¿Qué hace que los transistores puedan amplificar el voltaje y cambiar la corriente?

Answer 1

Si le preocupa el transistor de unión bipolar (BJT, para amigos …), de hecho, debería haber preguntado: “¿Qué hace que los transistores puedan amplificar la corriente y cambiar la corriente?” Porque la física BJT trata naturalmente con las corrientes, no con los voltajes. De hecho, puede suponer que el BJT amplifica los voltajes, pero esto se debe a que el voltaje de entrada se convierte en corriente, y la corriente de salida se convierte en voltaje, mediante el uso de resistencias y la Ley de Ohm.

Por cierto, los FET, la otra gran familia de transistores, manejan naturalmente los voltajes en la entrada, pero también manejan las corrientes en la salida: pueden verse como amplificadores de transconductancia (no lineales).

Volviendo al BJT, la región operativa donde actúa como amplificador es la región activa . Al aumentar y disminuir la corriente de base cuando está en la región activa, forzamos al BJT a ingresar respectivamente en la región de saturación (corriente alta, bajo voltaje [matemático] V_ {CE} [/ matemático]) donde el transistor se aproxima a un interruptor cerrado, o en la región de corte (corriente cero, alto voltaje [matemático] V_ {CE} [/ matemático]) donde es similar a un interruptor abierto.

Vea el circuito a continuación, la típica etapa de emisor común:

La ecuación de polarización de salida, en la ruta de colector a emisor, es [matemática] V_ {CC} = R_C I_C + V_ {CE} [/ matemática] o

[matemática] I_C = – \ frac {1} {R_C} V_ {CE} + \ frac {V_ {CC}} {R_C} [/ math] ( Línea de carga )

Al elegir la corriente base [matemática] I_B [/ matemática], tendremos: (1) [matemática] I_B = 0 [/ matemática] y el transistor está en la región de corte y la ruta del colector al emisor (salida ) es como un interruptor abierto, o (2) [matemáticas] I_B \ aprox \ frac {V_ {CC}} {R_C} [/ matemáticas] y [matemáticas] V_ {CE} \ aproximadamente 0 [/ matemáticas] V, y La ruta del colector al emisor (salida) es como un interruptor cerrado. Esto se muestra en los gráficos a continuación, donde la línea de carga se dibuja sobre las curvas no lineales de un transistor de señal pequeña típico (el BC547, para ser precisos).

Entonces, en los extremos de la línea de carga, el BJT estará en saturación o en regiones de corte, las dos regiones operativas donde se comporta como un interruptor.

Finalmente, la respuesta a la pregunta es: porque el transistor bipolar es un dispositivo no lineal y se puede operar como una “válvula” en tres modos : (1) cerrado , correspondiente a la región de corte BJT; abierto , correspondiente a la región de saturación BJT; y (3) lineal , correspondiente a la región activa BJT, donde se amplifica.

Answer 2

Como sabemos, el transistor tiene tres pines de base, emisor y colector. Una corriente entra en la base y sale del emisor. La corriente del colector ingresa al colector y sale del emisor. La corriente del emisor es la suma de las corrientes de base y colector.

La corriente del colector está relacionada con la corriente base por un factor relativamente constante llamado beta o Hfe. Una hoja de datos típica de un transistor de señal pequeña indicará una Hfe de 70 – 300, lo que significa que la relación entre la corriente del colector y la corriente base de un transistor individual de ese tipo puede estar en cualquier lugar dentro de ese rango.

Debido a que una corriente pequeña controla una corriente mucho mayor, esto permite que el transistor se use como amplificador. Si la cantidad de corriente suministrada a la base es grande, entonces la cantidad de corriente del colector hace que el transistor se sature o conduzca con tanta fuerza que el voltaje del colector al emisor es casi cero. Esto convierte el transistor en un interruptor.

Entonces, la base del tercer pin lo convierte en un amplificador o un interruptor.

Answer 3

Esta es una muy buena pregunta difícil de responder. Siento que no necesita ecuaciones para formar una comprensión suficiente, pero si necesita los detalles técnicos, lo haré.

La capacidad de conmutación actual es intrínseca: ¡fueron diseñados para lograr esto! Como una clase especial de materiales, los semiconductores tienen la propiedad universal de que pueden ser dopados … lo que cambia su conductividad (o “conductancia”).

La conductividad se puede manipular aún más a través de campos eléctricos y la elección inteligente de materiales, así como elegir las longitudes físicas correctas del transistor.

---

Si queremos usar un transistor como amplificador de voltaje , una de las mejores opciones está dada por la topología de ’emisor / fuente común’, donde Wiki lo explica muy bien: Emisor común

TL; DR: al ajustar la velocidad de “grupo” de la cual viajan los electrones a través de un transistor, podemos aumentar el voltaje entre la entrada y la salida. (No es estrictamente cierto para todos los casos, supuestos a continuación).

