Cấu hình bóng bán dẫn
Bất kỳ bóng bán dẫn nào cũng có ba thiết bị đầu cuối, emitter, các base, và collector. Sử dụng 3 đầu cuối này, bóng bán dẫn có thể được kết nối trong một mạch với một đầu cuối chung cho cả đầu vào và đầu ra theo ba cấu hình có thể khác nhau.
Ba loại cấu hình là Common Base, Common Emitter và Common Collectorcấu hình. Trong mọi cấu hình, điểm nối bộ phát được phân cực thuận và điểm nối bộ thu được phân cực ngược.
Cấu hình cơ sở chung (CB)
Bản thân cái tên ngụ ý rằng Baseđầu cuối được coi là thiết bị đầu cuối chung cho cả đầu vào và đầu ra của bóng bán dẫn. Kết nối cơ sở chung cho cả hai bóng bán dẫn NPN và PNP như thể hiện trong hình sau.
Để dễ hiểu, chúng ta hãy xem xét bóng bán dẫn NPN trong cấu hình CB. Khi điện áp phát được đặt vào, vì nó được phân cực thuận, các điện tử từ cực âm đẩy các điện tử phát ra và dòng điện chạy qua thiết bị phát và đế tới bộ thu để góp phần tạo ra dòng điện thu. Điện áp thu V CB được giữ không đổi trong suốt thời gian này.
Trong cấu hình CB, dòng đầu vào là dòng phát IE và dòng ra là dòng thu IC.
Hệ số khuếch đại dòng điện (α)
Tỷ số giữa sự thay đổi của dòng điện cực góp (ΔI C ) và sự thay đổi của dòng điện phát (ΔI E ) khi điện áp bộ thu V CB được giữ không đổi, được gọi làCurrent amplification factor. Nó được ký hiệu làα.
$ \ alpha = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E} $ tại V CB không đổi
Biểu thức cho hiện tại Bộ sưu tập
Với ý tưởng trên, chúng ta hãy thử rút ra một số biểu thức cho dòng điện góp.
Cùng với dòng điện phát chạy, có một số lượng dòng điện cơ bản IBdòng chảy qua cực cơ sở do sự tái kết hợp lỗ điện tử. Khi mối nối đế thu được phân cực ngược, có một dòng điện khác chạy do các hạt tải điện thiểu số. Đây là dòng điện rò rỉ có thể hiểu làIleakage. Điều này là do các tàu sân bay phí thiểu số và do đó rất nhỏ.
Dòng điện phát đạt đến cực thu là
$$ \ alpha I_E $$
Tổng bộ thu hiện tại
$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {rò rỉ} $$
Nếu điện áp gốc của bộ phát V EB = 0, ngay cả khi đó, vẫn có dòng điện rò rỉ nhỏ, có thể được gọi là I CBO (dòng điện gốc bộ thu với đầu ra mở).
Do đó, dòng điện thu có thể được biểu thị bằng
$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {CBO} $$
$$ I_E = I_C + I_B $$
$$ I_C = \ alpha (I_C + I_B) + I_ {CBO} $$
$$ I_C (1 - \ alpha) = \ alpha I_B + I_ {CBO} $$
$$ I_C = \ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} I_B + \ frac {I_ {CBO}} {1 - \ alpha} $$
$$ I_C = \ left (\ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} \ right) I_B + \ left (\ frac {1} {1 - \ alpha} \ right) I_ {CBO} $$
Do đó suy ra ở trên là biểu thức cho dòng điện thu. Giá trị của dòng điện góp phụ thuộc vào dòng điện cơ bản và dòng điện rò cùng với hệ số khuếch đại dòng điện của bóng bán dẫn đang sử dụng.
Đặc điểm của cấu hình CB
Cấu hình này cung cấp độ lợi điện áp nhưng không có độ lợi dòng điện.
Là V CB không đổi, với sự tăng nhỏ của điện áp cơ sở máy phát V EB , dòng điện máy phát I E sẽ tăng lên.
Dòng điện phát I E độc lập với điện áp thu V CB .
Điện áp bộ thu V CB chỉ có thể ảnh hưởng đến dòng điện cực thu I C ở điện áp thấp, khi V EB được giữ không đổi.
Điện trở đầu vào Rilà tỷ số giữa sự thay đổi của điện áp cơ sở phát (ΔV EB ) với sự thay đổi của dòng điện phát (ΔI E ) ở điện áp cơ sở thu không đổi V CB .
$ R_i = \ frac {\ Delta V_ {EB}} {\ Delta I_E} $ tại V CB không đổi
Khi kháng đầu vào có giá trị rất thấp, giá trị nhỏ của V EB là đủ để tạo ra một dòng chảy lớn hiện nay của phát hiện tôi E .
