เพื่อขับเคลื่อนส่วนประกอบที่มีกำลังสูง

งานทั่วไปของไมโครคอนโทรลเลอร์คือการเปิดและปิดส่วนประกอบวงจรเฉพาะ ไมโครคอนโทรลเลอร์นั้นมักจะมีลักษณะการจัดการพลังงานที่พอประมาณ ดังนั้น Arduino ที่มีเอาต์พุต 5 V ต่อพินจึงสามารถทนกระแสไฟที่ 40 mA ได้ มอเตอร์อันทรงพลังหรือไฟ LED ที่สว่างเป็นพิเศษสามารถดึงพลังงานได้หลายร้อยมิลลิแอมป์ เมื่อเชื่อมต่อโหลดดังกล่าวโดยตรงชิปอาจล้มเหลวอย่างรวดเร็ว นอกจากนี้ สำหรับการทำงานของส่วนประกอบบางอย่าง จำเป็นต้องใช้แรงดันไฟฟ้าที่มากกว่า 5 V และ Arduino ไม่สามารถสร้างแรงดันไฟฟ้าเกิน 5 V จากพินเอาท์พุตดิจิทัลได้

แต่ควบคุมทรานซิสเตอร์ได้ง่ายพอที่จะควบคุมกระแสไฟขนาดใหญ่ได้ สมมติว่าเราต้องเชื่อมต่อกันเป็นเวลานาน แถบ LEDซึ่งต้องใช้ไฟ 12 V และยังกินไฟ 100 mA:

ตอนนี้เมื่อเอาต์พุตถูกตั้งค่าเป็นโลจิคัล (สูง) 5 V ที่เข้าสู่ฐานจะเปิดทรานซิสเตอร์และกระแสจะไหลผ่านเทป - มันจะเรืองแสง เมื่อเอาต์พุตถูกตั้งค่าเป็นศูนย์ลอจิก (ต่ำ) ฐานจะถูกต่อสายดินผ่านไมโครคอนโทรลเลอร์และการไหลของกระแสจะถูกบล็อก

ให้ความสนใจกับตัวต้านทานจำกัดกระแส ร- มีความจำเป็นต้องป้องกันการก่อตัวของ ไฟฟ้าลัดวงจรตามเส้นทางไมโครคอนโทรลเลอร์ - ทรานซิสเตอร์ - กราวด์ สิ่งสำคัญคือต้องไม่เกินกระแสที่อนุญาตผ่านหน้าสัมผัส Arduino ที่ 40 mA ดังนั้นคุณต้องใช้ตัวต้านทานที่มีค่าอย่างน้อย:

ที่นี่ อุดร- นี่คือแรงดันตกคร่อมตัวทรานซิสเตอร์เอง ขึ้นอยู่กับวัสดุที่ใช้ทำและโดยปกติจะเป็น 0.3 – 0.6 V.

แต่ไม่จำเป็นอย่างยิ่งที่จะต้องรักษากระแสให้อยู่ในขีด จำกัด ที่อนุญาต จำเป็นเท่านั้นที่การเพิ่มของทรานซิสเตอร์ช่วยให้คุณควบคุมกระแสที่ต้องการได้ ในกรณีของเราคือ 100 mA ยอมรับได้สำหรับทรานซิสเตอร์ที่ใช้ สวัสดี= 100 ดังนั้นกระแสควบคุม 1 mA ก็เพียงพอสำหรับเรา

ตัวต้านทานที่มีค่าตั้งแต่ 118 โอห์มถึง 4.7 kOhm เหมาะสำหรับเรา เพื่อการทำงานที่มั่นคงด้านหนึ่งและ โหลดเบาสำหรับชิปอีกด้านหนึ่ง 2.2 kOhm เป็นตัวเลือกที่ดี

หากคุณใช้ทรานซิสเตอร์สนามแม่เหล็กแทนทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ คุณสามารถทำได้โดยไม่ต้องใช้ตัวต้านทาน:

นี่เป็นเพราะความจริงที่ว่าเกตในทรานซิสเตอร์ดังกล่าวถูกควบคุมโดยแรงดันไฟฟ้าเพียงอย่างเดียว: ไม่มีกระแสไฟฟ้าในส่วนไมโครคอนโทรลเลอร์ - เกต - แหล่งที่มา และด้วยคุณลักษณะที่สูง วงจรที่ใช้ MOSFET จึงช่วยให้คุณควบคุมส่วนประกอบที่ทรงพลังมากได้

ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์

ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์- อุปกรณ์เซมิคอนดักเตอร์อิเล็กทรอนิกส์ซึ่งเป็นทรานซิสเตอร์ชนิดหนึ่งที่ออกแบบมาเพื่อขยาย สร้าง และแปลงสัญญาณไฟฟ้า ทรานซิสเตอร์มีชื่อว่า ไบโพลาร์เนื่องจากผู้ให้บริการชาร์จสองประเภทมีส่วนร่วมในการทำงานของอุปกรณ์พร้อมกัน - อิเล็กตรอนและ หลุม- นี่คือความแตกต่างจากนี้ ขั้วเดียว(เอฟเฟกต์ภาคสนาม) ทรานซิสเตอร์ ซึ่งมีพาหะประจุเพียงชนิดเดียวเท่านั้นที่เกี่ยวข้อง

หลักการทำงานของทรานซิสเตอร์ทั้งสองประเภทนั้นคล้ายคลึงกับการทำงานของก๊อกน้ำที่ควบคุมการไหลของน้ำมีเพียงอิเล็กตรอนที่ไหลผ่านทรานซิสเตอร์เท่านั้น ในทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ กระแสสองกระแสไหลผ่านอุปกรณ์ - กระแสหลัก "ใหญ่" และกระแสควบคุม "เล็ก" กำลังไฟฟ้ากระแสหลักขึ้นอยู่กับกำลังควบคุม ด้วยทรานซิสเตอร์แบบเอฟเฟกต์สนามจะมีกระแสไฟฟ้าเพียงกระแสเดียวที่ไหลผ่านอุปกรณ์ซึ่งกำลังขึ้นอยู่กับสนามแม่เหล็กไฟฟ้า ในบทความนี้เราจะมาดูการทำงานของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ให้ละเอียดยิ่งขึ้น

การออกแบบทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์

ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ประกอบด้วยชั้นเซมิคอนดักเตอร์สามชั้นและจุดเชื่อมต่อ PN สองจุด มี PNP และ ทรานซิสเตอร์ชนิด NPNตามประเภทของการสลับ การนำไฟฟ้าของรูและอิเล็กตรอน- เหมือนสองเลย ไดโอดเชื่อมต่อแบบเห็นหน้าหรือในทางกลับกัน

ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์มีหน้าสัมผัสสามจุด (อิเล็กโทรด) เรียกว่าหน้าสัมผัสที่ออกมาจากชั้นกลาง ฐาน.ขั้วไฟฟ้าสุดขั้วเรียกว่า นักสะสมและ ตัวส่ง (นักสะสมและ ตัวส่ง- ชั้นฐานมีความบางมากเมื่อเทียบกับตัวสะสมและตัวปล่อย นอกจากนี้ บริเวณเซมิคอนดักเตอร์ที่ขอบของทรานซิสเตอร์จะไม่สมมาตร ชั้นเซมิคอนดักเตอร์ที่ฝั่งคอลเลกเตอร์จะหนากว่าฝั่งตัวปล่อยเล็กน้อย นี่เป็นสิ่งจำเป็นเพื่อให้ทรานซิสเตอร์ทำงานได้อย่างถูกต้อง

การทำงานของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์

ลองพิจารณากระบวนการทางกายภาพที่เกิดขึ้นระหว่างการทำงานของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ ลองใช้โมเดล NPN เป็นตัวอย่าง หลักการทำงานของทรานซิสเตอร์ PNP นั้นคล้ายคลึงกันเฉพาะขั้วของแรงดันไฟฟ้าระหว่างตัวสะสมและตัวปล่อยเท่านั้นที่จะตรงกันข้าม

ดังที่ได้กล่าวไปแล้วใน บทความเรื่องประเภทของการนำไฟฟ้าในสารกึ่งตัวนำในสารประเภท P จะมีไอออนที่มีประจุบวก - รู สารชนิด N อิ่มตัวด้วยอิเล็กตรอนที่มีประจุลบ ในทรานซิสเตอร์ ความเข้มข้นของอิเล็กตรอนในบริเวณ N จะสูงกว่าความเข้มข้นของรูในบริเวณ P อย่างมีนัยสำคัญ

