- การทำงานของทรานซิสเตอร์ NPN:
- ทรานซิสเตอร์เป็นสวิตช์:
- ทรานซิสเตอร์เป็นเครื่องขยายเสียง:
- วัตถุประสงค์ส่วนหนึ่ง:
ทรานซิสเตอร์ขั้วต่อสองขั้วตัวแรกถูกประดิษฐ์ขึ้นในปีพ. ศ. 2490 ที่ห้องปฏิบัติการเบลล์ “สองขั้ว” ย่อเป็นสองขั้วจึงชื่อสองขั้วแยกทรานซิสเตอร์BJTเป็นอุปกรณ์ปลายทางสามเครื่องที่มี Collector (C), Base (B) และ Emitter (E) การระบุขั้วของทรานซิสเตอร์ต้องใช้แผนภาพพินของชิ้นส่วน BJT โดยเฉพาะซึ่งจะมีอยู่ในแผ่นข้อมูล - มีสองประเภทของ BJT มีNPN และ PNP ทรานซิสเตอร์ ในบทช่วยสอนนี้เราจะพูดถึงทรานซิสเตอร์ NPN ให้เราพิจารณาสองตัวอย่างของทรานซิสเตอร์ NPN - BC547A และ PN2222A ที่แสดงในภาพด้านบน
ขึ้นอยู่กับขั้นตอนการประดิษฐ์การกำหนดค่าพินจะเปลี่ยนไปและรายละเอียดจะอยู่ในแผ่นข้อมูลที่เกี่ยวข้อง เนื่องจากระดับกำลังของทรานซิสเตอร์เพิ่มขึ้นจำเป็นต้องติดแผ่นระบายความร้อนเข้ากับตัวของทรานซิสเตอร์ ทรานซิสเตอร์ที่เป็นกลางหรือทรานซิสเตอร์ที่ไม่มีศักย์ไฟฟ้าที่ขั้วจะคล้ายกับไดโอดสองตัวที่เชื่อมต่อแบบ back-to-backดังแสดงในรูปด้านล่าง
ไดโอด D1 มีคุณสมบัติในการนำไฟฟ้าย้อนกลับตามการนำไปข้างหน้าของไดโอด D2 เมื่อกระแสไหลผ่านไดโอด D2 ไดโอด D1 จะตรวจจับกระแสและกระแสตามสัดส่วนจะได้รับอนุญาตให้ไหลในทิศทางย้อนกลับจากเทอร์มินัลตัวเก็บรวบรวมไปยังเทอร์มินัลตัวปล่อยหากมีการใช้ศักยภาพที่สูงกว่าที่เทอร์มินัลตัวรวบรวม ค่าคงที่ตามสัดส่วนคือกำไร (β)
การทำงานของทรานซิสเตอร์ NPN:
ตามที่กล่าวไว้ข้างต้นทรานซิสเตอร์เป็นอุปกรณ์ควบคุมกระแสซึ่งมีชั้นพร่องสองชั้นที่มีศักยภาพในการกั้นเฉพาะที่จำเป็นในการกระจายชั้นการพร่อง ศักยภาพในการป้องกันของทรานซิสเตอร์ซิลิกอนคือ 0.7V ที่ 25 ° C และ 0.3V ที่ 25 ° C สำหรับทรานซิสเตอร์เจอร์เมเนียม ส่วนใหญ่ทรานซิสเตอร์ทั่วไปที่ใช้คือประเภทซิลิกอนเนื่องจากซิลิคอนเป็นองค์ประกอบที่มีอยู่มากที่สุดในโลกรองจากออกซิเจน
การทำงานภายใน:
การสร้างทรานซิสเตอร์ npnคือบริเวณตัวเก็บรวบรวมและตัวปล่อยจะถูกเจือด้วยวัสดุประเภท n และบริเวณฐานจะถูกเจือด้วยวัสดุประเภท p ชั้นเล็ก ๆ พื้นที่ของตัวปล่อยจะถูกเจืออย่างมากเมื่อเทียบกับภูมิภาคตัวสะสม ทั้งสามภูมิภาคนี้มีสองทางแยก พวกมันคือทางแยกฐานสะสม (CB) และทางแยกฐานปล่อย
เมื่อ VBE ที่เป็นไปได้ถูกนำไปใช้กับทางแยก Base-Emitter ที่เพิ่มขึ้นจาก 0V อิเล็กตรอนและโฮลจะเริ่มสะสมที่บริเวณพร่อง เมื่อศักย์เพิ่มขึ้นสูงกว่า 0.7V แรงดันไฟฟ้าจะถึงและเกิดการแพร่กระจาย ดังนั้นอิเล็กตรอนจึงไหลเข้าหาขั้วบวกและกระแสไฟฟ้าฐาน (IB) ตรงข้ามกับการไหลของอิเล็กตรอน นอกจากนี้กระแสจากตัวเก็บรวบรวมไปยังตัวปล่อยจะเริ่มไหลหากใช้แรงดันไฟฟ้า VCE ที่ขั้วตัวเก็บ ทรานซิสเตอร์สามารถทำหน้าที่เป็นสวิตช์และเครื่องขยายเสียง
