Transistör amplifikasyonu hakkında temel sorular

Bir transistörün voltajı veya akımı nasıl artırabileceğini açıklayan var mı? Bana göre, amplifikasyon demek - Küçük bir şey gönderiyorsunuz, daha büyük çıkıyor. Örneğin, bir ses dalgasını yükseltmek istiyorum. Bir ses amplifikatörüne fısıldıyorum ve 5 kat daha büyük olduğu ortaya çıkıyor (amplifikasyon faktörüne bağlı olarak)

Ancak Transistör Kuvvetlendirme eylemi hakkında okuduğumda , tüm ders kitapları, Baz akım ΔIb'de küçük bir değişiklik, ancak Yayıcı akımında largeIe'de buna karşılık gelen büyük bir değişiklik olduğundan, amplifikasyon olduğunu söylüyor. Peki amplifikasyon nerede? Onu tanımladığım şekilde güçlendirilen nedir? Amplifikasyon terimi hakkındaki anlayışım yanlış mı? Ve akım düşük direnç alanından yüksek direnç alanına nasıl aktarılıyor?

Transistörün nasıl kurulduğunu ve akımların nasıl aktığını anladığımı düşünüyorum. Transistör amplifikasyon eylemini açık bir şekilde açıklayabilir ve amplifikasyon hakkında anladığım şeyle ilişkilendirebilir.

İlk önce amplifikasyon tanımıyla başlayacağım. En genel şekilde, amplifikasyon sadece iki değer arasındaki bir orandır. Çıkış değerinin giriş değerinden daha büyük olduğu anlamına gelmez (en yaygın şekilde kullanılmasına rağmen). Mevcut değişikliğin büyük veya küçük olması da önemli değildir.

Şimdi kullanılan bazı yaygın amplifikasyon değerlerine geçelim:

En önemlisi (ve sorunuzun bahsettiği) . Β = I c olarak tanımlanır$\beta$ ,Icakım toplayıcı ve girecekIbbazına akımdır. Formülü biraz yeniden düzenlemek, biz alırsınızbenc=βbenben sık kullanılan formüldür. Bu formül nedeniyle, bazı insanlar transistörün taban akımını "yükselttiğini" söylüyor.$\beta= \frac {I_c} {I_b}$$I_c$$I_b$$I_c=\beta I_b$

Peki bu yayıcı akımla nasıl ilişkilidir? Ayrıca formül sahibiz c + I b + I e = 0 Bu formülü ikinci formülle birleştirdiğimizde, β I b + I b + I e = 0 elde ederiz . Bu itibaren biz yayıcı akımı alabilirsiniz - Ben e = β ben b + ı b = I b ( β + 1 ) (not olduğunu ben $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$ akım yayıcıya giriyor, bu yüzden negatif).

Bundan hesaplamalarda kullanışlı bir araç olarak kullanıldığını, transistörün taban akımı ile transistörün verici akımı arasındaki ilişkiyi görebildiğimizi görebilirsiniz. Pratikte β yüzlerce ila binlerce aralığında olduğundan, "küçük" taban akımının "büyük" kolektör akımına "yükseltildiğini" söyleyebiliriz (bu da "büyük" yayıcı akımı oluşturur). Şimdiye kadar herhangi bir delta hakkında konuşmadığımı unutmayın. Çünkü bir eleman olarak transistör, akımın değişmesini gerektirmez. Tabanı sabit bir DC akımına bağlayabilirsiniz, transistör iyi çalışır. Akımda değişiklik gerekiyorsa, '$\beta$$\beta$

Başka bir değer daha var ve adı . İşte ne olduğu: α = I $\alpha$ . Bunu yeniden düzenlediğimizde,Ic=αIe. Yaniα, kolektör akımı üretmek için yayıcı akımın yükseltildiği değerdir. Bu durumda, amplifikasyon aslında bize daha küçük bir çıkış verir (pratikteα1'e yakınolmasına rağmen,0.98 veya daha yüksek bir şey), çünkü bildiğimiz gibi, transistörden çıkan yayıcı akım, baz akımın toplamıdır ve transistöre giden kolektör akımı.$\alpha = \frac {I_c} {I_e}$$I_c= \alpha I_e$$\alpha$$\alpha$

Şimdi biraz transistörün voltajı ve akımı nasıl yükselttiği hakkında konuşacağım. İşin sırrı: Öyle değil. Gerilim veya akım yükselticisi yapar! Amplifikatörün kendisi, bir transistörün özelliklerini kullanan biraz daha karmaşık bir devredir. Ayrıca giriş düğümü ve çıkış düğümü vardır. Gerilim amplifikasyonu, bu düğümler A arasındaki gerilim oranıdır v v = V o u t . Akım amplifikasyonu, bu iki düğüm arasındaki akımların oranıdır:Ai=Iou$A_v = \frac {V_{out}}{V_{in}}$ . Ayrıca, akım ve gerilim amplifikasyonunun ürünü olan güç amplifikasyonuna sahibiz. Amplifikasyonun giriş düğümü ve çıkış düğümü olarak seçtiğimiz düğümlere bağlı olarak değişebileceğini unutmayın!$A_i=\frac {I_{out}}{I_{in}}$

Burada bulabileceğiniz transistörlerle ilgili birkaç daha ilginç değer var

Özetle: Bir şey yapan transistörümüz var. Transistörü güvenli bir şekilde kullanmak için, transistörün ne yaptığını temsil edebilmemiz gerekir. Transistörde gerçekleşen süreçleri temsil etmenin yollarından biri "amplifikasyon" terimini kullanmaktır. Amplifikasyon kullanarak, transistörde neler olduğunu anlamaktan kaçınabiliriz (yarı iletken fizik sınıflarınız varsa, orada öğreneceksiniz) ve çok sayıda pratik problem için yararlı olacak birkaç denklemimiz var.

