preguntas básicas sobre la amplificación de transistores

Empezaré primero con la definición de amplificación. En la forma más general, la amplificación es solo una relación entre dos valores. No implica que el valor de salida sea mayor que el valor de entrada (aunque esa es la forma en que se usa más comúnmente). Tampoco es importante si el cambio actual es grande o pequeño.

Ahora pasemos a algunos valores comunes de amplificación utilizados:

El más importante (y del que habla tu pregunta) es \ $ \ beta \ $. Se define como \ $ \ beta = \ frac {I_c} {I_b} \ $, donde \ $ I_c \ $ es la corriente que ingresa al colector y \ $ I_b \ $ es la corriente hacia la base. Si reorganizamos un poco la fórmula, obtendremos \ $ I_c = \ beta I_b \ $, que es la fórmula más utilizada. Debido a esa fórmula, algunas personas dicen que el transistor "amplifica" la corriente base.

Ahora, ¿cómo se relaciona eso con la corriente del emisor? Bueno, también tenemos la fórmula \ $ I_c + I_b + I_e = 0 \ $ Cuando combinamos esa fórmula con la segunda fórmula, obtenemos \ $ \ beta I_b + I_b + I_e = 0 \ $. De ahí podemos obtener la corriente del emisor como \ $ - I_e = \ beta I_b + I_b = I_b (\ beta + 1) \ $ (tenga en cuenta que \ $ I_e \ $ está ingresando al emisor, por lo que es negativo).

A partir de eso, puede ver que al usar \ $ \ beta \ $ como una herramienta útil en los cálculos, podemos ver la relación entre la corriente de base del transistor y la corriente del emisor del transistor. Como en la práctica el \ $ \ beta \ $ está en el rango de cientos a miles, podemos decir que la "pequeña" corriente de base se "amplifica" en la corriente de colector "grande" (que a su vez hace que la corriente del emisor sea "grande"). Tenga en cuenta que no hablé de ningún delta hasta ahora. Esto se debe a que el transistor como elemento no requiere corriente para cambiar. Simplemente puede conectar la base a una corriente continua constante y el transistor funcionará bien. Si se requiere el cambio de corriente, no es por el transistor sino por el resto del circuito que podría estar bloqueando la parte de CC de la corriente de entrada.

También se usa otro valor y su nombre es \ $ \ alpha \ $. Esto es lo que es: \ $ \ alpha = \ frac {I_c} {I_e} \ $. Cuando reorganizamos eso, podemos ver que \ $ I_c = \ alpha I_e \ $. Entonces, \ $ \ alpha \ $ es el valor por el cual se amplifica la corriente del emisor para producir una corriente de colector. En este caso, la amplificación en realidad nos da una salida más pequeña (aunque en la práctica \ $ \ alpha \ $ es cercana a 1, algo así como 0.98 o superior), porque como sabemos, la corriente del emisor que sale del transistor es la suma de la corriente de base y la corriente de colector que están entrando en el transistor.

Ahora hablaré un poco sobre cómo el transistor amplifica el voltaje y la corriente. El secreto es: no lo hace. ¡El amplificador de voltaje o corriente lo hace! El amplificador en sí es un circuito un poco más complejo que explota las propiedades de un transistor. También tiene nodo de entrada y nodo de salida. La amplificación de voltaje es la relación de voltaje entre esos nodos \ $ A_v = \ frac {V_ {out}} {V_ {in}} \ $. La amplificación actual es la relación de corrientes entre esos dos nodos: \ $ A_i = \ frac {I_ {out}} {I_ {in}} \ $. También tenemos amplificación de potencia que es el producto de la amplificación de corriente y voltaje. Tenga en cuenta que la amplificación puede cambiar en función de los nodos que hayamos elegido como nodo de entrada y nodo de salida.

Hay algunos valores más interesantes relacionados con los transistores que puedes encontrar aquí

Resumiendo: tenemos un transistor que está haciendo algo. Para poder usar el transistor de manera segura, necesitamos poder representar lo que el transistor está haciendo. Una de las formas de representar procesos que suceden en el transistor es usar el término "amplificación". Entonces, al utilizar la amplificación, podemos evitar comprender realmente lo que está sucediendo en el transistor (si tiene alguna clase de física de semiconductores, aprenderá eso) y solo tendrá algunas ecuaciones que serán útiles para una gran cantidad de problemas prácticos.

El transistor no amplifica. Imagine las ondas de sonido que golpean un micrófono: lo que sucede en realidad es que la señal de sonido no pasa al micrófono, pero el micrófono produce una señal correspondiente a la señal de sonido; No es la señal real.

Recuerde que las señales reales en el mundo real no se pueden amplificar ni atenuar. ¿Puedes captar un sonido o cualquier otra señal del mundo real? No. Son como son, solo podemos hacer un sistema que pueda funcionar en el efecto de la señal del mundo real; las ondas de sonido golpean un micrófono, la luz incide en la lente de una cámara, etc.