พื้นที่ปฏิบัติการเทียบกับโหมดการทำงาน:
1. พื้นที่ที่ใช้งาน IC = β× IB - การทำงานของเครื่องขยายเสียง
2. ภูมิภาคความอิ่มตัว IC = กระแสอิ่มตัว - การทำงานของสวิตช์ (เปิดโดยสมบูรณ์)
3. พื้นที่ตัด IC = 0 - การทำงานของสวิตช์ (ปิดโดยสิ้นเชิง)
ทรานซิสเตอร์เป็นสวิตช์:
เพื่ออธิบายด้วย PSPICE รุ่น BC547A ได้ถูกเลือก สิ่งสำคัญอันดับแรกที่ต้องจำไว้ในการใช้ตัวต้านทาน จำกัด กระแสที่ฐาน กระแสพื้นฐานที่สูงขึ้นจะสร้างความเสียหายให้กับ BJT จากแผ่นข้อมูลจะได้รับกระแสไฟฟ้าสูงสุด 100mA และได้รับ (hFE หรือβ) ที่สอดคล้องกัน
ขั้นตอนในการเลือกส่วนประกอบ
1. ค้นหาตัวเก็บรวบรวมปัจจุบันซึ่งมีกระแสไฟฟ้าที่ใช้โดยโหลดของคุณ ในกรณีนี้จะเป็น 60mA (ขดลวดรีเลย์หรือ LED แบบขนาน) และตัวต้านทาน = 200 โอห์ม
2. ในการขับเคลื่อนทรานซิสเตอร์ให้อยู่ในสภาวะอิ่มตัวจะต้องมีการจ่ายกระแสไฟฟ้าพื้นฐานให้เพียงพอเพื่อให้ทรานซิสเตอร์เปิดอย่างสมบูรณ์ การคำนวณกระแสฐานและตัวต้านทานที่เกี่ยวข้องที่จะใช้
สำหรับความอิ่มตัวที่สมบูรณ์กระแสฐานจะอยู่ที่ประมาณ 0.6mA (ไม่สูงหรือต่ำเกินไป) ด้านล่างนี้คือวงจรที่มี 0V เป็นฐานในระหว่างที่สวิตช์อยู่ในสถานะปิด
a) การจำลอง PSPICE ของ BJT เป็นสวิตช์และ b) สภาพสวิตช์ที่เทียบเท่า
ในทางทฤษฎีสวิตช์จะเปิดอย่างสมบูรณ์ แต่ในทางปฏิบัติสามารถสังเกตการไหลของกระแสไฟฟ้ารั่วได้ กระแสนี้มีค่าเล็กน้อยเนื่องจากอยู่ใน pA หรือ nA เพื่อความเข้าใจที่ดีขึ้นเกี่ยวกับการควบคุมกระแสทรานซิสเตอร์ถือได้ว่าเป็นตัวต้านทานแบบแปรผันระหว่างตัวเก็บรวบรวม (C) และตัวปล่อย (E) ซึ่งความต้านทานจะแตกต่างกันไปตามกระแสผ่านฐาน (B)
เริ่มแรกเมื่อไม่มีกระแสไหลผ่านฐานความต้านทานใน CE จะสูงมากจนไม่มีกระแสไหลผ่าน เมื่อใช้ศักย์ 0.7V ขึ้นไปที่ขั้วฐานขั้วต่อ BE จะกระจายและทำให้ทางแยก CB กระจาย ตอนนี้กระแสไหลจากตัวเก็บรวบรวมไปยังตัวปล่อยตามอัตราขยาย
a) การจำลอง PSPICE ของ BJT เป็นสวิตช์และ b) สภาพสวิตช์ที่เทียบเท่า
ตอนนี้ให้เราดูวิธีควบคุมกระแสไฟขาออกโดยการควบคุมกระแสฐาน พิจารณา IC = 42mA และทำตามสูตรเดียวกันด้านบนเราจะได้ IB = 0.35mA; RB = 14.28kOhms ≈ 15kOhms
a) การจำลอง PSPICE ของ BJT เป็นสวิตช์และ b) สภาพสวิตช์ที่เทียบเท่า
การแปรผันของค่าปฏิบัติจากค่าที่คำนวณได้เป็นเพราะแรงดันตกคร่อมทรานซิสเตอร์และโหลดตัวต้านทานที่ใช้
ทรานซิสเตอร์เป็นเครื่องขยายเสียง:
