Transistor như một bộ khuếch đại
Để một bóng bán dẫn hoạt động như một bộ khuếch đại, nó phải được phân cực đúng. Chúng ta sẽ thảo luận về sự cần thiết của xu hướng thích hợp trong chương tiếp theo. Ở đây, chúng ta hãy tập trung vào cách một bóng bán dẫn hoạt động như một bộ khuếch đại.
Bộ khuếch đại bóng bán dẫn
Một bóng bán dẫn hoạt động như một bộ khuếch đại bằng cách tăng cường độ của tín hiệu yếu. Điện áp phân cực DC được áp dụng cho điểm nối cơ sở của bộ phát, làm cho nó vẫn ở trong điều kiện phân cực thuận. Phân cực thuận này được duy trì bất kể phân cực của tín hiệu. Hình dưới đây cho thấy một bóng bán dẫn trông như thế nào khi được kết nối như một bộ khuếch đại.
Điện trở thấp trong mạch đầu vào, cho phép bất kỳ thay đổi nhỏ nào trong tín hiệu đầu vào dẫn đến sự thay đổi đáng kể trong đầu ra. Dòng điện phát do tín hiệu đầu vào gây ra sẽ tạo ra dòng điện góp, dòng điện này khi chạy qua điện trở tải R L , dẫn đến sụt áp lớn trên nó. Do đó, điện áp đầu vào nhỏ dẫn đến điện áp đầu ra lớn, điều này cho thấy bóng bán dẫn hoạt động như một bộ khuếch đại.
Thí dụ
Để có sự thay đổi 0,1v trong điện áp đầu vào đang được áp dụng, điều này sẽ tạo ra sự thay đổi 1mA trong dòng phát. Dòng phát này rõ ràng sẽ tạo ra sự thay đổi trong dòng thu, cũng sẽ là 1mA.
Điện trở tải 5kΩ được đặt trong bộ thu sẽ tạo ra điện áp
5 kΩ × 1 mA = 5V
Do đó, người ta quan sát thấy sự thay đổi 0,1v ở đầu vào làm thay đổi 5v ở đầu ra, có nghĩa là mức điện áp của tín hiệu được khuếch đại.
Hiệu suất của Bộ khuếch đại
Vì chế độ kết nối bộ phát phổ biến hầu hết được sử dụng, trước tiên chúng ta hãy hiểu một số thuật ngữ quan trọng liên quan đến chế độ kết nối này.
Kháng đầu vào
Khi mạch đầu vào được phân cực thuận, điện trở đầu vào sẽ thấp. Điện trở đầu vào là sự đối lập được cung cấp bởi đường giao nhau gốc-phát đối với luồng tín hiệu.
Theo định nghĩa, nó là tỷ số giữa sự thay đổi nhỏ của điện áp cực phát (ΔV BE ) với sự thay đổi dẫn đến dòng điện cơ bản (ΔI B ) ở điện áp cực thu-phát không đổi.
Điện trở đầu vào, $ R_i = \ frac {\ Delta V_ {BE}} {\ Delta I_B} $
Trong đó R i = điện trở đầu vào, V BE = điện áp cực phát và I B = dòng điện cơ bản.
Kháng đầu ra
Điện trở đầu ra của bộ khuếch đại bóng bán dẫn rất cao. Dòng điện cực góp thay đổi rất nhẹ với sự thay đổi của điện áp bộ thu - phát.
Theo định nghĩa, nó là tỷ số giữa sự thay đổi của điện áp cực thu-phát (ΔV CE ) với sự thay đổi dẫn đến dòng điện thu (ΔI C ) ở dòng điện cơ bản không đổi.
Điện trở đầu ra = $ R_o = \ frac {\ Delta V_ {CE}} {\ Delta I_C} $
Trong đó R o = Điện trở đầu ra, V CE = Điện áp thu-phát và I C = Điện áp thu-phát.
