ใบความรู้หน่วยที่ 7วงจรทรานซิสเตอร์

บทที่ 7 วงจรทรานซิสเตอร์7.1 บทนา ในการนาทรานซิสเตอร์ไปใช้งาน จาเป็นจะต้องต่อวงจรไบแอสให้แก่ทรานซิสเตอร์เพื่อให้มันสามารถทางานได้ตามท่ีเราต้องการ เราเรยี กวิธกี ารดงั กล่าววา่ การจัดวงจรทรานซสิ เตอร์7.2 การจัดวงจรทรานซสิ เตอร์ เนอื่ งจากทรานซิสเตอร์มี 3 ขา เราจงึ จัดวงจรทรานซิสเตอร์ได้ 3 รูปแบบคือ 1. วงจรเบสร่วม (Common base) (ก) (ข) รปู ท่ี 7.1 วงจรเบสร่วมวงจรในรปู ที่ 7.1 (ก) เปน็ วงจรเบสรว่ มทรานซสิ เตอร์ชนดิ NPN จะมขี าเบสต่อรว่ มระหว่างดา้ นอินพุตกับเอาต์พุต สญั ญาณความถ่ีอินพตุ จะผา่ นตวั เกบ็ ประจุ C1 เขา้ มาและถูกกาหนดอัตราขยายต่างๆ ด้วยอิทธิพลของ IBและ IC ดังนี้อตั ราขยายกระแสของวงจร (ใช้สญั ลักษณต์ วั อัลฟา; ) IC  = IE ……………………………………………(7.1)

จะเห็นว่าตัวหารมคี า่ มากกวา่ ตัวตงั้ ดังนัน้ อัตราขยายกระแสจะไม่ถงึ หนงึ่ ซง่ึ เปน็ วงจรที่ใหอ้ ัตราขยายกระแสไม่ดีอัตราขยายแรงดนั (ใช้สญั ลกั ษณ์; AV) AV =  RREL………………………………………(7.2)อัตราขยายกาลงั (ใชส้ ัญลักษณ์; PG) PG = AV ……………………………………….(7.3)สว่ นวงจรในรปู ท่ี 7.1 (ข) เปน็ วงจรเบสรว่ มของทรานซสิ เตอร์ PNP จะมีขาเบสต่อรว่ มระหว่างดา้ นดนิ พุตกบั เอาต์พตุ เช่นเดียวกันกับวงจรในรปู ที่ 7.1 (ก) สญั ญาณความถีอ่ ินพุตที่ผา่ นตัวเก็บประจุ C1 เขา้ มากจ็ ะถูกกาหนดอตั ราขยายตา่ งๆ ดว้ ยอิทธพิ ลของ IE, IC เชน่ กัน คืออัตราขยายกระแสของวงจร (ยงั คงใช้สัญลกั ษณต์ ัว อัลฟา; ) IC  = IE ……………………………………………(7.4)อัตราขยายกระแสจะไม่ถงึ หนึ่ง จงึ เปน็ วงจรที่ใหอ้ ตั ราขยายกระแสไมด่ ี อัตราขยายแรงดัน (ยงั คงใช้สญั ลักษณ์; AV) AV =  RREL………………………………………..(7.5) อตั ราขยายกาลัง (ยงั คงใช้สญั ลกั ษณ์; PG) PG = AV…………………………………………(7.6)สมมตวิ า่ วงจรขยายเบสรว่ มในรูปท่ี 7.1 (ก) มีกระแสอิมิตเตอร์ IE = 6.1 mA และมีกระแสคอลเลคเตอร์IC ด้านเอาต์พุต 6 mA ดงั น้ัน  = IC อัตราขยายกระแส; 6 IE = 6.1 = 0.98จะเห็นว่าอัตราขยายกระแสมีคา่ นอ้ ยกวา่ 1 เสมอ จงึ ถือว่าใหอ้ ัตราขยายกระแสไมด่ ี RLอัตราขยายแรงดนั ; AV =  RE 5 = 0.98  1 = 4.9อตั ราขยายกาลงั ; PG = AV = 0.98  4.9

