トランジスタの基礎

しばらくの間、何かが私を悩ませてきました。RLCコンポーネント（およびおそらくオペアンプ）よりも複雑なものを含む回路を見ると、前に見た構成でない限り、それが何をしているのかを理解するのに苦労します。

対照的に、RLC回路がどんなに複雑であっても、最終的には理解できると確信しています。

今、RLC回路を分析するとき、私のツールは基本的に

• $V = IR$

• $I = C \frac{dv}{dt}$

• $V = L\frac{di}{dt}$

• これらのコンポーネントの並列および直列の組み合わせ（これはキルヒホッフの法則と実際には分離されていないと思うが...）

• キルホフの法則

だから私が尋ねているのは、より複雑な回路を分析するためにどのツールが不足しているのですか？主に、BJTとFETを含む回路の分析方法を知りたいです。トランジスタには非常に多くの動作モードがあり、それらをすべてまっすぐに保つのは難しいようです。誰もがすべてをレイアウトする良いウェブサイトを知っていますか？

ありがとう

編集また、実際には、温度が変化するとようなものがあることに言及したいと思います。私は今のところ気にしません、私はシミュレーションが必要であるというスティーブンに同意しますが、シミュレーションなどで微調整できる回路を設計するのに十分なコンセプトを持つことができるようにしたいです$V \neq IR$

トランジスタは最初の近似では理解するのが難しくなく、少なくとも多くの回路で何が起こっているかを理解するには十分です。

NPNトランジスタをこのように考えてください。BEを介して少しの電流を流すと、CEを介して多くの電流を流すことができます。多数対少量の比率は、トランジスタゲインであり、ベータまたはhFEとも呼ばれます。1つの小さなしわは、BEパスがシリコンダイオードのように見えるため、通常約500〜700mV低下することです。CE経路は、外部回路が提供するよりも多くの電流を許容する場合、約200mVに低下する可能性があります。詳細はどんどん続きますが、NPNトランジスタの単純なビューで多くのことができます。

PNPは、極性が反転している同じものです。エミッタは低電圧ではなく高電圧です。制御電流はベースからではなくベースから流れ出し、コレクターからはコレクターから流れ出ます。

バイポーラトランジスタにこだわって、最初に理解してみましょう。それは、あなたがもっと質問しているように思えるからです。FETは、最初の近似で理解するのも同様に簡単ですが、この時点で物事を混同したくありません。

上記のモデルは、ほとんどのトランジスタ回路を理解するのに役立ちますが、明らかではないかもしれないトランジスタの使用方法の多くを示唆しています。NPNを使用する概念的に明白な方法は、エミッタをグランドに接続し、コレクタを直列の抵抗で正電源に接続することです。これで、ベース電流のわずかな変化がコレクタ電圧の大きな変化を引き起こす可能性があります。

トリッキーな部分は、トランジスタがどのように機能するかを理解することではなく、そのように機能するデバイスで実行できるすべてのクールなことを想像することです。これらすべてにアクセスすることは、ここでの投稿には多すぎます。上記の簡単なモデルについて考え、一般的なトランジスタ回路のトポロジを調べて、トランジスタの単純な特性を利用して有用なことを行う方法を考えることをお勧めします。

単純なモデルに従って具体的に検索および分析することは次のとおりです。

• 共通エミッター構成。これが基本的なアンプです。特定の問題は、増幅能力を効果的に使用するためにトランジスタをその範囲の中央に保つ方法です。これは「バイアス」と呼ばれます。

• エミッターフォロワー。ゲインは単に高電圧を作るだけではありません。この場合、電圧はわずかに低くなりますが、電流が大きくなり、インピーダンスが低くなります。

• 次に、いくつかのマルチトランジスタ回路を見て、それらが何をしているか、トランジスタがどのように有利に使用されているか、また、設計者がトランジターを有用な方法で実行するために通らなければならなかったトラブルをフォローしようとします。

• より快適に感じたら、一般的なベースのような、より珍しい構成を見てください。あまり使用されませんが、特定の利点があります。

トランジスタを使用するのが難しいのは、互いに影響を及ぼし、どれも線形ではない多くの異なるパラメータに注意する必要があるということです。そのため、それらの動作を正確にモデル化することは容易ではないため、SPICEなどのシミュレーションツールを使用します。それでも回路を設計するために何をしているのかを知る必要がありますが、SPICEは設計/計算の確認に役立ちます。
ウェブサイトがこれについて包括的であるかどうかはわかりません。良い教科書はより良い情報を提供すると思います。たぶん他の人がいくつかを勧めることができます。

