טרנזיסטור כמגבר – אלקטורניקה תקבילית וספרתית

הקדמה

הטרנזיסטור הוא אחד הרכיבים האלקטרוניים החשובים והנפוצים ביותר במעגלים אלקטרוניים. ישנם שני שימושים עיקריים לטרנזיסטור: כמגבר וכמתג.

בפוסט זה נתמקד בשימוש בטרנזיסטור כמגבר אלקטרוני המאפשר לנו הגברה של אותות חלשים במעגלים אלקטרוניים. הטרנזיסטור כמגבר מאפשר לנו לקחת אות חשמלי קטן וחלש ולהגדיל את עוצמתו, כך שניתן יהיה לעבד אותו בהמשך המעגל או להפעיל רכיבים הדורשים רמות מתח וזרם גבוהות יותר.

נכיר את מבנה הטרנזיסטור ואת עקרון הפעולה שלו כמגבר המבוסס על בקרת זרם באמצעות מתח. נראה כיצד שינויים קטנים במתח הכניסה גורמים לשינויים גדולים יותר בזרם היציאה לאחר ההגברה בטרנזיסטור.

הטרנזיסטור כמגבר אפשר את מהפכת המידע והתקשורת בעידן המודרני.

שימושים של טרנזיסטור כמגבר

☸ הגברת אותות שמע חלשים ממיקרופונים ומקלטים.
☸ הגברת אותות מחיישנים כמו חיישני טמפרטורה, לחץ וכדומה.
☸ הגברה של אותות בתדר רדיו ובתחום התקשורת האלחוטית.
☸ יצירת מתנדים אלקטרוניים ליצירת גלים ואותות מחזוריים.
☸ הגברת האותות האנלוגיים במעגלי מחשבים ומעגלים ספרתיים.
☸ יישומים במכשור אלקטרוני: אוסצילוסקופים, מכשירי מדידה ובקרה.
☸ הגברת כוח במנועים חשמליים על ידי בקרת פלט של מתח או זרם.

הבדל בין טרנזיסטור כמתג לטרנזיסטור כמגבר

☸ כאשר משתמשים בטרנזיסטור כמתג, הוא משמש לבקרת זרימת הזרם במעגל על ידי מצבים של פתוח וסגור.
☸ כאשר משתמשים בטרנזיסטור כמגבר, הוא משמש להגברה מבוקרת של אותות חלשים על ידי שינוי עדין בזרימה.
☸ המתג מתבסס על שני מצבים ברורים, המגבר על שינויים רציפים.
☸ במתג הדגש הוא על בקרה, במגבר הדגש הוא על הגברה.

מושגים בסיסים בטרנזיסטור כמתג 

לטרנזיסטור שלוש רגליים:
1. בסיס (Base).
2. אמיטר (Emitter).
3. קונקטור (Collector).

☸ IC – זרם בקולקטור (C).
☸ IB – זרם בבסיס (B).
☸ IE – הזרם באמיטר (E) תמיד יהיה חץ שמורה כלפי מטה.
☸ β = hfe – מקדם הגבר הזרם.
☸ Vbe – מתח בין בסיס B לאמיטר E
☸ Vce – מתח בין קולקטור C לאמיטר E

נוסחאות

מציאת זרמים בטרנזיסטור כמגבר

נוסחאות למציאת הגבר המתח כאשר אין RL

נוסחה למציאת מתח המוצא Vo כאשר אין נגד RL 

נוסחה למציאת מתח הכניסה Vin כאשר אין נגד RL 

נוסחאות למציאת הגבר המתח כאשר ישRL

נוסחה למציאת מתח המוצא Vo כאשר יש נגד RL 

נוסחה למציאת מתח הכניסה Vin כאשר יש נגד RL 

כללים חשובים בטרנזיסטור כמגבר

☸ כאשר דורשים מאתנו למצוא נקודת עבודה של טרנזיסטור.
אנו צריכים למצוא את הערכים Vce  ו IC

☸ כאשר מבקשים מאתנו למצוא זרמים IC ו IB או את ערך הנגד RC או את ערך הנגד RB אנו פועלים במתח ישר ולא במתח חילופין.
במתח ישר אנו לא מתייחסים לקבלים => הקבלים נחשבים בנתק.

☸ משוואה – סכום המתחים במעגל סגור – שווה למתח במקור הישר (DC) בשביל להגיע מה Vcc לאדמה.
ישנם 2 דרכים – חוג דרך הנגד RC וחוג דרך הנגד RB.

תרשים חשמלי טרנזיסטור כמגבר ללא RE

חוגים בטרנזיסטור כמגבר – נוסחאות דרך הנגדים ללא RE

חוג דרך הנגד RC

חוג דרך הנגד RB 

תרשים חשמלי טרנזיסטור כמגבר עם RE 

חוגים בטרנזיסטור כמגבר – נוסחאות דרך הנגדים עם RE

חוג דרך הנגד RC

חוג דרך הנגד RB 

מעגל תמורה של טרנזיסטור כמתגבר 

חשוב לא לשכוח:
☸ במידה ואין בטרנזיסטור נגד RE בשרטוט מעגל תמורה אנו לא כותבים RE.
☸ במידה ויש בטרנזיסטור נגד RE ובמקביל עליו מחובר קבל אנו לא כותבים RE.
☸ במידה ויש בטרנזיסטור נגד RE ולא מחובר לו במקביל קבל אנו כן כותבים RE.
☸ במידה ויש גם נגד RC וגם נגד RL – הם מחוברים במקביל ולכן בשרטוט רושמים את הערך שלהם ביחד לפי אחת הנוסחאות הבאה:

סיכום

הטרנזיסטור כמגבר הוא אחד הרכיבים המרכזיים ביותר במעגלים אלקטרוניים הדורשים הגברת אותות. היכולת שלו להגביר אותות חלשים תוך שימור ההבדלים ביניהם אפשרה את המהפכה בתחומי התקשורת, המדידה והבקרה האלקטרוניים. כמעט כל מכשיר אלקטרוני כיום מכיל טרנזיסטורים כמגברים, החל במגברי שמע, דרך מכשירי מדידה מדויקים ועד לתחנות כוח ומערכות בקרה תעשייתיות.