Điện trở đầu ra Rolà tỷ số giữa sự thay đổi của điện áp cơ sở bộ góp (ΔV CB ) với sự thay đổi của dòng điện bộ góp (ΔI C ) tại dòng điện phát không đổi IE.
$ R_o = \ frac {\ Delta V_ {CB}} {\ Delta I_C} $ tại I E không đổi
Khi kháng đầu ra có giá trị rất cao, một sự thay đổi lớn trong V CB tạo ra một sự thay đổi rất ít trong sưu tập hiện tại tôi C .
Cấu hình này cung cấp độ ổn định tốt khi nhiệt độ tăng lên.
Cấu hình CB được sử dụng cho các ứng dụng tần số cao.
Cấu hình Bộ phát chung (CE)
Bản thân cái tên ngụ ý rằng Emitterđầu cuối được coi là thiết bị đầu cuối chung cho cả đầu vào và đầu ra của bóng bán dẫn. Kết nối bộ phát chung cho cả bóng bán dẫn NPN và PNP như thể hiện trong hình sau.
Cũng giống như trong cấu hình CB, điểm nối bộ phát được phân cực thuận và điểm nối bộ thu được phân cực ngược. Dòng electron được điều khiển theo cách tương tự. Dòng điện đầu vào là dòng điện cơ bảnIB và dòng ra là dòng thu IC đây.
Hệ số khuếch đại dòng điện cơ bản (β)
Tỷ số giữa sự thay đổi của dòng điện góp (ΔI C ) và sự thay đổi của dòng điện cơ bản (ΔI B ) được gọi làBase Current Amplification Factor. Nó được ký hiệu là β.
$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} $$
Mối quan hệ giữa β và α
Chúng ta hãy thử suy ra mối quan hệ giữa hệ số khuếch đại dòng cơ bản và hệ số khuếch đại dòng phát.
$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_B} $$
$$ \ alpha = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E} $$
$$ I_E = I_B + I_C $$
$$ \ Delta I_E = \ Delta I_B + \ Delta I_C $$
$$ \ Delta I_B = \ Delta I_E - \ Delta I_C $$
Chúng tôi có thể viết
$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E - \ Delta I_C} $$
Chia cho ΔI E
$$ \ beta = \ frac {\ Delta I_C / \ Delta I_E} {\ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_E} - \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E}} $$
Chúng ta có
$$ \ alpha = \ Delta I_C / \ Delta I_E $$
Vì thế,
$$ \ beta = \ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} $$
Từ phương trình trên, rõ ràng rằng, khi α tiến gần đến 1, β tiến tới vô cùng.
Vì thế, the current gain in Common Emitter connection is very high. Đây là lý do kết nối mạch này hầu hết được sử dụng trong tất cả các ứng dụng bóng bán dẫn.
Biểu thức cho bộ sưu tập hiện tại
Trong cấu hình Bộ phát chung, I B là dòng điện đầu vào và I C là dòng điện đầu ra.
Chúng tôi biết
$$ I_E = I_B + I_C $$
Và
$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {CBO} $$
$$ = \ alpha (I_B + I_C) + I_ {CBO} $$
$$ I_C (1 - \ alpha) = \ alpha I_B + I_ {CBO} $$
$$ I_C = \ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} I_B + \ frac {1} {1 - \ alpha} I_ {CBO} $$
Nếu mạch cơ sở mở, tức là nếu I B = 0,
Bộ thu phát hiện tại với cơ sở mở là tôi Giám đốc điều hành
$$ I_ {CEO} = \ frac {1} {1 - \ alpha} I_ {CBO} $$
Thay giá trị của giá trị này trong phương trình trước, chúng ta nhận được
$$ I_C = \ frac {\ alpha} {1 - \ alpha} I_B + I_ {CEO} $$
$$ I_C = \ beta I_B + I_ {CEO} $$
Do đó phương trình cho dòng điện thu được.
Điện áp đầu gối
Trong cấu hình CE, bằng cách giữ cho dòng cơ bản I B không đổi, nếu V CE thay đổi, I C tăng gần 1v của V CE và không đổi sau đó. Giá trị này của V CE mà dòng thu I C thay đổi theo V CE được gọi làKnee Voltage. Các bóng bán dẫn trong khi hoạt động ở cấu hình CE, chúng được hoạt động trên điện áp đầu gối này.
Đặc điểm của cấu hình CE
Cấu hình này cung cấp độ lợi dòng điện và độ lợi điện áp tốt.
