Có nhiều ứng dụng của Transitor nhưng nó chủ yếu được sử dụng để khuếch đại. Để vận hành bóng bán dẫn đúng cách như một bộ khuếch đại, cần phải phân cực chính xác các điểm nối pn với điện áp bên ngoài. Tùy thuộc vào các cực điện áp phân cực bên ngoài được sử dụng, bóng bán dẫn hoạt động ở ba chế độ Hoạt động, Bão hòa và Cắt khác nhau. Chỉ ở chế độ hoạt động, bóng bán dẫn mới hoạt động như một bộ khuếch đại. Transitor cũng có thể được sử dụng làm công tắc nhưng với vai trò là bộ khuếch đại, nó chủ yếu được ưa chuộng hơn. 

Bài viết này tập trung vào cách Transistor hoạt động như một Bộ khuếch đại. Chúng ta sẽ thảo luận chi tiết về Bộ khuếch đại bóng bán dẫn CE và hoạt động của bóng bán dẫn như một bộ khuếch đại.

Transitor như một bộ khuếch đại

Transistor là một thiết bị bán dẫn ba lớp có thể hoạt động như một bộ khuếch đại. Bằng cách áp một tín hiệu nhỏ vào đế, bóng bán dẫn có thể điều khiển luồng tín hiệu lớn hơn giữa bộ thu và bộ phát. Điều này làm cho bóng bán dẫn trở nên hữu ích trong các mạch điện tử với vai trò là bộ khuếch đại cho âm thanh, tín hiệu vô tuyến, v.v. Khả năng khuếch đại tín hiệu của bóng bán dẫn đã đóng một vai trò quan trọng trong sự phát triển của công nghệ hiện đại.

Định nghĩa bóng bán dẫn như một bộ khuếch đại

Trong cấu hình cơ bản, bóng bán dẫn là một thiết bị bán dẫn có ba lớp phục vụ mục đích khuếch đại tín hiệu điện. Hoạt động như một bộ khuếch đại, nó nâng cao cường độ của tín hiệu đầu vào yếu, cho phép tín hiệu đó xử lý các tải nặng hơn hoặc kéo dài trên khoảng cách lớn hơn. Thông qua việc điều khiển dòng điện bên trong các lớp của nó, bóng bán dẫn hoạt động như một bộ tăng cường tín hiệu, đóng vai trò then chốt trong các mạch điện tử hiện đại.

Transitor như một bộ khuếch đại là gì?

Transitor về cơ bản được sử dụng làm bộ khuếch đại để khuếch đại. Quá trình tăng biên độ của tín hiệu yếu mà không thay đổi tần số và hình dạng của nó được gọi là “khuếch đại”. Để đạt được điều này, mạch đầu vào của bóng bán dẫn vẫn được phân cực thuận và mạch đầu ra luôn duy trì phân cực ngược trong suốt quá trình các phần của tín hiệu, điều này được gọi là ‘xu hướng bóng bán dẫn’.

Đế của bóng bán dẫn nhận tín hiệu yếu và mạch thu tạo ra đầu ra đã được khuếch đại. Một điều kiện tiên quyết quan trọng để khuếch đại là tín hiệu chỉ được tăng cường độ và không thay đổi hình dạng. Thuật ngữ ” khuếch đại trung thực ” dùng để chỉ sự gia tăng cường độ tín hiệu này mà không có bất kỳ sửa đổi nào về hình thức.

Cách mà bộ khuếch đại Transistor hoạt động

Dòng điện rất nhỏ chạy giữa bộ phát và đế của bóng bán dẫn khi đế của nó nhận được tín hiệu đầu vào nhỏ. Dòng điện thấp này sau đó sẽ kích thích dòng điện lớn hơn nhiều giữa bộ phát và bộ thu, khuếch đại tín hiệu đầu vào.

Lượng dòng điện phân cực được cung cấp cho đế của bóng bán dẫn sẽ kiểm soát mức độ khuếch đại mà nó có thể tạo ra. Dòng điện phân cực là dòng điện chạy qua điểm nối cực phát cơ sở của bóng bán dẫn khi không có tín hiệu đầu vào. Lượng dòng điện phân cực xác định điểm vận hành của bóng bán dẫn và tín hiệu đầu ra tối đa có thể được tạo ra. Tùy thuộc vào loại bố trí mạch được sử dụng, bóng bán dẫn có thể được sử dụng làm bộ khuếch đại điện áp hoặc bộ khuếch đại dòng điện. Trong thiết lập bộ phát thông thường, cơ sở nhận tín hiệu đầu vào trong khi bộ thu nhận tín hiệu đầu ra. Transistor hoạt động như một bộ khuếch đại điện áp trong thiết kế này, khuếch đại điện áp tín hiệu đầu vào lên giá trị tín hiệu đầu ra cao hơn.

