Perguntas básicas sobre amplificação de transistor

Alguém pode explicar como um transistor pode amplificar tensão ou corrente? De acordo com mim, amplificação significa - você envia algo pequeno, sai maior. Digamos, por exemplo, eu quero amplificar uma onda sonora. Eu sussurro para um amplificador de som, e sai, digamos, 5 vezes maior (dependendo do fator de amplificação)

Mas quando eu li sobre a ação de amplificação de transistor , todos os livros dizem que, desde uma pequena mudança na corrente base ΔIb, mas uma grande mudança correspondente na corrente do emissor ΔIe, há amplificação. Mas onde está a amplificação? O que está sendo amplificado como eu o defini? O meu entendimento do termo amplificação está errado? E como a corrente está sendo transferida de uma área de baixa resistência para uma área de alta resistência?

Acho que entendi como o transistor é construído e como as correntes fluem. Alguém pode explicar claramente a ação de amplificação do transistor e relacioná-la com o que eu entendo sobre amplificação.

Vou começar primeiro com a definição de amplificação. Da maneira mais geral, a amplificação é apenas uma razão entre dois valores. Isso não implica que o valor de saída seja maior que o valor de entrada (embora essa seja a maneira mais usada). Também não é importante se a alteração atual é grande ou pequena.

Agora vamos para alguns valores comuns de amplificação usados:

O mais importante (e aquele sobre o qual sua pergunta fala) é . É definido como β = I $\beta$ , onde aIcé a corrente vai para o colector eIbé a corrente na base. Se reorganizarmos um pouco a fórmula, obteremosIc=βIb,que é a fórmula mais usada. Por causa dessa fórmula, algumas pessoas dizem que o transistor "amplifica" a corrente base.$\beta= \frac {I_c} {I_b}$$I_c$$I_b$$I_c=\beta I_b$

Agora, como isso se relaciona com a corrente do emissor? Bem, também temos a fórmula Quando combinamos essa fórmula com a segunda fórmula, obtemos β I b + I b + I e = 0 . A partir disso, podemos obter a corrente do emissor como - I e = β I b + I b = I b ( β + 1 ) (observe que eu $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$ é corrente entrando no emissor, então é negativo).

A partir disso, você pode ver que, usando o como uma ferramenta útil nos cálculos, podemos ver a relação entre a corrente de base do transistor e a corrente do emissor do transistor. Como na prática o β está na faixa de centenas a milhares, podemos dizer que a corrente base "pequena" é "amplificada" em corrente coletor "grande" (que, por sua vez, torna a corrente do emissor "grande"). Note que eu não falei sobre deltas até agora. Isso ocorre porque o transistor como um elemento não requer que a corrente seja alterada. Você pode simplesmente conectar a base a uma corrente contínua de CC e o transistor funcionará bem. Se a mudança na corrente for necessária, será$\beta$$\beta$

Há outro valor também usado e seu nome é . Aqui está o que é: α = I $\alpha$ . Quando reorganizamos isso, podemos ver queIc=αIe. Entãoαé o valor pelo qual a corrente do emissor é amplificada para produzir corrente de coletor. Nesse caso, a amplificação realmente nos dá uma saída menor (embora na práticaαseja próximo de 1, algo como 0,98 ou superior), porque, como sabemos, a corrente do emissor saindo do transistor é a soma da corrente base e corrente do coletor que está entrando no transistor.$\alpha = \frac {I_c} {I_e}$$I_c= \alpha I_e$$\alpha$$\alpha$

Agora vou falar um pouco sobre como o transistor amplifica a tensão e a corrente. O segredo é: não. O amplificador de tensão ou corrente sim! O amplificador em si é um circuito um pouco mais complexo que explora propriedades de um transistor. Também possui nó de entrada e nó de saída. A amplificação de tensão é a razão de tensão entre os nós . A amplificação de corrente é a razão de correntes entre esses dois nós:Ai=Iou$A_v = \frac {V_{out}}{V_{in}}$ . Também temos amplificação de potência, que é o produto da amplificação de corrente e tensão. Observe que a amplificação pode mudar dependendo dos nós que escolhemos como nó de entrada e nó de saída!$A_i=\frac {I_{out}}{I_{in}}$

Existem alguns valores mais interessantes relacionados aos transistores que você pode encontrar aqui

Então, para resumir: temos o transistor que está fazendo algo. Para usar o transistor com segurança, precisamos ser capazes de representar o que o transistor está fazendo. Uma das maneiras de representar processos ocorrendo no transistor é usar o termo "amplificação". Portanto, usando a amplificação, podemos evitar realmente entender o que está acontecendo no transistor (se você tiver alguma aula de física de semicondutores, aprenderá isso lá) e ter apenas algumas equações que serão úteis para um grande número de problemas práticos.

