Pertanyaan dasar tentang amplifikasi transistor

Adakah yang bisa menjelaskan bagaimana transistor dapat memperkuat tegangan atau arus? Menurut saya, amplifikasi berarti - Anda mengirim sesuatu yang kecil, hasilnya lebih besar. Katakan misalnya, saya ingin memperkuat gelombang suara. Saya berbisik ke penguat suara, & itu keluar mengatakan, 5 kali lebih besar (tergantung pada faktor amplifikasi)

Tetapi ketika saya membaca tentang tindakan Transistor Amplifying , semua buku teks mengatakan bahwa karena perubahan kecil pada basis saat ini ΔIb tetapi perubahan besar terkait pada arus Emitter ΔIe, ada amplifikasi. Tetapi di mana amplifikasi? Apa yang sedang diperbesar seperti yang saya definisikan? Apakah pemahaman saya tentang istilah amplifikasi salah? Dan bagaimana arus ditransfer dari area resistansi rendah ke resistansi tinggi?

Saya pikir saya sudah mengerti bagaimana transistor dibangun & bagaimana arus mengalir. Jadi siapa pun dapat menjelaskan tindakan amplifikasi transistor dengan jelas & menghubungkannya dengan apa yang saya mengerti tentang amplifikasi.

Saya akan mulai dengan definisi amplifikasi. Dalam cara yang paling umum, amplifikasi hanyalah rasio antara dua nilai. Itu tidak menyiratkan bahwa nilai output lebih besar dari nilai input (meskipun itulah cara yang paling umum digunakan). Juga tidak penting jika perubahan saat ini besar atau kecil.

Sekarang mari kita beralih ke beberapa nilai amplifikasi umum yang digunakan:

Yang paling penting (dan yang dibicarakan dengan pertanyaan Anda) adalah . Ini didefinisikan sebagai β = I $\beta$ , di manaIcadalah arus masuk ke kolektor danIbadalah arus ke pangkalan. Jika kita mengatur ulang rumusnya sedikit, kita akan mendapatkanIc=βI$\beta= \frac {I_c} {I_b}$$I_c$$I_b$$I_c=\beta I_b$ yang merupakan rumus yang paling umum digunakan. Karena formula itu, beberapa orang mengatakan bahwa transistor "memperkuat" arus basis.

Sekarang bagaimana hubungannya dengan arus emitor? Nah kami juga memiliki formula Ketika kita menggabungkan formula yang dengan rumus kedua, kita mendapatkan β saya b + I b + I e = 0 . Dari itu kita bisa mendapatkan arus emitor sebagai - I e = β I b + I b = I b ( β + 1 ) (perhatikan bahwa saya $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$ sedang mengalir ke emitor, jadi negatif).

Dari itu Anda dapat melihat bahwa menggunakan sebagai alat yang berguna dalam perhitungan, kita dapat melihat hubungan antara arus basis dari transistor dan arus emitor dari transistor. Karena dalam praktiknya β berada dalam kisaran ratusan hingga ribuan, kita dapat mengatakan bahwa arus basis "kecil" adalah "diperkuat" menjadi arus kolektor "besar" (yang pada gilirannya membuat arus emitor "besar"). Perhatikan bahwa saya tidak berbicara tentang delta apa pun sampai sekarang. Itu karena transistor sebagai elemen tidak memerlukan arus untuk berubah. Anda cukup menghubungkan basis ke arus DC konstan dan transistor akan berfungsi dengan baik. Jika perubahan arus diperlukan, itu '$\beta$$\beta$

Ada nilai lain yang juga digunakan dan namanya adalah . Inilah dia: α = I $\alpha$ . Ketika kita mengatur ulang itu, kita dapat melihat bahwaIc=αIe. Jadiαadalah nilai dimana arus emitor diperkuat untuk menghasilkan arus kolektor. Dalam hal ini, amplifikasi sebenarnya memberi kita output yang lebih kecil (meskipun dalam praktiknyaαmendekati 1, kira-kira 0,98 atau lebih tinggi), karena seperti yang kita ketahui, arus emitor yang keluar dari transistor adalah jumlah arus basis dan arus kolektor yang masuk ke transistor.$\alpha = \frac {I_c} {I_e}$$I_c= \alpha I_e$$\alpha$$\alpha$

