Điện tử cơ bản - Cấu hình bóng bán dẫn
Một Transistor có 3 cực là cực phát, cực gốc và cực thu. 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 3 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 này ngụ ý rằng đầu cuối Cơ sở được coi là 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 đặt điện áp cực phát, vì nó được phân cực thuận, các điện tử từ cực âm đẩy các điện tử phát ra và dòng điện chạy qua bộ phát và đế đến bộ thu để góp phần tạo ra dòng điện thu. Điện áp bộ thuVCB được giữ không đổi trong suốt này.
Trong cấu hình CB, dòng đầu vào là dòng phát IE và dòng ra là dòng thu IC.
Current Amplification Factor (α)
Tỷ số giữa sự thay đổi dòng điện cực thu ($ \ Delta I_ {C} $) với sự thay đổi dòng điện cực phát ($ \ Delta I_ {E} $) khi điện áp bộ thu VCB được giữ không đổi, được gọi là Current amplification factor. Nó được ký hiệu là α.
$$ \ alpha \: = \: \ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}} \: \: tại \: hằng số \: V_ {CB} $$
Biểu thức cho hiện tại Bộ sưu tập
Với ý tưởng trên, chúng ta hãy thử vẽ một số biểu thức cho dòng điện góp. Cùng với dòng điện phát chạy, có một số lượng dòng điện cơ bản IB chạy qua cực cơ sở do sự tái kết hợp lỗ trống 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
$$ \ mathbf {\ mathit {\ alpha I_ {E}}} $$
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
$$ I_ {C} \: = \: \ alpha I_ {E} \: + \: I_ {CBO} $$
$$ I_ {E} \: = \: I_ {C} \: + \: I_ {B} $$
$$ I_ {C} \: = \: \ alpha (I_ {C} \: + \: I_ {B}) \: + \: I_ {CBO} $$
$$ I_ {C} (1 \: - \: \ alpha) \: = \: \ alpha I_ {B} \: + \: I_ {CBO} $$
$$ I_ {C} \: = \: (\ frac {\ alpha} {1 \: - \: \ alpha}) \: I_ {B} \: + \: (\ frac {I_ {CBO}} { 1 \: - \: \ alpha}) $$
$$ I_ {C} \: = \: (\ frac {\ alpha} {1 \: - \: \ alpha}) \: I_ {B} \: + \: (\ frac {1} {1 \: - \: \ alpha}) I_ {CBO} $$
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.
Đang VCBkhông đổi, với sự gia tăng nhỏ điện áp gốc máy phát V EB , dòng điện máy phátIE được tăng lên.
Máy phát hiện tại IE độc lập với điện áp Collector VCB.
Điện áp thu VCB có thể ảnh hưởng đến dòng thu ICchỉ ở điện áp thấp, khi V EB được giữ không đổi.
Điện trở đầu vào ri là tỷ số giữa sự thay đổi của điện áp gốc bộ phát ($ \ Delta {V_ {EB}} $) với sự thay đổi của dòng điện phát ($ \ Delta {I_ {E}} $) ở điện áp cơ sở bộ thu không đổi VCB.
$$ \ eta \: = \: \ frac {\ Delta {V_ {EB}}} {\ Delta {I_ {E}}} \: \: tại \: hằng số \: V_ {CB} $$
Vì điện trở đầu vào có giá trị rất thấp, một giá trị nhỏ của V EB là đủ để tạo ra dòng điện phát lớn.IE.
Điện trở đầu ra r o là tỷ số giữa sự thay đổi của điện áp cơ sở bộ thu ($ \ Delta {V_ {CB}} $) với sự thay đổi của dòng điện cực thu ($ \ Delta {I_ {C}} $) ở dòng điện phát không đổiIE.
$$ r_ {o} \: = \: \ frac {\ Delta {V_ {CB}}} {\ Delta {I_ {C}}} \: tại \: hằng số \: l_ {E} $$
Vì điện trở đầu ra có giá trị rất cao, một sự thay đổi lớn trong VCB tạo ra một sự thay đổi rất nhỏ trong dòng thu IC.