มาเชื่อมต่อแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าระหว่างตัวสะสมและตัวปล่อย V CE (V CE) ภายใต้การกระทำของมัน อิเล็กตรอนจากส่วน N บนจะเริ่มถูกดึงดูดไปยังเครื่องหมายบวกและรวมตัวกันใกล้กับตัวสะสม อย่างไรก็ตามกระแสไฟฟ้าจะไม่สามารถไหลได้เนื่องจากสนามไฟฟ้าของแหล่งจ่ายแรงดันไฟฟ้าไปไม่ถึงตัวปล่อย สิ่งนี้ถูกป้องกันโดยชั้นหนาของเซมิคอนดักเตอร์แบบสะสมบวกกับชั้นของเซมิคอนดักเตอร์ฐาน

ทีนี้มาเชื่อมต่อแรงดันไฟฟ้าระหว่างฐานและตัวปล่อย V BE แต่ต่ำกว่า V CE อย่างมาก (สำหรับทรานซิสเตอร์ซิลิคอน ขั้นต่ำที่ต้องการ V BE คือ 0.6V) เนื่องจากชั้น P มีความบางมาก และมีแหล่งกำเนิดแรงดันไฟฟ้าเชื่อมต่อกับฐาน จึงจะสามารถ "เข้าถึง" ด้วยสนามไฟฟ้าบริเวณ N ของตัวปล่อย ภายใต้อิทธิพลของมัน อิเล็กตรอนจะถูกส่งไปยังฐาน บางส่วนจะเริ่มเติมรูที่อยู่ตรงนั้น (รวมใหม่) อีกส่วนจะไม่พบรูว่างเนื่องจากความเข้มข้นของรูในฐานจะต่ำกว่าความเข้มข้นของอิเล็กตรอนในตัวปล่อยมาก

เป็นผลให้ชั้นกลางของฐานอุดมด้วยอิเล็กตรอนอิสระ ส่วนใหญ่จะไปทางตัวสะสมเนื่องจากแรงดันไฟฟ้านั้นสูงกว่ามาก นอกจากนี้ยังอำนวยความสะดวกด้วยความหนาที่น้อยมากของชั้นกลาง อิเล็กตรอนบางส่วน แม้จะเล็กกว่ามาก แต่ก็ยังไหลไปทางด้านบวกของฐาน

เป็นผลให้เราได้รับกระแสสองกระแส: กระแสเล็ก - จากฐานถึงตัวปล่อย I BE และกระแสใหญ่ - จากตัวสะสมไปยังตัวปล่อย I CE

หากคุณเพิ่มแรงดันไฟฟ้าที่ฐาน อิเล็กตรอนก็จะสะสมอยู่ในชั้น P มากขึ้น เป็นผลให้กระแสฐานจะเพิ่มขึ้นเล็กน้อยและกระแสสะสมจะเพิ่มขึ้นอย่างมาก ดังนั้น, โดยมีการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยในกระแสฐาน I บี กระแสสะสมฉันเปลี่ยนแปลงอย่างมาก กับ- นั่นคือสิ่งที่เกิดขึ้น การขยายสัญญาณในทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์- อัตราส่วนของกระแสสะสม I C ต่อกระแสฐาน I B เรียกว่าอัตราขยายปัจจุบัน กำหนด β , สวัสดีหรือ h21eขึ้นอยู่กับลักษณะเฉพาะของการคำนวณที่ทำกับทรานซิสเตอร์

แอมพลิฟายเออร์ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ที่ง่ายที่สุด

ให้เราพิจารณารายละเอียดเพิ่มเติมเกี่ยวกับหลักการของการขยายสัญญาณในระนาบไฟฟ้าโดยใช้ตัวอย่างของวงจร ขอจองล่วงหน้าว่าโครงการนี้ไม่ถูกต้องทั้งหมด ไม่มีใครเชื่อมต่อแหล่งจ่ายแรงดันไฟ DC เข้ากับแหล่งจ่ายไฟ AC โดยตรง แต่ในกรณีนี้ จะง่ายกว่าและชัดเจนกว่าในการทำความเข้าใจกลไกการขยายสัญญาณโดยใช้ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ นอกจากนี้ เทคนิคการคำนวณในตัวอย่างด้านล่างยังค่อนข้างง่ายอีกด้วย

1.คำอธิบายองค์ประกอบหลักของวงจร

สมมติว่าเรามีทรานซิสเตอร์ที่มีอัตราขยาย 200 (β = 200) ในด้านตัวสะสมเราจะเชื่อมต่อแหล่งพลังงาน 20V ที่ค่อนข้างทรงพลังเนื่องจากพลังงานที่จะเกิดการขยาย จากฐานของทรานซิสเตอร์เราเชื่อมต่อแหล่งพลังงาน 2V ที่อ่อนแอ เราเชื่อมต่อแหล่งที่มาเข้ากับมันแบบอนุกรม แรงดันไฟฟ้ากระแสสลับในรูปของไซน์ โดยมีแอมพลิจูดการสั่น 0.1V นี่จะเป็นสัญญาณที่ต้องขยาย จำเป็นต้องใช้ตัวต้านทาน Rb ใกล้ฐานเพื่อจำกัดกระแสที่มาจากแหล่งสัญญาณ ซึ่งโดยปกติจะมีพลังงานต่ำ

