題:
考慮到能量守恆,晶體管如何充當放大器?
user3921
2016-08-29 22:17:25 UTC
view on stackexchange narkive permalink

我們都知道,能量不能由一無所有形成。

例如,雙極結型晶體管(BJT)如何將基極電流放大beta並將其輸出到集電極電流?

“漁獲物”在哪裡?還有其他失去能量的地方嗎?

您將能量與電流的概念混淆了,並且可能還沒有想起作為此類電路一部分的電壓源中存儲有能量。
考慮一下BJT在電源和負載之間的電流可變電阻器,其敏感輸入受Beta控制。由於開關電壓具有非常低的電阻,且佔空比經過調製以改變負載的輸出電壓(例如D類放大器和SMPS),因此效率不高。
不要忘記,放大器是一種允許我們藉助“低功率”控制“高功率”流量的設備。為了產生放大器效果,必須有兩件事:能源(電源)和控制該能量流的設備->放大器。
我一直喜歡用晶體管做類比的方法是噴霧罐頂部的按鈕-您的微小力(手指)釋放了很大的力(壓縮氣體)。
@G36和蓬鬆-你們倆真的認為“低功率”或“微小力”可能會控制“高功率”響應的流動。一個“大部隊”?不可能!較小的數量永遠不能控制/操縱較大數量的同類產品!
該鏈接無效...
@G36和蓬鬆的抱歉,在我以前的評論中,我忘記提到以下限制:“ ...永遠無法直接控制...而無需轉換物理量...”。示例:假設β值為100,則10個帶電的載流子(電流IB)不能直接控制/操縱1000個其他帶電的載流子(電流Ic)的釋放。耗盡區域內的電場強度僅是重要的。
哎呀-為什麼要投票?在那些能理解晶體管是什麼的人中,這真的是一個普遍的問題嗎?
@LvW嗯?考慮一下控制水管或光電倍增管的液壓閥。
@user3921,使您困惑放大和效率。兩者都是無量綱的,但只有效率必須小於1。
-1
@LvW:還請考慮無線電的工作方式。天線接收到的無線電信號只有幾微瓦的功率。但最終它可以控制千瓦功率的揚聲器的輸出。這些事情每天都會發生,小功率信號用於控制大功率輸出。您可能從未真正注意到它們。
@slebetman,請考慮我的撤銷(直接控制,而無需在其之間進行物理量轉換)。因此,小電流不能直接控制大電流。對於BJT而言,去皮區域內的電場控制電流。順便說一下,這適用於所有導電體-只有電場會導致帶電載流子(是電流)運動。電流的任何變化都是由電場的相應變化引起的,而不是由其他任何電流引起的。這應該如何工作?到目前為止,還沒有人解釋。
@LvW:直接控制是什麼意思?導體?導線只能使用一種設備。從晶體管到真空管再到變壓器再到電阻器,幾乎所有其他設備都會影響到其他因素。
@slebetman,也許我已經表達了自己不清楚。再一次:不可能直接用較小種類的相同量(電流)來控制/改變較大的物理量(例如電流),而無需在它們之間進行任何轉換(例如電流>>電壓)。“導體”是指每個導體(導線,電阻器,半導體)。電荷的移動需要電場提供的力。因此,IB無法控制Ic。僅VBE是控制量的事實可以被(並且已經)被經常證明(物理效應和電路原理)
六 答案:
Peter Bennett
2016-08-29 22:20:30 UTC
view on stackexchange narkive permalink

晶體管的基極電流控制集電極電流。能量來自電源。它不是在晶體管內生成的。

需要說明的是:施加到基極的*小*電流可以控制從集電極到發射極的*大*電流;因此它將“放大”您的輸出(例如從Arduino引腳輸出)到另一個設備。
為了更好地闡明(特別是第1387頁的最後幾段):http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=775421
@LvW您能指出什麼是錯誤的,哪句話是正確的?那會很有幫助。
答案可以在我提供的鏈接中找到。當然,集電極電流不受基極電流控制。僅電場(由Vbe確定)很重要。
因為有人喜歡水的類比:有人能想像出一條小河的水流量發生變化就能改變具有增益的大河的水流量嗎?(例如:每秒1m³(小河)引起每秒100m³(大河)的變化。
alex.forencich
2016-08-30 00:05:43 UTC
view on stackexchange narkive permalink

“捕獲”是晶體管僅控制電流的流動;它本身不發電。電源將來自電路的其他部分,可能來自電力公司的電源或電池。

現在,一個可能的混淆點是晶體管可以表示為包含所謂“電流源”的等效電路。聽起來可以發電,是嗎?好吧,事實證明,“源”實際上可以產生或吸收功率,這取決於流過它的電流和它兩端的電壓之間的關係。 “電源”的主要作用是將電流(在使用電流源的情況下)或電壓(在使用電壓源的情況下)固定為特定值。例如,鋰離子電池的作用類似於電壓源。如果在電池端子之間連接一個電阻,則電池將提供電流以使電壓或多或少保持恆定。但是,如果連接外部電源,則電池將開始充電,並在試圖保持恆定電壓的同時吸收能量。