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.
Base Current Amplification factor (β)
Tỷ lệ giữa sự thay đổi của dòng điện thu ($ \ Delta {I_ {C}} $) với sự thay đổi của dòng điện cơ bản ($ \ Delta {I_ {B}} $) được gọi là Base 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 $$
$$ \ beta \: = \: \ frac {\ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}}} {\ frac {\ Delta I_ {E}} {\ Delta I_ {E}} \: - \: \ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}}} $$
$$ \ alpha \: = \: \ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}} $$
Chúng ta có
$$ \ alpha \: = \: \ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}} $$
Vì thế,
$$ \ beta \: = \: \ frac {\ alpha} {1- \ alpha} $$
Từ phương trình trên, rõ ràng rằng, khi α tiến gần đến 1, β tiến tới vô cùng.
Vì thế, the current gain in Common Emitter connection is very high. Đây là lý do kết nối mạch này hầu hết được sử dụng trong tất cả các ứng dụng bóng bán dẫn.
Biểu thức cho bộ sưu tập hiện tại
Trong cấu hình Bộ phát chung, IB là dòng điện đầu vào và IC là dòng điện đầu ra.
Chúng tôi biết
$$ 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 đang mở, tức là nếu IB = 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 dòng điện cơ bản IB không đổi, nếu VCE rất đa dạng, IC tăng gần 1v của VCEvà không đổi sau đó. Giá trị này củaVCE hiện tại bộ thu nào IC thay đổi với VCE nó được gọi là Knee 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.
Duy trì VCE không đổi, với một sự gia tăng nhỏ trong VBE dòng điện cơ bản IB tăng nhanh hơn so với cấu hình CB.
Đối với bất kỳ giá trị nào của VCE điện áp trên đầu gối, IC xấp xỉ bằng βIB.
Điện trở đầu vào ri là tỷ số giữa sự thay đổi của điện áp cực phát cơ bản ($ \ Delta {V_ {BE}} $) với sự thay đổi của dòng điện cơ bản ($ \ Delta {I_ {B}} $) ở điện áp cực phát không đổi VCE.
$$ r_ {i} \: = \: \ frac {\ Delta {V_ {BE}}} {\ Delta {I_ {B}}} \: tại \: hằng số \: V_ {CE} $$
Vì điện trở đầu vào có giá trị rất thấp, một giá trị nhỏ của VBE đủ để tạo ra một dòng điện cơ bản lớn IB.
Điện trở đầu ra ro là tỷ số giữa sự thay đổi của điện áp bộ phát cực thu ($ \ Delta {V_ {CE}} $) với sự thay đổi của dòng điện cực thu ($ \ Delta {I_ {C}} $) không đổi IB.
$$ r_ {o} \: = \: \ frac {\ Delta {V_ {CE}}} {\ Delta {I_ {C}}} \: tại \: hằng số \: I_ {B} $$
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.
Current Amplification Factor (γ)
Tỷ số giữa sự thay đổi của dòng điện phát ($ \ Delta {I_ {E}} $) với sự thay đổi của dòng điện cơ bản ($ \ Delta {I_ {B}} $) được gọi là Current Amplification factortrong cấu hình bộ thu chung (CC). Nó được ký hiệu làγ.
$$ \ gamma \: = \: \ frac {\ Delta {I_ {E}}} {\ Delta {I_ {B}}} $$
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 $ \ Delta I_ {E} $
$$ \ gamma \: = \: \ frac {\ frac {\ Delta I_ {E}} {\ Delta I_ {E}}} {\ frac {\ Delta I_ {E}} {\ Delta I_ {E}} \: - \: \ frac {\ Delta I_ {C}} {\ Delta I_ {E}}} $$
$$ \ frac {1} {1 \: - \: \ alpha} $$
$$ \ gamma \: = \: \ frac {1} {1 \: - \: \ alpha} $$
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.