Amplification คือการแปลงสัญญาณที่อ่อนแอให้เป็นรูปแบบที่ใช้งานได้ กระบวนการขยายสัญญาณเป็นขั้นตอนสำคัญในแอปพลิเคชั่นต่างๆเช่นสัญญาณที่ส่งแบบไร้สายสัญญาณที่ได้รับแบบไร้สายเครื่องเล่น MP3 โทรศัพท์มือถือและอื่น ๆ ทรานซิสเตอร์สามารถขยายกำลังแรงดันไฟฟ้าและกระแสไฟฟ้าในรูปแบบต่างๆ
การกำหนดค่าบางอย่างที่ใช้ในวงจรเครื่องขยายเสียงคือ
- เครื่องขยายเสียงทั่วไป
- เครื่องขยายเสียงสะสมทั่วไป
- เครื่องขยายเสียงพื้นฐานทั่วไป
ประเภทตัวปล่อยทั่วไปประเภทข้างต้นคือการกำหนดค่าที่นิยมและใช้กันมากที่สุด การดำเนินการเกิดขึ้นในพื้นที่ที่ใช้งานวงจรแอมพลิฟายเออร์อีซีแอลขั้นตอนเดียวเป็นตัวอย่างสำหรับมัน จุดไบแอส DC ที่เสถียรและอัตราขยาย AC ที่เสถียรเป็นสิ่งสำคัญในการออกแบบเครื่องขยายเสียง ชื่อแอมพลิฟายเออร์สเตจเดียวเมื่อใช้ทรานซิสเตอร์เพียงตัวเดียว
ด้านบนเป็นวงจรแอมพลิฟายเออร์ขั้นตอนเดียวที่สัญญาณอ่อนที่ใช้ที่ขั้วฐานจะถูกแปลงเป็นβเท่าของสัญญาณจริงที่เทอร์มินัลตัวรวบรวม
วัตถุประสงค์ส่วนหนึ่ง:
CIN คือตัวเก็บประจุแบบ coupling ที่จับคู่สัญญาณอินพุตกับฐานของทรานซิสเตอร์ ดังนั้นตัวเก็บประจุนี้จะแยกแหล่งที่มาจากทรานซิสเตอร์และอนุญาตให้ส่งสัญญาณ ac เท่านั้น CE เป็นตัวเก็บประจุแบบบายพาสซึ่งทำหน้าที่เป็นเส้นทางความต้านทานต่ำสำหรับสัญญาณขยาย COUT คือตัวเก็บประจุแบบ coupling ซึ่งจับคู่สัญญาณเอาต์พุตจากตัวเก็บรวบรวมของทรานซิสเตอร์ ดังนั้นตัวเก็บประจุนี้จะแยกเอาต์พุตจากทรานซิสเตอร์และอนุญาตให้ส่งสัญญาณ ac เท่านั้น R2 และ RE ให้ความเสถียรของแอมพลิฟายเออร์ในขณะที่ R1 และ R2 ร่วมกันช่วยให้มั่นใจได้ถึงเสถียรภาพในจุดไบแอส DC โดยทำหน้าที่เป็นตัวแบ่งที่มีศักยภาพ
การทำงาน:
วงจรจะทำงานทันทีในแต่ละช่วงเวลา เพื่อให้เข้าใจง่ายเมื่อแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับที่ขั้วฐานเพิ่มการเพิ่มขึ้นของกระแสที่สอดคล้องกันที่ไหลผ่านตัวต้านทานอีซีแอล ดังนั้นการเพิ่มขึ้นของกระแสอีซีแอลนี้จะเพิ่มกระแสสะสมที่สูงขึ้นเพื่อไหลผ่านทรานซิสเตอร์ซึ่งจะลดการลดลงของตัวปล่อยตัวสะสม VCE ในทำนองเดียวกันเมื่อแรงดันไฟฟ้ากระแสสลับขาเข้าลดลงแบบทวีคูณแรงดันไฟฟ้า VCE จะเริ่มเพิ่มขึ้นเนื่องจากการลดลงของกระแสอีซีแอล การเปลี่ยนแปลงแรงดันไฟฟ้าทั้งหมดนี้สะท้อนให้เห็นทันทีที่เอาต์พุตซึ่งจะเป็นรูปคลื่นกลับด้านของอินพุต แต่จะขยายสัญญาณ
|
ลักษณะเฉพาะ |
ฐานทั่วไป |
Emitter ทั่วไป |
นักสะสมทั่วไป |
|
แรงดันไฟฟ้าที่เพิ่มขึ้น |
สูง |
ปานกลาง |
ต่ำ |
|
กำไรปัจจุบัน |
ต่ำ |
ปานกลาง |
สูง |
|
กำลังรับ |
ต่ำ |
สูงมาก |
ปานกลาง |
ตาราง: รับตารางเปรียบเทียบ
จากตารางด้านบนสามารถใช้การกำหนดค่าที่เกี่ยวข้องได้