現在,存在不同類型的晶體管的幾種不同的“模型”或“等效電路”,所有這些都以某種方式使用依賴的源。訣竅在於,這些模型僅在特定的工作條件下才有效,事實證明,在任何條件下晶體管都不會產生功率。這不是數學上的竅門,原因是晶體管內部沒有能夠產生功率的東西。晶體管唯一能做的就是產生一個壓降來對抗電流。通常結果是,晶體管最終會耗散大量功率,最終需要安裝在大型散熱器上。

Andy aka
2016-08-29 22:20:39 UTC
view on stackexchange narkive permalink

BJT通常用作功率放大器,輸出信號獲得的功率來自其使用的直流電源。

無需使用變壓器進行功率放大就可以自行放大電流,但是,如果您需要功率放大器(即伏特和安培的乘積增加),則需要電源。

jonk
2016-08-30 01:47:47 UTC
view on stackexchange narkive permalink

能量是平均功率乘以時間:\ $ E = P \乘以t \ $。節約能源。由於功率只是能量的瞬間,所以通常也可以節省功率。因此,您經常會看到諸如“功率輸入必須等於或大於功率輸出”之類的語句。平均而言,在人類的時間和地點上,這也是正確的。但是,據我們了解,真正守住宇宙的是能量守恆。

權力本身就像造幣一樣。每個硬幣都有兩個面:電壓和電流。功率是伏特乘以電流的乘積:\ $ P = V \乘以I \ $。請注意,這些都不是時間。因此,這裡沒有暗示必須保留電流(\ $ I \ $),因為可以調整電壓(\ $ V \ $)。由於可以調節電流,因此也沒有節省電壓的暗示。平均而言,節約的能源和電力。不是電壓和電流。

每單位時間的能量(電源)來自電源。能量和功率提供熱量,電和換能器活動,並且確實必須遵循基本的節能思想。但是BJT晶體管消耗少量的“重新組合”電流提供給基極-發射極區,以激活更大的集電極湧入電流。這裡缺少的是對涉及的電壓以及電路其餘部分的任何討論,尤其是包括能源在內的討論。 BJT晶體管從這些源中汲取能量,這些源的能量損失遠遠超過BJT作為非常大的電路和能源系統的一小部分而產生的局部效應。

守恆定律適用於封閉系統中的黑盒子。但是,局部的微小能量增加是可能的,只要這些增加來自您忽略的其他地方即可。正如地球上的生命本身似乎是來自雜亂無章並違反熵定律的組織一樣,事實是,太陽的熵增加得遠遠超過地球上孤立的生命形式所代表的熵的任何局部小幅下降。在應用保護法律時,您必須採用一個適當完整的系統。

LvW
2016-08-29 22:37:59 UTC
view on stackexchange narkive permalink

可以將這種放大器看作是將DC電源(來自電源)轉換為信號電源的電路-在放大器的輸出端可用。

有所謂的“功率放大器”,但是-不會放大功率。但是,他們的主要任務不是放大信號電壓,而是在其輸出端提供盡可能多的信號功率。輸出與輸入的功率比就是所謂的“效率”。

Anthony X
2016-08-30 06:25:06 UTC
view on stackexchange narkive permalink

讓我們考慮一個典型的NPN晶體管,並考慮通過它的兩條電氣路徑:集電極到發射極和基極到發射極。當該設備以常規方式用作放大器時,這是電流流經的唯一路徑。

當基極端子上不存在正向偏置電壓(相對於發射極)時,沒有大電流流過器件中的任何路徑。

當基極端子上的電壓(相對於發射極)處於正向偏置範圍內(取決於器件的特性,但可能為0.6V)時,少量電流會通過基極流向發射極。這具有改變器件在從集電極到發射極的另一路徑上的載流能力的效果。從基極流向發射極的電流量較小,因此允許更大的電流從集電極流向發射極。基極-發射極電流不會驅動集電極-發射極電流。認為它更像是操作閥門。在正向偏置範圍內,基極-發射極電流的微小變化會導致集電極-發射極路徑的載流能力發生較大變化。因此,我們有一個放大器。要流經集電極,仍必須由外部電源(電池,電源等)提供電流。

幾乎所有被描述為放大器的東西都以類似的方式工作,無論是電氣的還是機械的。有一個提供輸出功率,輸入信號的電源,以及一個放大設備,該放大設備響應於輸入信號簡單地控制通過設備的功率流。無需違反保護法。



該問答將自動從英語翻譯而來。原始內容可在stackexchange上找到,我們感謝它分發的cc by-sa 3.0許可。
Loading...