Pero cuando se trata de un transistor, aplica una señal de entrada a la base y obtiene una señal nueva correspondiente a la señal de entrada con mayor amplitud en el coleccionista. Tenga en cuenta que esto sucede porque un pequeño cambio en el lado de entrada se corresponderá con un gran cambio en el lado de salida, debido a la variación en la resistencia. Es solo un efecto uno a uno. La señal de salida es totalmente una señal nueva de mayor amplitud, no la señal real.

La señal se está amplificando. Dependiendo del diseño del amplificador de transistor, la corriente base real puede o no ser parte de la corriente de salida. No se obsesione con una definición de amplificación que requiere que cada electrón de entrada se agrande y luego pase a la salida ...

El principio de funcionamiento de un BJT (Transistor de unión bipolar), que lo hace útil, es que amplifica la corriente . Lanzar una pequeña corriente, obtener una mayor corriente fuera. El factor de amplificación es un parámetro importante del transistor, y se llama \ $ h_ {FE} \ $. Un transistor de propósito general puede tener un \ $ h_ {FE} \ $ de 100, por ejemplo, a veces más alto. Los transistores de potencia tienen que hacerlo con menos, como 20 a 30.
Entonces, si inyecto una corriente de 1 mA en la base de mi transistor NPN de propósito general, obtendré 100 mA de corriente de colector. Eso es amplificación, ¿verdad? Amplificación de corriente .

¿Qué hay de la amplificación de voltaje? Bueno, vamos a añadir un par de resistencias. Los resistores son baratos, pero si quieres ganar dinero, puedes intentar venderlos caros llamándolos "convertidores de voltaje a corriente" :-).

Hemosagregadounaresistenciadebase,quecausaráunacorrientedebasede

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

Ysabemosqueelcolectoractual\$I_C\$esunfactor\$h_{FE}\$másalto,porlotanto

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

Losresistoressoncosasrealmentegeniales,porquejuntoa"convertidores de voltaje a corriente" , ¡usted también los usa como "convertidores de corriente a voltaje" ! (¡Podemos cobrar aún más por ellos!) Debido a la Ley de Ohm:

\ $ V_ {RL} = R_L \ cdot I_C \ $

y desde \ $ V_C = V_ {CC} - V_ {RL} \ $

obtenemos

\ $ V_C = V_ {CC} - R_L \ cdot \ dfrac {h_ {FE} \ cdot (V_B - 0.7 V)} {R_B} \ $

o

\ $ 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} \ derecha) \ $

El término entre paréntesis es una constante que no nos interesa en este momento. El primer término muestra que \ $ V_C \ $ es \ $ V_B \ $ multiplicado por algún factor dependiendo de tres constantes. Usemos valores concretos: 100 para \ $ h_ {FE} \ $, 10 kΩ para \ $ R_B \ $ y 1 kΩ para \ $ R_C \ $. Entonces (nuevamente ignorando el factor constante)

\ $ 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 \ $

Entonces, el voltaje de salida es 10 veces el voltaje de entrada más una polarización constante. Parece que también podemos usar el transistor para amplificación de voltaje .

Amplifique el sonido, y está amplificando el flujo de energía: los vatios de entrada del sonido se vuelven más vatios de salida.

Tenga en cuenta que un transformador eléctrico no amplifica. Puede aumentar el voltaje, pero no puede aumentar los vatios.

Los transistores (y cualquier tipo de válvula o interruptor) pueden amplificarse. Lo hacen utilizando una potencia mínima para controlar una fuente de alimentación que puede generar una gran potencia. La gran salida proviene de la fuente de alimentación, mientras que la señal de entrada está activando y desactivando la transmisión.

Si tiene una prensa hidráulica gigante, puede aplastar automóviles tocando un interruptor de válvula con su dedo meñique. La válvula amplificó el movimiento de su dedo para triturar Chevys. Pero en realidad fue el suministro haudraulic de cientos de HP el que proporcionó el aumento de potencia. Con NPNs, la misma idea. Los transistores son válvulas para la carga que fluye en lugar de fluir fluido haudraulic.

Lo que entiendo es que para que un transistor amplifique, debes polarizarlo correctamente. La polarización directa de la unión BE lo convierte en un diodo conductor, por lo que la resistencia de entrada es menor. La unión CE de polarización inversa lo convierte en diodo no conductor, por lo que la resistencia de salida es alta. Y si Ic es casi igual a Ie, entonces la corriente causa una baja caída de voltaje en la entrada y una grande en la salida. Por eso se llama un amplificador.

Con un transistor, puede lograr esto: dar una pequeña señal (ac) en la entrada y obtener una señal de mayor valor (mayor amplitud) en la salida. Pero esto no es todo. Tienes que dar suministro de corriente continua en el colector y la base; emisor si es necesario. Esto se llama sesgo del punto dc. La potencia rms que obtiene en la salida será menor que la potencia de CC que ha suministrado.

Si desea hacer un análisis, hay dos pasos involucrados para cualquier circuito.

1. Análisis de CC: no considere ninguna señal de CA. Averigüe los valores de todas las corrientes de diodo basadas en la tensión de CC en varios nodos (Colector, base, emisor). Esto se hace usando KVL a lo largo de varios bucles.

2. Modelo de CA: transistors