Trong cách sắp xếp bộ thu chung, cơ sở nhận tín hiệu đầu vào trong khi bộ phát nhận tín hiệu đầu ra. Transistor hoạt động như một bộ khuếch đại dòng điện ở dạng này, khuếch đại dòng tín hiệu đầu vào để tăng dòng tín hiệu đầu ra.

Nói chung, ý tưởng cơ bản đằng sau việc khuếch đại bóng bán dẫn là sử dụng tín hiệu đầu vào nhỏ để điều chỉnh tín hiệu đầu ra lớn hơn; điều này được thực hiện bằng cách phân cực đúng của bóng bán dẫn và thiết kế mạch.

Mạch khuếch đại cơ bản

Mạch khuếch đại bóng bán dẫn cơ bản là một loại mạch khuếch đại phổ biến sử dụng bóng bán dẫn tiếp giáp lưỡng cực (BJT) làm thiết bị khuếch đại. Đây là sơ đồ mạch đơn giản cho bộ khuếch đại bóng bán dẫn cơ bản:

Nguồn điện cho bộ khuếch đại được cung cấp bởi nguồn điện áp có nhãn +Vcc, thường là nguồn pin hoặc nguồn DC. Bộ phát của bóng bán dẫn được nối đất.

Lưu ý rằng đây là mạch khuếch đại bóng bán dẫn rất cơ bản và có nhiều biến thể cũng như cải tiến có thể được thực hiện để tăng hiệu suất, giảm tiếng ồn và thêm các tính năng như điều khiển âm sắc hoặc vòng phản hồi.

Transistor làm mạch khuếch đại

Hình dưới đây cho thấy mạch khuếch đại npn bộ phát chung. Điểm nối đế-bộ phát được phân cực thuận bởi pin V_BB và điểm nối giữa cực thu và đế bị phân cực ngược bởi pin V_CC, để bóng bán dẫn vẫn ở trong vùng hoạt động trong suốt quá trình hoạt động của nó, tức là trong tất cả các phần của tín hiệu đầu vào. Tín hiệu đầu vào được đưa vào mạch cực phát và tín hiệu đầu ra khuếch đại được đưa qua RL. Khi bóng bán dẫn npn được sử dụng làm bộ khuếch đại, nó có thể dễ dàng khuếch đại hơn các bóng bán dẫn khác.

Một nguồn tín hiệu V_S được kết nối với mạch đầu vào. Khi tín hiệu Vs được đặt chồng lên điện áp DC V_BE, điện áp cơ sở V_BE thay đổi theo thời gian. Kết quả là dòng điện cơ sở I_Bcũng thay đổi theo thời gian do dòng thu cũng như dòng phát thay đổi theo thời gian. Dòng điện thay đổi này khi đi qua điện trở tải R_L, và một điện áp khác nhau được phát triển trên nó. Điện áp thay đổi này là điện áp đầu ra V_o.

Bộ khuếch đại Transitor Emitter chung

Các phần tử mạch khác nhau và chức năng của chúng được mô tả dưới đây.

1. Mạch phân cực: Điện trở R₁ và R_g tạo thành ánh sáng rực rỡ và R_E là mạch ổn định. Nó đặt điểm vận hành thích hợp cho bộ khuếch đại.
2. Tụ điện đầu vào C_in: Tụ điện này C_in được sử dụng để ghép tín hiệu đầu vào với đế của bóng bán dẫn. Nó chặn mọi thành phần DC có trong tín hiệu và chỉ cho phép khuếch đại tín hiệu AC. Nó cách ly nguồn tín hiệu khỏi R_g. Nếu nó không được sử dụng, điện trở nguồn tín hiệu sẽ đi qua R_e và do đó thay đổi độ lệch. Giá trị điển hình của C là 10uF. 