Giữ V CE không đổi, với mức tăng nhỏ V BE, dòng cơ bản I B tăng nhanh hơn so với cấu hình CB.
Đối với bất kỳ giá trị của V CE trên điện áp đầu gối, tôi C là xấp xỉ bằng βI B .
Điện trở đầu vào Rilà tỷ số giữa sự thay đổi của điện áp cực phát (ΔV BE ) và sự thay đổi của dòng cơ bản (ΔI B ) ở điện áp cực phát không đổi V CE .
$ R_i = \ frac {\ Delta V_ {BE}} {\ Delta I_B} $ tại V CE không đổi
Vì điện trở đầu vào có giá trị rất thấp, một giá trị nhỏ của V BE là đủ để tạo ra dòng điện cơ bản I B lớn .
Điện trở đầu ra Rolà tỷ số giữa sự thay đổi của điện áp cực phát (ΔV CE ) với sự thay đổi của dòng điện cực góp (ΔI C ) tại I B không đổi .
$ R_o = \ frac {\ Delta V_ {CE}} {\ Delta I_C} $ với hằng số I B
Vì điện trở đầu ra của mạch CE nhỏ hơn điện trở của mạch CB.
Cấu hình này thường được sử dụng cho các phương pháp ổn định thiên vị và các ứng dụng tần số âm thanh.
Cấu hình Bộ thu chung (CC)
Bản thân cái tên ngụ ý rằng Collectorđầu cuối được coi là thiết bị đầu cuối chung cho cả đầu vào và đầu ra của bóng bán dẫn. Kết nối bộ thu chung cho cả bóng bán dẫn NPN và PNP như thể hiện trong hình sau.
Cũng giống như trong cấu hình CB và CE, đường giao nhau cực phát được phân cực thuận và đường giao nhau thu được phân cực ngược. Dòng electron được điều khiển theo cách tương tự. Dòng điện đầu vào là dòng điện cơ bảnIB và dòng ra là dòng phát IE đây.
Hệ số khuếch đại dòng điện (γ)
Tỷ số giữa sự thay đổi của dòng phát (ΔI E ) và sự thay đổi của dòng cơ bản (ΔI B ) được gọi làCurrent Amplification factortrong cấu hình bộ thu chung (CC). Nó được ký hiệu là γ.
$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_B} $$
- Mức tăng hiện tại trong cấu hình CC giống như trong cấu hình CE.
- Mức tăng điện áp trong cấu hình CC luôn nhỏ hơn 1.
Mối quan hệ giữa γ và α
Chúng ta hãy thử rút ra một số quan hệ giữa γ và α
$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_B} $$
$$ \ alpha = \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E} $$
$$ I_E = I_B + I_C $$
$$ \ Delta I_E = \ Delta I_B + \ Delta I_C $$
$$ \ Delta I_B = \ Delta I_E - \ Delta I_C $$
Thay thế giá trị của I B , chúng ta nhận được
$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_E - \ Delta I_C} $$
Chia cho ΔI E
$$ \ gamma = \ frac {\ Delta I_E / \ Delta I_E} {\ frac {\ Delta I_E} {\ Delta I_E} - \ frac {\ Delta I_C} {\ Delta I_E}} $$
$$ = \ frac {1} {1 - \ alpha} $$
$$ \ gamma = \ frac {1} {1 - \ alpha} $$
Biểu thức cho dòng điện thu
Chúng tôi biết
$$ I_C = \ alpha I_E + I_ {CBO} $$
$$ I_E = I_B + I_C = I_B + (\ alpha I_E + I_ {CBO}) $$
$$ I_E (1 - \ alpha) = I_B + I_ {CBO} $$
$$ I_E = \ frac {I_B} {1 - \ alpha} + \ frac {I_ {CBO}} {1 - \ alpha} $$
$$ I_C \ cong I_E = (\ beta + 1) I_B + (\ beta + 1) I_ {CBO} $$
Trên đây là biểu thức cho dòng điện cực góp.
Đặc điểm của cấu hình CC
Cấu hình này cung cấp độ lợi hiện tại nhưng không có độ lợi điện áp.
Trong cấu hình CC, điện trở đầu vào cao và điện trở đầu ra thấp.
Mức tăng điện áp được cung cấp bởi mạch này nhỏ hơn 1.
Tổng của dòng điện cực thu và dòng điện cơ bản bằng dòng điện phát.
Các tín hiệu đầu vào và đầu ra cùng pha.
Cấu hình này hoạt động như đầu ra bộ khuếch đại không đảo.
Mạch này chủ yếu được sử dụng để kết hợp trở kháng. Điều đó có nghĩa là, để điều khiển tải trở kháng thấp từ nguồn trở kháng cao.