El parámetro más importante de cualquier amplificador es la ganancia, o cuánto amplifica. En un transistor, la propiedad que se encuentra en el corazón de esto es la capacidad de transferir la conductancia de un lado del circuito al otro, el símbolo [math] g_ {m} [/ math]. O, en otras palabras, “¿Cómo engaño a esta carga para obtener la cantidad de energía que quiero en lugar de la cantidad de energía que pide?”. Como es de esperar, esta propiedad también viene

• Bueno, sabemos que los transistores respetan las leyes de la termodinámica, por lo que no podemos tener más energía adentro que afuera.
• De ello se deduce que si hay un aumento en el voltaje, como [math] Power = V \ cdot I [/ math], la corriente es menor
• La corriente es la carga por segundo, o si vamos a un nivel más profundo, el número de portadores de carga por segundo. Suponga que los electrones son portadores de carga para dispositivos NPN o tipo N.
• Como la conductividad del transistor se ha reducido, significa que es probable que los electrones permanezcan más tiempo dentro de la unión del transistor antes de que puedan vencer la resistencia (inversa de la conductancia).
• más electrones sentados en un área significa que la carga se acumula, ya que cada electrón tiene una unidad fija de carga Carga elemental
• el campo eléctrico acaba de cambiar (cantidad de carga por unidad de área) …
• Si vamos a aproximar el movimiento de los electrones a medida que viajan en línea recta desde el emisor / fuente al colector / drenaje, esto sigue que el voltaje también aumenta en esa distancia Campo eléctrico del voltaje

Answer 4

Usando la antigua analogía:

En el colector tiene una manguera de jardín llena de agua a presión (el potencial o el voltaje), el único impedimento para regar el jardín con la manguera en el emisor es una válvula cerrada en el medio, pero que puede ser controlada por una pequeña manguera en el Base.

Esta válvula se puede abrir (mediante control de flujo) con muy baja presión y flujo, más flujo más apertura de la válvula, luego gran flujo (o corriente) en el emisor.

Con un flujo pequeño, usted controla un flujo grande, que se llama amplificación, flujo pequeño en flujo grande hacia afuera.

Amplifica el flujo, pero no la presión, no controla la presión, por lo tanto, no hay amplificación de voltaje, pero puede cerrar la válvula y luego no hay presión ni flujo.

Answer 5

De hecho, esta es una pregunta muy difícil de responder en solo unas pocas oraciones. Déjame intentar ser lo menos técnico posible. Usaré BJT en la respuesta; MOSFET es similar en concepto.

La capacidad del transistor para amplificar el voltaje puede verse como su capacidad de conmutar corriente. Entonces, primero veamos qué hace que el transistor pueda cambiar la corriente.

Un transistor es un dispositivo de 3 terminales, un terminal base, un terminal colector y un terminal emisor. Cuando se aplica un voltaje suficientemente grande (típicamente .7V) a la unión del emisor base (a través de los terminales base y emisor) o una corriente suministrada al terminal base, el transistor se “enciende”. “Encendido” significa que el transistor conduce corriente. Cuando se aplica un voltaje mucho más pequeño que .7V a los terminales de la base y del emisor o no se suministra corriente al terminal de la base, el transistor se “apaga”. “Apagado” significa que el transistor no conduce corriente.

La conducción de corriente del transistor (BJT) es posible gracias a la inyección del portador (inducida por el voltaje del emisor base) desde el emisor hacia la región base; estos portadores se difunden a través de la región base y son barridos a través de la unión base colector y terminan en el colector. Podemos observar un transistor en un circuito electrónico análogo a una válvula de agua en un sistema de tubería de agua doméstico. El valor se puede activar y permitir que fluya el agua; o puede apagarse para detener el flujo de agua.

La acción de encender y apagar el transistor es la conmutación actual.

Si el transistor solo se puede encender y apagar, la vida sería más simple pero menos interesante. Afortunadamente, el transistor no se comporta como un interruptor ideal. Al igual que un valor, podemos girar la perilla para controlar el caudal de agua; Del mismo modo, podemos controlar la velocidad de flujo de corriente por el voltaje a través de los terminales base-emisor de un transistor. Un cambio en este voltaje, llamado voltaje de entrada, da como resultado un cambio en la conducción de corriente. El cambio en la corriente se puede convertir en un cambio en el voltaje, llame a este voltaje de salida, alimentando esta corriente a través de una resistencia. El cambio resultante en el voltaje de salida causado por el cambio en el voltaje de entrada es lo que llamamos amplificación de voltaje.

Answer 6

Según mi comprensión de la amplificación: cuando aplicamos campos (voltaje) a un dispositivo, una unión bipolar de transistor, la unión emisor-base del transistor, aumenta la corriente (electrones) que se aceleran hacia el colector (porque la base del colector está polarizada inversamente) . Este aumento en la corriente aumenta la caída a través de la carga (o amplifica la señal).

Específicamente, hay amplificadores de corriente y amplificadores de voltaje (basados ​​en ganancia de corriente y ganancia de voltaje) que se realizan mediante parámetros de circuito como resistencias.

Answer 7

Una pequeña barrera de voltaje que rodea una base delgada evita que los electrones corran entre el colector y el emisor, controlando esa barrera al retirar las cargas minoritarias de la base y convertir el transistor en una resistencia variable.

Answer 8

La vulnerabilidad / sensibilidad del punto Q para cambiar según las variaciones de amplitud de la señal de entrada hace que el transistor funcione como un amplificador. La misma sensibilidad para poder moverse más allá de la región lineal hacia las regiones de saturación y corte hace que funcione como un interruptor.