Transistor não amplifica. Imagine ondas sonoras atingindo um microfone: o que realmente acontece é que o sinal sonoro não passa para o microfone, mas o microfone produz um sinal correspondente ao sinal sonoro; Não é o sinal real.

Lembre-se de que os sinais reais no mundo real não podem ser amplificados ou atenuados. Você consegue captar um som ou qualquer outro sinal do mundo real? Não. São como são, só podemos criar um sistema que funcione com o efeito do sinal do mundo real; ondas sonoras atingidas no microfone, batidas leves na lente da câmera etc.

Mas quando se trata de um transistor, você aplica um sinal de entrada à base e obtém um novo sinal correspondente ao sinal de entrada com maior amplitude no coletor. Lembre-se de que isso acontece porque uma pequena alteração no lado de entrada corresponderá a uma grande alteração no lado de saída, devido à variação na resistência. É apenas um efeito individual. O sinal de saída é totalmente um novo sinal de amplitude de ralador, não o sinal real.

O sinal está sendo amplificado. Dependendo do design do amplificador de transistor, a corrente base real pode ou não fazer parte da corrente de saída. Não fique preso a uma definição de amplificação que exija que cada elétron de entrada fique maior e depois passe para a saída ...

O princípio de funcionamento de um BJT (transistor de junção bipolar), que o torna útil, é que ele amplifica a corrente . Jogue uma corrente pequena, obtenha uma corrente maior. O factor de amplificação é um parâmetro importante do transistor, e é chamado . Um transistor de uso geral pode ter um h F E de 100, por exemplo, algumas vezes mais alto. Os transistores de potência precisam fazer isso com menos, como 20 a 30. Portanto, se eu injetar uma corrente de 1 mA na base do meu transistor NPN de uso geral, receberei 100 mA de corrente do coletor. Isso é amplificação, certo? Amplificação de corrente . $h_{FE}$$h_{FE}$

E quanto à amplificação de tensão? Bem, vamos adicionar alguns resistores. Os resistores são baratos, mas se você quiser ganhar dinheiro, pode tentar vendê-los caros chamando-os de "conversores de tensão para corrente" :-).

Adicionamos um resistor de base, o que causará uma corrente de base de

$I_B = \dfrac{V_B - 0.7 V}{R_B}$

$I_C$$h_{FE}$

$I_C = \dfrac{h_{FE} \cdot (V_B - 0.7 V)}{R_B}$

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.

With a transistor, you can achieve this: Give a small signal(ac) at input, and get a larger valued(higher amplitude) signal at output. But this is not all. You have to give DC supply at collector and base; emitter if required. This is called biasing the dc point. The rms power you get at the output will be less than the dc power you have supplied.

If you want to do analysis, there are two steps involved for any circuit.

1. DC analysis: don't consider any ac signal. Find out the values of all diode currents based on dc voltage at various nodes(Collector, base , emitter). This is done by using KVL along various loops.

2. AC model:
   This makes very clear: what we draw as a circuit v/s what elements are actually present inside. Going further, the diode has forward resistance. So the actual model will be like this:

From DC analysis, you must have found the value of Ie. According to diode theory, Re = (26mV/Ie). Our aim is to find Vout/Vin.
1. Vout will depend on Ic.
2. Ic will depend on Ib.
3. Ib will depend on Vin and Re.
4. Re we have found from DC analysis.

In AC analysis, we make all the DC supply to 0V. By looking at this, you can make out that the output signal will be an amplified one, right?

Note: This was just to give you an intuitive idea that amplification does take place. But whether you will get amplification or not depends on whether the transistor is in linear(amplifier), saturation or cut off(switch). Again, what will be amplified(current or voltage) depends on type of configuration. So that all comprises of 3-4 chapters of any standard book on analog theory.