繰り返し暴露から学ぶことは、物事を学ぶのに悪い方法ではありません。実際の実用的な知識を得て、典型的な問題を解決するための典型的な回路とは何かを学びます。

トランジスタの問題は、それらが線形デバイスではないことです。そのため、受動素子の場合のように、事実上すべての条件下で適用される単純な方程式はありません。通常のアプローチは、任意の瞬間に、トランジスタがいくつかの特徴的な方法のいずれかで動作することを認識することです-カットオフ、アクティブ、飽和。これらのモードのいずれかで、トランジスタ回路を解析するためにいくつかの近似を適用できますが、近似は制限内でのみ保持されることを理解する必要があります。

たとえば、トランジスタがアクティブモードで動作することを最初に確立した場合、小信号AC等価回路を作成できます。この場合、トランジスタは（最も単純なモデルでは）抵抗と電流に置き換えられます。依存電流源。その後、線形方程式を使用して、等価回路に良い影響を与えることができます。なぜ小信号AC同等物と呼ばれるのですか？十分な大きさの信号を適用すると、モデルの制限が破られるためです。大信号入力は、トランジスタをカットオフまたは飽和状態にさせ、モデルを無効にする可能性があります。

モデルが複雑になるほど、計算する応答がより正確になります。ただし、基本的なCommon Emitter NPNを使用する場合：

1. ベース上の2つの抵抗は、分圧器として機能します。一般に、これらは同じ値であり、ベースを電源電圧の約半分にします。

2. エミッタはベースより約0.6V低くなっています。エミッターに抵抗器がある場合は、そこに電流を流すことができます。

3. エミッタ電流もコレクタを通過します。コレクターに抵抗がある場合、その両端の電圧を計算できます。

DCについては以上です。

ACの場合、ベースでの数ミリボルトの変化がコレクターで数ボルトになることがあります。エミッタ電流（および/またはコレクタ抵抗）が大きすぎる場合、またはベースバイアスが奇数の場合、飽和またはカットオフが発生します。これにより、入力信号が歪められます。これは必ずしも悪いことではありません（考えてみてください。 。

トランジスタは、パラメータを制御するのに役立つデバイスにすぎません。たとえば、トランジスタが2つの回路を結合している場合、回路1の助けを借りて回路2（単なる概算）を制御できます。例えば デジタルエレクトロニクスのように、クロックパルスがあり、クロックが特定のレベルにあるときに何かを実行したい場合、トランジスタの場合と同様に、ベースの電圧に達する動作点でトランジスタをモデル化できます特定のレベルであれば、デバイスをオンにして、CKT2に電流を流すことができます。または、このトランジスタがアンプであるだけでなく、リレーまたはスイッチと考えることもできます。

設計目的のために、トランジスタはckt 1を使用して回路2のパラメーターを制御するのに役立つので、動作点を決定するために任意のモデルを使用できることに留意してください。トランジスタを解くために利用できるさまざまなモデルと混同しないでくださいこれらのモデルはあなたの便宜のためだけのものです。簡単な計算を容易にするため、reモデルを使用する方が簡単です.h-parameter（hybrid）モデルは最も用途が広く、任意のトランジスタを解決するのに最適ですが、Tモデルも優れています。回路が何をしているかの基本的な感覚をつかむには、Vbe = 0.7のような近似を使用して近似することができ、これらすべての近似はすべて計算を容易にします。

私はトランジスタの研究に関する2つの非常に良い本を知っています1）電子デバイスと回路、ボイルスタット、非常に良い本ですが、それは多くの近似を使用し、ある程度近似した解析に適しています正確なパラメータとすべてを知るには、より良い本があります2）マイクロエレクトロニクス回路、sedra smith。これは聖書のスーパーブックと呼ぶことができますが、最初に本1を読んでから2に進むことをお勧めします。そうしないと、多くを学ぶことができず、複雑な数学に埋もれます。

回路を分析する方法を解決する方法を学習し、できるだけ多くの回路を調べてから、時間の経過とともに、さまざまな方法でトランジスタを使用する方法を知るようになります

これを学習するために、森林mによって書かれた本を参照できます。回路のみを含むmims。それらを分析できます。

FETはBJTとそれほど変わらず、そのFETは入力インピーダンスが非常に高いため、主にアンプの作成に使用されますが、出力インピーダンスはほぼ同等であり、サイズも小さいですが、逆にBJTはスイッチング電力が高いためアプリケーションでBJTの切り替えを行う必要がある場合は、すばらしい選択です。

最後にもう一度言いますが、トランジスタを学びたいなら、多くの回路を研究する必要があります.4段差動増幅器にすぎないため、オペアンプの構成を調べることができます。

トランジスタを学ぶのに楽しい時間を！