Sekarang saya akan berbicara sedikit tentang bagaimana transistor menguatkan tegangan dan arus. Rahasianya adalah: Tidak. Tegangan atau penguat arus tidak! Penguat itu sendiri adalah sirkuit yang sedikit lebih kompleks yang mengeksploitasi properti transistor. Ia juga memiliki simpul input dan simpul keluaran. Tegangan amplifikasi adalah rasio tegangan antara node . Amplifikasi saat ini adalah rasio arus antara dua node:Ai=Iou$A_v = \frac {V_{out}}{V_{in}}$ . Kami juga memiliki amplifikasi daya yang merupakan produk dari amplifikasi arus dan tegangan. Perhatikan bahwa amplifikasi dapat berubah tergantung pada node yang kami pilih untuk menjadi simpul input dan simpul keluaran!$A_i=\frac {I_{out}}{I_{in}}$

Ada beberapa nilai menarik terkait dengan transistor yang dapat Anda temukan di sini

So to sum this up: We have transistor which is doing something. In order to safely use transistor, we need to be able to represent what transistor is doing. One of the ways of representing processes happening in the transistor is to use the term "amplification". So using amplification, we can avoid actually understanding what is happening in transistor (if you have any semiconductor physics classes, you'll learn that there) and just have few equations which will be useful for a large number of practical problems.

Transistor does not amplify. Imagine sound waves hitting a microphone: what happens actually is that the sound signal does not pass into the microphone, but the microphone produces a signal corresponding to the sound signal; It is not the actual signal.

Remember that the actual signals in real world cannot be amplified or attenuated. Can you catch a sound or any other real world signal? No. They are as they are, we can only make a system which can work on the effect of the real world signal; sound waves hit on a microphone, light hits on a camera lens etc.

But when it comes to the case of a transistor, you apply an input signal to the base and you obtain a new signal corresponding to the input signal with greater amplitude in the collector. Keep in mind that this happens because a small change in the input side will correspond to a large change in the output side, due to the variation in the resistance. It is only an effect one to one. The output signal is totally a new signal of a grater amplitude, not the actual signal.

The signal is being amplified. Depending on the design of the transistor amplifier the actual base current may or may not be part of the output current. Don't get hung up on a definition of amplification that requires every input electron to get larger and then pass to the output...

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.

Dengan transistor, Anda dapat mencapainya: Berikan sinyal kecil (ac) pada input, dan dapatkan sinyal bernilai lebih besar (amplitudo lebih tinggi) pada output. Tapi ini tidak semua. Anda harus memberikan suplai DC di kolektor dan pangkalan; emitor jika diperlukan. Ini disebut biasing titik dc. Daya rms yang Anda dapatkan pada output akan lebih kecil dari daya dc yang Anda berikan.

Jika Anda ingin melakukan analisis, ada dua langkah yang terlibat untuk sirkuit apa pun.

1. Analisis DC: tidak mempertimbangkan sinyal ac. Cari tahu nilai-nilai semua arus dioda berdasarkan tegangan dc di berbagai node (Kolektor, basis, emitor). Ini dilakukan dengan menggunakan KVL di sepanjang berbagai loop.

2. Model AC: Ini membuat sangat jelas: apa yang kita gambar sebagai rangkaian v / s elemen apa yang sebenarnya ada di dalamnya. Lebih jauh, dioda memiliki resistansi ke depan. Jadi model yang sebenarnya akan seperti ini:
   

Dari analisis DC, Anda harus menemukan nilai Ie. Menurut teori dioda, Re = (26mV / Ie). Tujuan kami adalah menemukan Vout / Vin.
1. Vout akan tergantung pada Ic.
2. Ic akan tergantung pada Ib.
3. Ib akan tergantung pada Vin dan Re.
4. Kami telah menemukan dari analisis DC.

Dalam analisis AC, kami membuat semua suplai DC ke 0V. Dengan melihat ini, Anda dapat mengetahui bahwa sinyal keluaran akan menjadi sinyal yang diperkuat, bukan?

Catatan: Ini hanya untuk memberi Anda ide intuitif bahwa amplifikasi memang terjadi. Tetapi apakah Anda akan mendapatkan amplifikasi atau tidak tergantung pada apakah transistor dalam linier (amplifier), saturasi atau terputus (switch). Sekali lagi, apa yang akan diperkuat (arus atau tegangan) tergantung pada jenis konfigurasi. Sehingga semua terdiri dari 3-4 bab dari buku standar tentang teori analog.