Đặc điểm của Bộ khuếch đại CE

Để phân tích Bộ khuếch đại CE, chúng ta cũng cần tìm hiểu đặc điểm của chúng

• Trở kháng đầu vào : Thấp vừa phải (1 đến 2k ôm)
• Trở kháng đầu ra : Cao vừa phải (50k ôm)
• Mức tăng dòng : Cao 20 đến 500.
• Tăng điện áp : Rất cao
• Tăng công suất ; Rất cao
• Pha tín hiệu đầu vào và đầu ra khác nhau :180^∘ ngoài giai đoạn.

Do những đặc điểm này mà bóng bán dẫn CE được sử dụng rộng rãi nhất làm Bộ khuếch đại

Ứng dụng Transistor làm bộ khuếch đại

Trong nhiều ứng dụng điện tử, bóng bán dẫn đóng vai trò là bộ khuếch đại. Sau đây là một số ứng dụng điển hình nhất của bộ khuếch đại bóng bán dẫn:

• Chúng được sử dụng trong khuếch đại âm thanh
• Được sử dụng trong liên lạc vô tuyến như máy phát và máy thu
• Chúng khuếch đại tín hiệu tần số vô tuyến để làm cho chúng đủ mạnh để truyền hoặc nhận tín hiệu
• Chúng được sử dụng trong các ứng dụng y tế khác nhau như thiết bị như máy điện tâm đồ (ECG)
• Chúng được sử dụng trong các thiết bị siêu âm và máy đo đường huyết 
• Cũng được sử dụng trong các hệ thống Điều khiển Công nghiệp như thiết bị điều khiển động cơ, 
• Chúng được sử dụng trong các mạch điều khiển, mạch điều khiển nhiệt độ và nguồn điện.
• Transitor được sử dụng trong các thiết bị điện tử như máy hiện sóng, máy tạo tín hiệu và máy phân tích phổ.
• Chúng được sử dụng để khuếch đại và định hình tín hiệu để phân tích và đo lường.

Nhìn chung, bóng bán dẫn đóng vai trò là bộ khuếch đại là thành phần thiết yếu trong nhiều thiết bị và hệ thống điện tử yêu cầu khuếch đại tín hiệu để chúng hoạt động bình thường.

Hiệu suất của bộ khuếch đại transistor

Trước tiên, chúng ta hãy tìm hiểu một số thuật ngữ có liên quan liên quan đến chế độ kết nối bộ phát phổ biến vì đây là cấu hình được sử dụng rộng rãi nhất.

Trở kháng đầu vào R_i

Điện trở đầu vào sẽ thấp do mạch đầu vào bị phân cực thuận. Sự đối lập của điểm nối cực phát với luồng tín hiệu được gọi là điện trở đầu vào. Theo định nghĩa, đó là tỷ lệ của sự thay đổi nhỏ trong điện áp cực phát (V_BE) đến dòng điện cơ sở (I_B) là kết quả của sự thay đổi đó ở điện áp cực thu-phát không đổi.

Trở kháng đầu ra R_o

Điện trở đầu ra của bộ khuếch đại bóng bán dẫn rất cao. Sự thay đổi điện áp cực thu-cực phát gây ra sự thay đổi rất nhỏ trong dòng điện cực thu.

Theo định nghĩa, đó là tỷ số biến thiên của điện áp cực thu-cực phát (△V_CE) đến sự thay đổi dòng điện thu (I_C) do dòng điện cơ sở không đổi.

Trong đó, R_o là trở kháng đầu ra

V_CE là điện áp cực thu – phát

I_C là dòng chảy qua cực thu

Mức tăng dòng điện β

Khi quan sát thấy sự thay đổi của dòng điện đầu vào và đầu ra, mức tăng được đo theo dòng điện được gọi là mức tăng dòng điện. Theo định nghĩa, đó là sự khác biệt giữa dòng điện cơ sở (I_B) và dòng điện thu (I_C).

Giá trị của β nằm trong khoảng từ 20 đến 500. Mức tăng dòng điện là một trong những thông số chính cần được xem xét khi chọn bộ khuếch đại

Mức tăng điện áp A_V

Tăng điện áp là sự tăng điện áp do thay đổi dòng điện đầu vào và đầu ra. Theo định nghĩa, đó là sự khác biệt giữa điện áp đầu vào (△V_CE) và điện áp đầu ra (△V_BE).