Grundlegende Fragen zur Transistorverstärkung

Kann jemand erklären, wie ein Transistor Spannung oder Strom verstärken kann? Verstärkung bedeutet für mich - man schickt etwas Kleines hinein, es kommt größer heraus. Sagen wir zum Beispiel, ich möchte eine Schallwelle verstärken. Ich flüstere zu einem Soundverstärker und es kommt heraus, sagen wir mal größer (abhängig vom Verstärkungsfaktor)

Aber wenn ich über die Transistorverstärkungswirkung lese , sagen alle Lehrbücher, dass es seit einer kleinen Änderung des Basisstroms & Dgr; Ib, aber einer entsprechend großen Änderung des Emitterstroms & Dgr; Ie zu einer Verstärkung kommt. Aber wo ist die Verstärkung? Was wird verstärkt, wie ich es definiert habe? Ist mein Verständnis des Begriffs Verstärkung falsch? Und wie wird Strom von einem niederohmigen Bereich in einen hochohmigen Bereich übertragen?

Ich glaube, ich habe verstanden, wie der Transistor aufgebaut ist und wie die Ströme fließen. Kann jemand die Transistorverstärkungsaktion klar erklären und sie mit dem in Verbindung bringen, was ich über Verstärkung verstehe?

Ich beginne zuerst mit der Definition der Verstärkung. Im Allgemeinen ist die Verstärkung nur ein Verhältnis zwischen zwei Werten. Dies bedeutet nicht, dass der Ausgabewert größer als der Eingabewert ist (obwohl dies die am häufigsten verwendete Methode ist). Es ist auch nicht wichtig, ob die aktuelle Änderung groß oder klein ist.

Gehen wir nun zu einigen gebräuchlichen Verstärkungswerten über:

Das wichtigste (und das, von dem Ihre Frage spricht) ist . Es ist definiert als , wobei der Strom ist, der in den Kollektor und der Strom in die Basis ist. Wenn wir die Formel ein wenig , erhalten wir , die am häufigsten verwendete Formel. Aufgrund dieser Formel sagen einige Leute, dass der Transistor den Basisstrom "verstärkt".β = I $\beta$ IcIbIc=βI$\beta= \frac {I_c} {I_b}$$I_c$$I_b$$I_c=\beta I_b$

Wie hängt das nun mit dem Emitterstrom zusammen? Nun, wir haben auch die Formel Wenn wir diese Formel mit der zweiten Formel kombinieren, erhalten wir . Daraus können wir den Emitterstrom als (beachte, dass Strom ist, der in den Emitter , also negativ ist).& bgr; I b + I b + I e = 0 - I e = & bgr; I b + I b = I b ( & bgr; + 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$

Daraus können Sie ersehen, dass wir mit Hilfe von die Beziehung zwischen dem Basisstrom des Transistors und dem Emitterstrom des Transistors erkennen können. Da in der Praxis das im Bereich von Hunderten bis Tausenden liegt, können wir sagen, dass der "kleine" Basisstrom in einen "großen" Kollektorstrom "verstärkt" wird (was wiederum einen "großen" Emitterstrom ergibt). Beachten Sie, dass ich bis jetzt über keine Deltas gesprochen habe. Das liegt daran, dass der Transistor als Element keinen Strom benötigt, um sich zu ändern. Sie können die Basis einfach an einen konstanten Gleichstrom anschließen und der Transistor funktioniert einwandfrei. Wenn die Änderung des Stroms erforderlich ist, '$\beta$$\beta$

Es wird auch ein anderer Wert verwendet und der Name lautet . Hier ist was es ist: . Wenn wir das neu ordnen, können wir sehen, dass . So ist der Wert , mit dem der Emitterstrom zu erzeugen , um Kollektorstrom verstärkt wird. In diesem Fall ergibt die Verstärkung tatsächlich eine kleinere Ausgabe (obwohl in der Praxis nahe bei 1 liegt, etwa 0,98 oder höher), da der vom Transistor ausgehende Emitterstrom bekanntlich die Summe des Basisstroms ist und Kollektorstrom, der in den Transistor fließt.α = I $\alpha$ Ic=αIeα$\alpha = \frac {I_c} {I_e}$$I_c= \alpha I_e$$\alpha$$\alpha$