2. การคำนวณกระแสอินพุตฐาน I ข

ทีนี้ลองคำนวณกระแสฐาน I b กัน เนื่องจากเรากำลังเผชิญกับแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับ เราจำเป็นต้องคำนวณค่าปัจจุบันสองค่า - ที่แรงดันไฟฟ้าสูงสุด (สูงสุด V) และค่าต่ำสุด (V นาที) ลองเรียกค่าปัจจุบันเหล่านี้ตามลำดับ - ฉัน bmax และฉัน bmin

นอกจากนี้ ในการคำนวณกระแสเบส คุณจำเป็นต้องทราบแรงดันไฟฟ้าเบส-อิมิตเตอร์ V BE มีจุดเชื่อมต่อ PN หนึ่งจุดระหว่างฐานและตัวปล่อย ปรากฎว่ากระแสฐาน "ตรงตาม" ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์บนเส้นทางของมัน แรงดันไฟฟ้าที่ไดโอดเซมิคอนดักเตอร์เริ่มดำเนินการคือประมาณ 0.6V อย่าไปลงรายละเอียด ลักษณะแรงดันกระแสของไดโอดและเพื่อความง่ายในการคำนวณเราจะใช้แบบจำลองโดยประมาณโดยที่แรงดันไฟฟ้าของไดโอดที่มีกระแสไฟฟ้าอยู่ที่ 0.6V เสมอ ซึ่งหมายความว่าแรงดันไฟฟ้าระหว่างฐานและตัวปล่อยคือ V BE = 0.6V และเนื่องจากตัวส่งสัญญาณเชื่อมต่อกับกราวด์ (V E = 0) แรงดันไฟฟ้าจากฐานถึงกราวด์จึงเป็น 0.6V (V B = 0.6V)

ลองคำนวณ I bmax และฉัน bmin โดยใช้กฎของโอห์ม:

2. การคำนวณกระแสสะสมเอาต์พุต I กับ

ตอนนี้เมื่อทราบถึงกำไร (β = 200) คุณสามารถคำนวณค่าสูงสุดและต่ำสุดของตัวสะสมกระแสได้อย่างง่ายดาย (I cmax และ I cmin)

3. การคำนวณแรงดันเอาต์พุต V ออก

กระแสสะสมจะไหลผ่านตัวต้านทาน Rc ซึ่งเราได้คำนวณไว้แล้ว มันยังคงทดแทนค่า:

4. การวิเคราะห์ผลลัพธ์

ดังที่เห็นได้จากผลลัพธ์ V Cmax มีค่าน้อยกว่า V Cmin เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวต้านทาน V Rc ถูกลบออกจากแรงดันไฟฟ้า VCC อย่างไรก็ตาม ในกรณีส่วนใหญ่ สิ่งนี้ไม่สำคัญ เนื่องจากเราสนใจส่วนประกอบที่แปรผันของสัญญาณ - แอมพลิจูด ซึ่งเพิ่มขึ้นจาก 0.1V เป็น 1V ความถี่และรูปร่างไซน์ซอยด์ของสัญญาณไม่มีการเปลี่ยนแปลง แน่นอนว่าอัตราส่วน V out / V สิบเท่านั้นยังห่างไกลจากตัวบ่งชี้ที่ดีที่สุดสำหรับแอมพลิฟายเออร์ แต่ค่อนข้างเหมาะสมสำหรับการแสดงกระบวนการขยายสัญญาณ

เรามาสรุปหลักการทำงานของแอมพลิฟายเออร์ที่ใช้ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์ กระแส I b ไหลผ่านฐาน โดยมีส่วนประกอบคงที่และแปรผัน จำเป็นต้องมีส่วนประกอบคงที่เพื่อให้จุดเชื่อมต่อ PN ระหว่างฐานและตัวส่งสัญญาณเริ่มดำเนินการ - "เปิด" ที่จริงแล้วองค์ประกอบตัวแปรก็คือสัญญาณนั่นเอง (ข้อมูลที่เป็นประโยชน์) กระแสสะสม-ตัวปล่อยภายในทรานซิสเตอร์เป็นผลมาจากกระแสฐานคูณด้วยอัตราขยาย β ในทางกลับกัน แรงดันไฟฟ้าคร่อมตัวต้านทาน Rc เหนือตัวสะสมเป็นผลมาจากการคูณกระแสของตัวสะสมที่ขยายด้วยค่าตัวต้านทาน