Tải bộ thu hiệu quả
Tải được kết nối tại cực thu của bóng bán dẫn và đối với bộ khuếch đại một tầng, điện áp đầu ra được lấy từ cực thu của bóng bán dẫn và đối với bộ khuếch đại nhiều tầng, điện áp đầu ra được lấy từ bộ phân tầng của mạch bóng bán dẫn.
Theo định nghĩa, nó là tổng tải được thấy bởi dòng điện cực thu. Trong trường hợp bộ khuếch đại một tầng, tải thu hiệu dụng là sự kết hợp song song của R C và R o .
Tải bộ thu thập hiệu quả, $ R_ {AC} = R_C // R_o $
$$ = \ frac {R_C \ times R_o} {R_C + R_o} = R_ {AC} $$
Do đó đối với một bộ khuếch đại giai đoạn duy nhất, tải có hiệu quả tương đương với tải thu R C .
Trong bộ khuếch đại nhiều tầng (nghĩa là có nhiều hơn một tầng khuếch đại), điện trở đầu vào R i của tầng tiếp theo cũng xuất hiện.
Tải thu hiệu dụng trở thành tổ hợp song song của R C , R o và R i tức là
Tải bộ thu thập hiệu quả, $ R_ {AC} = R_C // R_o // R_i $
$$ R_C // R_i = \ frac {R_C R_i} {R_C + R_i} $$
Do điện trở đầu vào R i khá nhỏ, do đó tải hiệu dụng bị giảm.
Lợi ích hiện tại
Độ lợi về dòng điện khi quan sát thấy những thay đổi trong dòng điện đầu vào và đầu ra, được gọi là Current gain. Theo định nghĩa, nó là tỷ số giữa sự thay đổi của dòng điện góp (ΔI C ) với sự thay đổi của dòng điện cơ bản (ΔI B ).
Mức tăng hiện tại, $ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} $
Giá trị của β nằm trong khoảng từ 20 đến 500. Độ lợi dòng điện chỉ ra rằng dòng điện đầu vào trở thành gấp β lần dòng điện thu.
Tăng điện áp
Độ lợi về mặt điện áp khi quan sát thấy những thay đổi trong dòng điện đầu vào và đầu ra, được gọi là Voltage gain. Theo định nghĩa, nó là tỷ số giữa sự thay đổi của điện áp đầu ra (ΔV CE ) với sự thay đổi của điện áp đầu vào (ΔV BE ).
Tăng điện áp, $ A_V = \ frac {\ Delta V_ {CE}} {\ Delta V_ {BE}} $
$$ = \ frac {Thay đổi \: in \: output \: current \ times effect \: load} {Change \: in \: input \: current \ times input \: kháng} $$
$$ = \ frac {\ Delta I_C \ times R_ {AC}} {\ Delta I_B \ times R_i} = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} \ times \ frac {R_ {AC}} {R_i} = \ beta \ times \ frac {R_ {AC}} {R_i} $$
Đối với một giai đoạn duy nhất, R AC = R C .
Tuy nhiên, đối với Đa tầng,
$$ R_ {AC} = \ frac {R_C \ times R_i} {R_C + R_i} $$
Trong đó R i là điện trở đầu vào của giai đoạn tiếp theo.
Tăng sức mạnh
Độ lợi về mặt công suất khi quan sát thấy những thay đổi trong dòng điện đầu vào và đầu ra, được gọi là Power gain.
Theo định nghĩa, nó là tỷ số giữa công suất tín hiệu đầu ra với công suất tín hiệu đầu vào.
Tăng công suất, $ A_P = \ frac {(\ Delta I_C) ^ 2 \ times R_ {AC}} {(\ Delta I_B) ^ 2 \ times R_i} $
$$ = \ left (\ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} \ right) \ times \ frac {\ Delta I_C \ times R_ {AC}} {\ Delta I_B \ times R_i} $$
= Mức tăng hiện tại × Mức tăng điện áp
Do đó, đây là tất cả các thuật ngữ quan trọng đề cập đến hiệu suất của bộ khuếch đại.