Jetzt werde ich ein wenig darüber sprechen, wie der Transistor die Spannung und den Strom verstärkt. Das Geheimnis ist: Es tut nicht. Der Spannungs- oder Stromverstärker funktioniert! Der Verstärker selbst ist eine etwas komplexere Schaltung, die die Eigenschaften eines Transistors ausnutzt. Es hat auch Eingangsknoten und Ausgangsknoten. Die Spannungsverstärkung ist das Spannungsverhältnis zwischen diesen Knoten . Die Stromverstärkung ist das Verhältnis der Ströme zwischen diesen beiden Knoten: . Wir haben auch eine Leistungsverstärkung, die das Produkt von Strom- und Spannungsverstärkung ist. Beachten Sie, dass sich die Verstärkung in Abhängigkeit von den Knoten ändern kann, die wir als Eingangsknoten und Ausgangsknoten ausgewählt haben! Ai=Iou$A_v = \frac {V_{out}}{V_{in}}$$A_i=\frac {I_{out}}{I_{in}}$

Es gibt einige weitere interessante Werte für Transistoren, die Sie hier finden

Um es zusammenzufassen: Wir haben einen Transistor, der etwas tut. Um den Transistor sicher zu verwenden, müssen wir in der Lage sein, darzustellen, was der Transistor tut. Eine der Arten, im Transistor ablaufende Prozesse darzustellen, ist die Verwendung des Begriffs "Verstärkung". Mit der Verstärkung können wir also vermeiden, dass wir wirklich verstehen, was im Transistor passiert (wenn Sie Halbleiterphysik-Klassen haben, werden Sie das dort lernen) und nur wenige Gleichungen haben, die für eine große Anzahl praktischer Probleme nützlich sind.

Transistor verstärkt nicht. Stellen Sie sich Schallwellen vor, die auf ein Mikrofon treffen: Tatsächlich passiert, dass das Schallsignal nicht in das Mikrofon gelangt, sondern ein Signal erzeugt, das dem Schallsignal entspricht . Es ist nicht das eigentliche Signal.

Denken Sie daran, dass die tatsächlichen Signale in der realen Welt nicht verstärkt oder gedämpft werden können. Können Sie einen Ton oder ein anderes reales Signal wahrnehmen? Nein. Sie sind so wie sie sind. Wir können nur ein System herstellen, das auf die Wirkung des Signals der realen Welt einwirkt. Schallwellen treffen auf ein Mikrofon, Licht auf ein Kameraobjektiv usw.

Aber wenn es um den Fall eines Transistors kommt, wenden Sie ein Eingangssignal an der Basis und Sie bekommen ein neues Signal entsprechend dem Eingangssignal in den Kollektor mit einer größeren Amplitude. Beachten Sie, dass dies geschieht, weil eine kleine Änderung der Eingangsseite aufgrund der Änderung des Widerstands einer großen Änderung der Ausgangsseite entspricht. Es ist nur eine Wirkung eins zu eins. Das Ausgangssignal ist ein völlig neues Signal mit einer größeren Amplitude, nicht das eigentliche Signal.

Das Signal wird verstärkt. Je nach Ausführung des Transistorverstärkers kann der tatsächliche Basisstrom Teil des Ausgangsstroms sein oder nicht. Lassen Sie sich nicht auf eine Definition der Verstärkung ein, bei der jedes eingegebene Elektron größer werden und dann zum Ausgang gelangen muss ...

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

Wie wäre es mit Spannungsverstärkung? Nun, fügen wir ein paar Widerstände hinzu. Widerstände sind billig, aber wenn Sie Geld verdienen möchten, können Sie versuchen, sie teuer zu verkaufen, indem Sie sie "Spannungs-Strom-Wandler" nennen :-).

Wir haben einen Basiswiderstand hinzugefügt, der einen Basisstrom von verursachen wird

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

$I_C$$h_{FE}$

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

Widerstände sind wirklich großartige Dinge, denn Sie können sie neben "Spannungswandlern" auch als "Spannungswandler" einsetzen ! (Wir können noch mehr für sie berechnen!) Aufgrund des Ohmschen Gesetzes:

$V_{RL} = R_L \cdot I_C$

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

wir bekommen

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

oder

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

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

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

Die Ausgangsspannung beträgt also das 10-fache der Eingangsspannung zuzüglich einer konstanten Vorspannung. Sieht so aus, als könnten wir den Transistor auch zur Spannungsverstärkung verwenden .

