Questions de base sur l'amplification à transistor

Quelqu'un peut-il expliquer comment un transistor peut amplifier la tension ou le courant? Selon moi, l'amplification signifie - Vous envoyez quelque chose de petit, il sort plus gros. Disons par exemple que je veux amplifier une onde sonore. Je murmure à un amplificateur de son, et ça sort disons, 5 fois plus gros (selon le facteur d'amplification)

Mais quand je lis sur l' action d'amplification des transistors , tous les manuels disent que depuis un petit changement dans le courant de base ΔIb mais un grand changement correspondant dans le courant d'émetteur ΔIe, il y a une amplification. Mais où est l'amplification? Qu'est-ce qui est amplifié comme je l'ai défini? Ma compréhension du terme amplification est-elle erronée? Et comment le courant est-il transféré d'une zone à faible résistance vers une zone à haute résistance?

Je pense avoir compris comment le transistor est construit et comment les courants circulent. Alors, quelqu'un peut-il expliquer clairement l'action d'amplification du transistor et la relier à ce que je comprends de l'amplification.

Je vais commencer par la définition de l'amplification. De la manière la plus générale, l'amplification n'est qu'un rapport entre deux valeurs. Cela n'implique pas que la valeur de sortie est supérieure à la valeur d'entrée (bien que ce soit la façon dont elle est la plus couramment utilisée). Ce n'est pas non plus important si le changement actuel est grand ou petit.

Passons maintenant aux valeurs d'amplification courantes utilisées:

Le plus important (et celui dont parle votre question) est . Il est défini comme β = I $\beta$ , oùIcest le courant entrant dans le collecteur etIbest le courant entrant dans la base. Si nous réorganisons un peu la formule, nous obtiendronsIc=βIbqui est la formule la plus utilisée. En raison de cette formule, certaines personnes disent que le transistor "amplifie" le courant de base.$\beta= \frac {I_c} {I_b}$$I_c$$I_b$$I_c=\beta I_b$

Maintenant, comment cela se rapporte-t-il au courant de l'émetteur? Eh bien, nous avons également la formule Lorsque nous combinons cette formule avec la deuxième formule, nous obtenons β I b + I b + I e = 0 . De cela, nous pouvons obtenir le courant de l'émetteur comme - I e = β I b + I b = I b ( β + 1 ) (notez que I $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$ est le courant entrant dans l'émetteur, il est donc négatif).

De cela, vous pouvez voir qu'en utilisant le comme outil pratique dans les calculs, nous pouvons voir la relation entre le courant de base du transistor et le courant d'émetteur du transistor. Comme en pratique le β se situe dans la gamme des centaines à des milliers, on peut dire que le "petit" courant de base est "amplifié" en "grand" courant de collecteur (ce qui à son tour fait un "grand" courant d'émetteur). Notez que je n'ai pas parlé de deltas jusqu'à présent. C'est parce que le transistor en tant qu'élément ne nécessite pas de courant pour changer. Vous pouvez simplement connecter la base à un courant continu constant et le transistor fonctionnera correctement. Si le changement de courant est nécessaire, il '$\beta$$\beta$

Une autre valeur est également utilisée et son nom est . Voici ce que c'est: α = I $\alpha$ . Lorsque nous réorganisons cela, nous pouvons voir queIc=αIe. Doncαest la valeur par laquelle le courant d'émetteur est amplifié afin de produire un courant de collecteur. Dans ce cas, l'amplification nous donne en fait une sortie plus petite (bien qu'en pratiqueαsoit proche de 1, quelque chose comme 0,98 ou plus), car comme nous le savons, le courant d'émetteur sortant du transistor est la somme du courant de base et courant de collecteur qui va dans le transistor.$\alpha = \frac {I_c} {I_e}$$I_c= \alpha I_e$$\alpha$$\alpha$