ดังนั้นพิน V out จะรับสัญญาณที่มีแอมพลิจูดการแกว่งเพิ่มขึ้น แต่มีรูปร่างและความถี่เท่ากัน สิ่งสำคัญคือต้องเน้นว่าทรานซิสเตอร์ใช้พลังงานในการขยายสัญญาณจากแหล่งจ่ายไฟ VCC หากแรงดันไฟฟ้าไม่เพียงพอ ทรานซิสเตอร์จะไม่สามารถทำงานได้เต็มที่ และสัญญาณเอาท์พุตอาจผิดเพี้ยน

โหมดการทำงานของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์

ตามระดับแรงดันไฟฟ้าบนอิเล็กโทรดของทรานซิสเตอร์มีโหมดการทำงานสี่โหมด:

โหมดตัด.

โหมดแอคทีฟ

โหมดความอิ่มตัว

โหมดย้อนกลับ

โหมดตัด

เมื่อแรงดันไฟฟ้าของตัวส่งสัญญาณฐานต่ำกว่า 0.6V - 0.7V จุดเชื่อมต่อ PN ระหว่างฐานและตัวส่งสัญญาณจะถูกปิด ในสถานะนี้ ทรานซิสเตอร์ไม่มีกระแสเบส ผลก็คือจะไม่มีกระแสสะสมเช่นกัน เนื่องจากไม่มีอิเล็กตรอนอิสระในฐานที่พร้อมจะเคลื่อนที่ไปสู่แรงดันไฟฟ้าของตัวสะสม ปรากฎว่าทรานซิสเตอร์ถูกล็อคอยู่เหมือนเดิมและพวกเขาบอกว่ามันอยู่ข้างใน โหมดตัด.

โหมดแอคทีฟ

ใน โหมดแอคทีฟแรงดันไฟฟ้าที่ฐานเพียงพอสำหรับจุดเชื่อมต่อ PN ระหว่างฐานและตัวปล่อยเพื่อเปิด ในสถานะนี้ ทรานซิสเตอร์มีกระแสฐานและกระแสสะสม กระแสสะสมเท่ากับกระแสฐานคูณด้วยเกน เหล่านั้น โหมดแอคทีฟเรียกว่าโหมดการทำงานปกติของทรานซิสเตอร์ซึ่งใช้ในการขยายสัญญาณ

โหมดความอิ่มตัว

บางครั้งกระแสเบสอาจจะสูงเกินไป เป็นผลให้กำลังจ่ายไม่เพียงพอที่จะให้ขนาดของกระแสสะสมที่จะสอดคล้องกับอัตราขยายของทรานซิสเตอร์ ในโหมดความอิ่มตัว กระแสสะสมจะเป็นค่าสูงสุดที่แหล่งจ่ายไฟสามารถให้ได้ และจะไม่ขึ้นอยู่กับกระแสพื้นฐาน ในสถานะนี้ ทรานซิสเตอร์ไม่สามารถขยายสัญญาณได้ เนื่องจากกระแสสะสมไม่ตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของกระแสฐาน

ในโหมดความอิ่มตัว ค่าการนำไฟฟ้าของทรานซิสเตอร์จะสูงสุดและเหมาะสำหรับการทำงานของสวิตช์ (สวิตช์) ในสถานะ "เปิด" มากกว่า ในทำนองเดียวกันในโหมดคัตออฟ ค่าการนำไฟฟ้าของทรานซิสเตอร์จะน้อยที่สุด และสอดคล้องกับสวิตช์ในสถานะปิด

โหมดผกผัน

ในโหมดนี้ บทบาทของตัวรวบรวมและตัวส่งตัวส่งจะเปลี่ยนไป: จุดเชื่อมต่อ PN ของตัวรวบรวมจะเอนเอียงไปในทิศทางไปข้างหน้า และจุดเชื่อมต่อตัวส่งจะเอนเอียงไปในทิศทางตรงกันข้าม เป็นผลให้กระแสไหลจากฐานไปยังตัวสะสม บริเวณเซมิคอนดักเตอร์ของตัวสะสมนั้นไม่สมมาตรกับตัวปล่อย และอัตราขยายในโหมดผกผันจะต่ำกว่าในโหมดแอคทีฟปกติ ทรานซิสเตอร์ได้รับการออกแบบในลักษณะที่ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพมากที่สุดในโหมดแอคทีฟ ดังนั้นจึงไม่ได้ใช้ทรานซิสเตอร์ในโหมดผกผัน