Verstärken Sie den Schall und Sie verstärken den Energiefluss: Die eingegebenen Watt des Schalls werden zu größeren Ausgangs-Watt.

Beachten Sie, dass ein elektrischer Transformator nicht verstärkt. Es kann die Spannung erhöhen, aber es kann die Wattzahl nicht erhöhen.

Transistoren (und jede Art von Ventil oder Schalter) können verstärken. Sie tun dies, indem sie eine winzige Wattzahl verwenden, um ein Netzteil zu steuern, das eine große Wattzahl ausgeben kann. Der große Ausgang kommt vom Netzteil, während das Eingangssignal den Transistpr ein- und ausschaltet.

Wenn Sie eine riesige Hydraulikpresse haben, können Sie Autos zerdrücken, indem Sie einen Ventilschalter mit Ihrem kleinen Finger berühren. Das Ventil verstärkte Ihre Fingerbewegung, um Chevys zu zerdrücken. Tatsächlich war es jedoch die Hundert-PS-Hydraulikversorgung, die für die höhere Leistung sorgte. Mit NPNs die gleiche Idee. Transistoren sind Ventile zum Fließen von Ladung anstelle von fließendem Hydraulikfluid.

Was ich verstehe, ist, dass ein Transistor, um ihn zu verstärken, richtig vorgespannt werden muss. Durch Vorwärtsvorspannung wird der BE-Übergang zu einer leitenden Diode, sodass der Eingangswiderstand geringer ist. Durch die CE-Sperrvorspannung wird die Diode nichtleitend, sodass der Ausgangswiderstand hoch ist. Und wenn Ic fast gleich Ie ist, dann verursacht der Strom einen geringen Spannungsabfall am Eingang und einen großen am Ausgang. Aus diesem Grund wird es Verstärker genannt.

Mit einem Transistor können Sie Folgendes erreichen: Geben Sie am Eingang ein kleines Signal (Wechselstrom) und am Ausgang ein höherwertiges Signal (mit höherer Amplitude). Aber das ist nicht alles. Sie müssen am Kollektor und an der Basis eine Gleichstromversorgung herstellen. Emitter bei Bedarf. Dies wird als Vorspannung des Gleichstrompunkts bezeichnet. Die Effektivleistung, die Sie am Ausgang erhalten, ist geringer als die von Ihnen bereitgestellte Gleichstromleistung.

Wenn Sie eine Analyse durchführen möchten, sind für jede Schaltung zwei Schritte erforderlich.

1. Gleichstromanalyse: kein Wechselstromsignal berücksichtigen. Ermitteln Sie die Werte aller Diodenströme in Abhängigkeit von der Gleichspannung an verschiedenen Knoten (Kollektor, Basis, Emitter). Dies geschieht durch die Verwendung von KVL in verschiedenen Schleifen.

2. AC-Modell: Dies macht sehr deutlich: Was wir als Schaltung zeichnen, ist v / s, welche Elemente tatsächlich im Inneren vorhanden sind. Weitergehend hat die Diode einen Durchlasswiderstand. Das eigentliche Modell sieht also so aus:
   

Aus der DC-Analyse müssen Sie den Wert von Ie ermittelt haben. Nach der Diodentheorie ist Re = (26 mV / Ie). Unser Ziel ist es, Vout / Vin zu finden.
1. Vout hängt von Ic ab.
2. Ic wird von Ib abhängen.
3. Ib wird von Vin und Re abhängen.
4. Was wir aus der DC-Analyse herausgefunden haben.

Bei der Wechselstromanalyse stellen wir die gesamte Gleichstromversorgung auf 0 V. Wenn Sie sich das ansehen, können Sie erkennen, dass das Ausgangssignal verstärkt ist, oder?

Hinweis: Dies dient nur dazu, Ihnen eine intuitive Vorstellung davon zu vermitteln, dass eine Verstärkung stattfindet. Ob Sie jedoch eine Verstärkung erhalten oder nicht, hängt davon ab, ob der Transistor linear (Verstärker), gesättigt oder abgeschaltet (Schalter) ist. Auch hier hängt die Verstärkung (Strom oder Spannung) von der Art der Konfiguration ab. Damit besteht alles aus 3-4 Kapiteln eines beliebigen Standardwerkes zur Analogtheorie.