Transistör yükselmiyor. Bir mikrofona çarpan ses dalgalarını hayal edin: gerçekte olan şey, ses sinyalinin mikrofona geçmemesi, ancak mikrofonun ses sinyaline karşılık gelen bir sinyal üretmesidir ; Gerçek sinyal değil.

Gerçek dünyadaki gerçek sinyallerin çoğaltılamayacağını veya zayıflatılamayacağını unutmayın. Bir ses veya başka bir gerçek dünya sinyali yakalayabilir misiniz? Hayır. Onlar oldukları gibi, sadece gerçek dünya sinyalinin etkisi üzerinde çalışabilecek bir sistem yapabiliriz ; bir mikrofona çarpan ses dalgaları, kamera merceğine ışık çarpıyor.

Ancak bir transistör söz konusu olduğunda, tabana bir giriş sinyali uygularsınız ve toplayıcıda daha büyük genliğe sahip giriş sinyaline karşılık gelen yeni bir sinyal alırsınız . Bunun, giriş tarafındaki küçük bir değişikliğin, direnç tarafındaki değişiklik nedeniyle çıkış tarafındaki büyük bir değişikliğe karşılık geleceği için olduğunu unutmayın. Bu sadece bire bir etkidir. Çıkış sinyali, gerçek sinyalin değil , rende genliğinin tamamen yeni bir sinyalidir.

Sinyal amplifiye edilmektedir. Transistör amplifikatörünün tasarımına bağlı olarak, gerçek taban akımı çıkış akımının bir parçası olabilir veya olmayabilir. Her giriş elektronunun büyüyüp çıkışa geçmesini gerektiren bir amplifikasyon tanımına takılmayın ...

The working principle of a BJT (Bipolar Junction Transistor), which makes it a useful thing, is that it amplifies current. Throw a small current in, get a larger current out. The amplification factor is an important parameter of the transistor, and is called $h_{FE}$. A general purpose transistor may have an $h_{FE}$ of 100, for instance, sometimes higher. Power transistors have to do it with less, like 20 to 30.
So if I inject a 1 mA current in the base of my general purpose NPN transistor I'll get 100 mA of collector current. That's amplification, right? Current amplification.

How about voltage amplification? Well, let's add a couple of resistors. Resistors are cheap, but if you want to make money you can try to sell them expensive by calling them "voltage-to-current converters" :-).

We've added a base resistor, which will cause a base current of

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

And we know that the collector current $I_C$ is a factor $h_{FE}$ higher, so

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

Resistors are really great things, because next to "voltage-to-current converters" you an also use them as "current-to-voltage converters"! (we can charge even more for them!) Due to Ohm's Law:

$V_{RL} = R_L \cdot I_C$

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

we get

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

or

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

The term between the brackets is a constant which we're not interested in at the moment. The first term shows that $V_C$ is $V_B$ multiplied by some factor depending on three constants. Let's use concrete values: 100 for $h_{FE}$, 10 kΩ for $R_B$ and 1 kΩ for $R_C$. Then (again ignoring the constant factor)

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

So the output voltage is 10 times the input voltage plus a constant bias. Looks like we can use the transistor for voltage amplification as well.

Amplifiy sound, and you're amplifying the energy-flow: the input watts of sound become larger output watts.

Note that an electrical transformer doesn't amplify. It can step up voltage, but it cant increase the watts.

Transistors (and any sort of valve or switch) can amplify. They do it by using a tiny wattage to control a power supply which can output a huge wattage. The large output comes from the power supply, while the input signal is valving the transistpr on and off.

If you have a giant hydraulic press, you can crush cars by touching a valve switch with your little finger. The valve amplified your finger motion to mash Chevys. But actually it was the hundreds-HP haudraulic supply which provided the increased wattage. With NPNs, same idea. Transistors are valves for flowing charge instead of flowing haudraulic fluid.

What is my understanding is that for a transistor to amplify you need to bias it properly. Forward biasing of BE junction makes it a conducting diode so input resistance is less. Reverse biasing CE junction makes it non conducting diode so output resistance is high. And if Ic is almost equal to Ie then the current causes a low voltage drop at input and large one at output. This is why its called an Amplifier.

With a transistor, you can achieve this: Give a small signal(ac) at input, and get a larger valued(higher amplitude) signal at output. But this is not all. You have to give DC supply at collector and base; emitter if required. This is called biasing the dc point. The rms power you get at the output will be less than the dc power you have supplied.

If you want to do analysis, there are two steps involved for any circuit.

1. DC analysis: don't consider any ac signal. Find out the values of all diode currents based on dc voltage at various nodes(Collector, base , emitter). This is done by using KVL along various loops.

2. AC model:
   This makes very clear: what we draw as a circuit v/s what elements are actually present inside. Going further, the diode has forward resistance. So the actual model will be like this:

From DC analysis, you must have found the value of Ie. According to diode theory, Re = (26mV/Ie). Our aim is to find Vout/Vin.
1. Vout will depend on Ic.
2. Ic will depend on Ib.
3. Ib will depend on Vin and Re.
4. Re we have found from DC analysis.

In AC analysis, we make all the DC supply to 0V. By looking at this, you can make out that the output signal will be an amplified one, right?

Note: This was just to give you an intuitive idea that amplification does take place. But whether you will get amplification or not depends on whether the transistor is in linear(amplifier), saturation or cut off(switch). Again, what will be amplified(current or voltage) depends on type of configuration. So that all comprises of 3-4 chapters of any standard book on analog theory.