Maintenant, je vais parler un peu de la façon dont le transistor amplifie la tension et le courant. Le secret est: ce n'est pas le cas. L'amplificateur de tension ou de courant le fait! L'amplificateur lui-même est un circuit un peu plus complexe qui exploite les propriétés d'un transistor. Il a également un nœud d'entrée et un nœud de sortie. L'amplification de tension est le rapport de tension entre ces nœuds . L'amplification du courant est le rapport des courants entre ces deux nœuds:Ai=Iou$A_v = \frac {V_{out}}{V_{in}}$ . Nous avons également une amplification de puissance qui est le produit d'une amplification de courant et de tension. Notez que l'amplification peut changer en fonction des nœuds que nous avons choisis pour être le nœud d'entrée et le nœud de sortie!$A_i=\frac {I_{out}}{I_{in}}$

Il y a quelques valeurs plus intéressantes liées aux transistors que vous pouvez trouver ici

Donc, pour résumer: nous avons un transistor qui fait quelque chose. Afin d'utiliser le transistor en toute sécurité, nous devons être en mesure de représenter ce que fait le transistor. L'une des façons de représenter les processus se produisant dans le transistor est d'utiliser le terme "amplification". Donc, en utilisant l'amplification, nous pouvons éviter de comprendre réellement ce qui se passe dans les transistors (si vous avez des cours de physique des semi-conducteurs, vous l'apprendrez) et nous n'avons que peu d'équations qui seront utiles pour un grand nombre de problèmes pratiques.

Le transistor n'amplifie pas. Imaginez des ondes sonores frappant un microphone: ce qui se passe en réalité, c'est que le signal sonore ne passe pas dans le microphone, mais le microphone produit un signal correspondant au signal sonore; Ce n'est pas le signal réel.

N'oubliez pas que les signaux réels dans le monde réel ne peuvent pas être amplifiés ou atténués. Pouvez-vous capter un son ou tout autre signal du monde réel? Non. Ils sont tels qu'ils sont, nous ne pouvons faire qu'un système qui puisse fonctionner sur l' effet du signal du monde réel; des ondes sonores frappées sur un microphone, des coups de lumière sur un objectif d'appareil photo, etc.

Mais dans le cas d'un transistor, vous appliquez un signal d'entrée à la base et vous obtenez un nouveau signal correspondant au signal d'entrée avec une plus grande amplitude dans le collecteur. Gardez à l'esprit que cela se produit car un petit changement du côté entrée correspondra à un grand changement du côté sortie, en raison de la variation de la résistance. Ce n'est qu'un effet un à un. Le signal de sortie est totalement un nouveau signal d'une amplitude de râpe, pas le signal réel.

Le signal est amplifié. Selon la conception de l'amplificateur à transistor, le courant de base réel peut ou non faire partie du courant de sortie. Ne vous attardez pas sur une définition de l'amplification qui nécessite que chaque électron d'entrée s'agrandisse puis passe à la sortie ...

Le principe de fonctionnement d'un BJT (Bipolar Junction Transistor), qui en fait une chose utile, est qu'il amplifie le courant . Jetez un petit courant, sortez un plus gros. Le facteur d'amplification est un paramètre important du transistor, et est appelé$h_{FE}$. Un transistor à usage général peut avoir un$h_{FE}$100, par exemple, parfois plus. Les transistors de puissance doivent le faire avec moins, comme 20 à 30.
Donc, si j'injecte un courant de 1 mA à la base de mon transistor NPN à usage général, j'obtiendrai 100 mA de courant de collecteur. C'est de l'amplification, non? Amplification actuelle .

Et l'amplification de la tension? Eh bien, ajoutons quelques résistances. Les résistances sont bon marché, mais si vous voulez gagner de l'argent, vous pouvez essayer de les vendre cher en les appelant des "convertisseurs tension-courant" :-).

Nous avons ajouté une résistance de base, ce qui provoquera un courant de base de

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

Et on sait que le courant collecteur $I_C$ est un facteur $h_{FE}$ plus haut, donc

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

Les résistances sont vraiment de grandes choses, car à côté des "convertisseurs tension-courant", vous les utilisez également comme "convertisseurs courant-tension" ! (nous pouvons facturer encore plus pour eux!) En raison de la loi d'Ohm:

$V_{RL} = R_L \cdot I_C$

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.