トランジスタ増幅に関する基本的な質問

誰もが、トランジスタは、電圧や電流を増幅することができる方法を説明できますか？私によると、増幅とは-何か小さなものを送ると、より大きくなるということです。たとえば、音波を増幅したいとします。私はサウンドアンプにささやきます、そしてそれは5倍大きいと言います（増幅率に依存します）

しかし、トランジスタ増幅動作について読んだとき、すべての教科書には、ベース電流ΔIbの小さな変化がエミッタ電流ΔIeの対応する大き​​な変化であるため、増幅があると書かれています。しかし、ここで増幅がありますか？何が、私はそれを定義したように増幅されていますか？長期の私の理解で増幅間違っては？そして、電流は低抵抗領域から高抵抗領域にどのように転送されますか？

トランジスタがどのように構成され、電流がどのように流れるかを理解したと思います。だから誰もがトランジスタ増幅動作を明確に説明し、増幅について私が理解していることに関連付けることができます。

まず、増幅の定義から始めます。最も一般的な方法では、増幅は2つの値の単なる比です。出力値が入力値よりも大きいことを意味するわけではありません（ただし、これが最も一般的に使用される方法です）。また、現在の変化が大きいか小さいかは重要ではありません。

次に、使用される一般的な増幅値に移りましょう。

最も重要な（そしてあなたの質問が語るのは）です。β = I cと定義され$\beta$、ここで、Icはコレクターに流れる電流、Ibはベースに流れる電流です。私たちが式を少し並べ替えた場合、我々は買ってあげるIC=βIB最も一般的に使用される式です。その式のため、トランジスタによってベース電流が「増幅」されると言う人もいます。$\beta= \frac {I_c} {I_b}$$I_c$$I_b$$I_c=\beta I_b$

さて、それはエミッタ電流にどのように関係していますか？まあ、我々はまた、式の持つ、我々は第二式とその計算式を組み合わせると、我々が得るβ Iは、bの + I B + I E = 0。それから、我々はとエミッタ電流を得ることができます- I E = β I B + I B = I B（β + 1 ）という（注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$ 電流はエミッターに流れ込むため、負になります）。

これから、計算の便利なツールとしてを使用すると、トランジスタのベース電流とトランジスタのエミッタ電流の関係がわかります。実際には、βは数百から数千の範囲にあるため、「小さな」ベース電流は「増幅」されて「大きな」コレクタ電流になります（これにより「大きな」エミッタ電流が生成されます）。これまでデルタについては話していないことに注意してください。それは、要素としてのトランジスタが変化するために電流を必要としないからです。ベースを一定のDC電流に接続するだけで、トランジスタは正常に動作します。電流の変更が必要な場合は、 '$\beta$$\beta$

別の値も使用され、その名前はです。ここにそれがあります：α = I $\alpha$。我々はそれを再配置するとき、我々はことを見ることができる私は、C=αIEを。したがって、αは、コレクタ電流を生成するためにエミッタ電流を増幅する値です。（実際にはあるが、この場合には、増幅は、実際に私たちの小さな出力を与えるαは、1に近いです0.98以上のようなもの）私たちが知っているように、トランジスタの外出エミッタ電流がベース電流の和であるとするので、トランジスタに流れ込むコレクタ電流。$\alpha = \frac {I_c} {I_e}$$I_c= \alpha I_e$$\alpha$$\alpha$

ここで、トランジスタが電圧と電流を増幅する方法について少しお話します。秘密は：ありません。電圧または電流増幅器はそうです！アンプ自体は、トランジスタの特性を活用しているもう少し複雑な回路です。入力ノードと出力ノードもあります。電圧増幅は、これらのノード間の電圧の比。電流増幅は、これら2つのノード間の電流の比である：AI=IOU$A_v = \frac {V_{out}}{V_{in}}$。また、電流増幅と電圧増幅の積である電力増幅もあります。入力ノードおよび出力ノードとして選択したノードに応じて増幅が変化する可能性があることに注意してください！$A_i=\frac {I_{out}}{I_{in}}$

ここで見つけることができるトランジスタに関連するいくつかのより興味深い値があります

まとめると、何かをしているトランジスタがあります。トランジスタを安全に使用するには、トランジスタが何をしているかを表すことができる必要があります。トランジスタで発生するプロセスを表す方法の1つは、「増幅」という用語を使用することです。したがって、増幅を使用すると、トランジスタで何が起こっているのかを実際に理解することを回避できます（半導体物理学のクラスがある場合は、そこにそれを学習します）。

トランジスタは増幅しません。マイクに衝突する音波を想像してください。実際に起こるのは、音声信号がマイクに入らず、マイクが音声信号に対応する信号を生成することです。実際の信号ではありません。

実世界の実際の信号は増幅または減衰できないことに注意してください。音やその他の実世界の信号をキャッチできますか？いいえ。それらは現状のままで、現実世界の信号の効果に作用できるシステムのみを作成できます。音波がマイクに当たる、光がカメラのレンズに当たるなど。

しかし、トランジスタの場合は、ベースに入力信号を適用し、コレクターでより大きな振幅を持つ入力信号に対応する新しい信号を取得します。これは、抵抗の変動により、入力側の小さな変化が出力側の大きな変化に対応するために発生することに注意してください。1対1の効果にすぎません。出力信号は、実際の信号ではなく、完全に新しい振幅の信号です。

信号が増幅されます。トランジスタ増幅器の設計に応じて、実際のベース電流は出力電流の一部である場合とそうでない場合があります。すべての入力電子が大きくなり、出力に渡される必要がある増幅の定義にこだわらないでください...

$h_{FE}$$h_{FE}$

電圧増幅はどうですか？さて、抵抗をいくつか追加しましょう。抵抗器は安価ですが、お金を稼ぎたい場合は、「電圧-電流コンバータ」と呼ぶことで高価に売ることができます:-)。

ベース電流を発生させるベース抵抗を追加しました

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

$I_C$$h_{FE}$

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

抵抗器は本当に素晴らしいものです。なぜなら、「電圧-電流コンバータ」の次に、「電流-電圧コンバータ」としても使用するからです！（私たちは彼らのためにさらに請求することができます！）オームの法則のため：

$V_{RL} = R_L \cdot I_C$

$V_C = V_{CC} - V_{RL}$

我々が得る

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

または

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

$V_C$$V_B$$h_{FE}$$R_B$$R_C$

$V_C = - \dfrac{h_{FE} \cdot R_L}{R_B} \cdot V_B = - \dfrac{100 \cdot 1k\Omega}{10 k\Omega} \cdot V_B = - 10 \cdot V_B$

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.