พารามิเตอร์พื้นฐานของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์

กำไรปัจจุบัน– อัตราส่วนของกระแสสะสม I C ต่อกระแสฐาน I B กำหนด β , สวัสดีหรือ h21eขึ้นอยู่กับลักษณะเฉพาะของการคำนวณที่ทำกับทรานซิสเตอร์

β คือค่าคงที่สำหรับทรานซิสเตอร์หนึ่งตัว และขึ้นอยู่กับโครงสร้างทางกายภาพของอุปกรณ์ กำไรที่สูงจะคำนวณเป็นหลายร้อยหน่วย กำไรต่ำมีหน่วยเป็นสิบ สำหรับทรานซิสเตอร์ชนิดเดียวกันที่แยกจากกันสองตัว แม้ว่าจะเป็น "เพื่อนบ้านของท่อ" ในระหว่างการผลิต β อาจแตกต่างกันเล็กน้อย ลักษณะของทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์นี้อาจเป็นสิ่งที่สำคัญที่สุด หากมักจะละเลยพารามิเตอร์อื่นของอุปกรณ์ในการคำนวณกำไรที่ได้รับในปัจจุบันก็แทบจะเป็นไปไม่ได้เลย

ความต้านทานอินพุต– ความต้านทานในทรานซิสเตอร์ที่ “ตรงตาม” กระแสเบส กำหนด ร ใน (ร ป้อนข้อมูล- ยิ่งมีขนาดใหญ่เท่าใดคุณสมบัติการขยายสัญญาณของอุปกรณ์ก็จะยิ่งดีเท่านั้น เนื่องจากที่ด้านฐานมักจะมีแหล่งกำเนิดสัญญาณอ่อนซึ่งจำเป็นต้องใช้กระแสไฟน้อยที่สุดเท่าที่จะเป็นไปได้ ตัวเลือกที่สมบูรณ์แบบ- นี่คือเมื่อความต้านทานอินพุตมีค่าอนันต์

อินพุต R สำหรับทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์โดยเฉลี่ยคือหลายร้อย KΩ (กิโลโอห์ม) ในกรณีนี้ ทรานซิสเตอร์แบบไบโพลาร์จะสูญเสียไปอย่างมากให้กับทรานซิสเตอร์สนามแม่เหล็ก โดยที่ความต้านทานอินพุตสูงถึงหลายร้อย GΩ (กิกะโอห์ม)

การนำไฟฟ้าขาออก- ค่าการนำไฟฟ้าของทรานซิสเตอร์ระหว่างตัวสะสมและตัวปล่อย ยิ่งค่าสื่อกระแสไฟฟ้าเอาต์พุตมากขึ้น กระแสไฟฟ้าของตัวสะสมและตัวปล่อยกระแสไฟฟ้าก็จะสามารถผ่านทรานซิสเตอร์ได้มากขึ้นโดยใช้กำลังไฟน้อยลง

นอกจากนี้ เมื่อค่าการนำไฟฟ้าเอาท์พุตเพิ่มขึ้น (หรือความต้านทานเอาท์พุตลดลง) โหลดสูงสุดที่แอมพลิฟายเออร์สามารถทนต่อได้ โดยการสูญเสียเล็กน้อยในเกนโดยรวมจะเพิ่มขึ้น ตัวอย่างเช่น หากทรานซิสเตอร์ที่มีค่าการนำไฟฟ้าเอาต์พุตต่ำจะขยายสัญญาณ 100 เท่าโดยไม่มีโหลด ดังนั้นเมื่อเชื่อมต่อโหลด 1 KΩ มันจะขยายเพียง 50 เท่าเท่านั้น ทรานซิสเตอร์ที่มีเกนเท่ากันแต่ค่าสื่อกระแสไฟฟ้าเอาท์พุตสูงกว่าจะมีเกนลดลงน้อยกว่า ตัวเลือกที่เหมาะสมที่สุดคือเมื่อค่าการนำไฟฟ้าเอาต์พุตมีค่าอนันต์ (หรือความต้านทานเอาต์พุต R ออก = 0 (R ออก = 0))