= 4.9 สรุปโดยรวมแล้ววงจรขยายเบสร่วมให้อัตราขยายต่างๆ ค่อนข้างต่าไม่เหมาะท่ีจะนาไปใช้เป็นวงจรขยายสัญญาณ ข้อสังเกต สาหรับสัญญาณอินพุตมีเฟสด้านใด ทางด้านเอาต์พุตก็จะเกิดสัญญาณมีเฟสเหมือนกันกับด้านอนิ พตุ C1 และ C2 ในวงจรทาหน้าท่ีเชื่อมต่อสัญญาณ (Coupling) โดยจะใหส้ ัญญาณความถดี่ ้านอินพตุ ผ่านเข้ามาได้ทาง C1 และสัญญาณท่ีถูกขยายแล้วจะผ่าน C2 ออกไปทางด้านเอาต์พุตของวงจร ในขณะเดียวกันก็จะกั้นไฟตรงทั้งจากแหล่งจา่ ยไฟเลีย้ ง VBB, VCC ไมใ่ ห้ผา่ นออกไปภายนอกและกน้ั ไฟตรงจากแหลง่ จ่ายภายนอกไม่ให้ผ่านเขา้ มาในวงจร 1) วงจรอิมิตเตอรร์ ว่ ม (Common emitter) (ก) รปู ท่ี 7.2 วงจรอิมิตเตอรร์ ว่ มวงจรในรปู ท่ี 7.2 (ก) เปน็ วงจรขยายแบบอิมิตเตอรร์ ่วมของทรานซสิ เตอร์ชนดิ NPN ขาอิมติ เตอรจ์ ะถูกต่อรว่ มอยรู่ ะหวา่ งอินพตุ และเอาต์พุตของวงจร สัญญาณเอาต์พตุ จะกลบั เฟสกันกบั ด้านอินพตุ และมีขนาดใหญก่ ว่าสญั ญาณความถอี่ ินพตุ จะผา่ นตวั เก็บประจุ C1 เขา้ มาและถูกกาหนดอัตราขยายต่าง ๆ ด้วยอิทธิพลของ IB และ ICดงั นี้อตั ราขยายกระแส (ใช้สญั ลักษณ์ตวั เบตา้ , β )  = IICB………………………………………………(7.7)จะเหน็ ว่าอตั ราขยายกระแสมีคา่ สงู มากเพราะตัวตง้ั คือ IC (เกือบเท่า IE) แตท่ ส่ี ่วนตวั หาร IB มีค่าน้อยที่สุดความสัมพนั ธร์ ะหวา่ ง  และ  สามารถหาได้ดังนี้ ICจาก  = IBวงจรเป็นอิมติ เตอรร์ ่วม นา IE หารท้งั IC และ IB จะได้

 = IC⁄IE IB⁄IEเนือ่ งจาก IB = IE – ICดงั น้ัน IC⁄IEและ  = (IE  IC)⁄IB อัตราขยายแรงดัน; AV IC = IEอตั ราขยายกาลงั ; PG  = 1  …………………………………………(7.8) AV =  RL ……..……………………………………...(7.9) RB PG = AV ………………………………………………(7.8)สาหรับวงจรในรูปท่ี 7.2 (ข) เป็นวงจรขยายแบบอิมิตเตอร์ร่วมของทรานซิสเตอร์ชนิด PNP ขาอิมิตเตอร์ยังคงถูกต่อร่วมอยู่ระหว่างอินพุตและเอาต์พุตของวงจร เหมือนกับวงจรในรูปท่ี 7.1 (ก) สัญญาณด้านเอาต์พุตจะกลับเฟสกันกับด้านอินพุต และมีขนาดใหญ่กว่าสัญญาณอินพุตเช่นเดียวกัน สัญญาณความถี่อินพุตจะผ่านตัวเก็บประจุ C1 เขา้ มาและถูกกาหนดอัตราขยายต่างๆ ด้วยอทิ ธิพลของ IB และ IC เช่นเดียวกับวงจรขยายแบบอิมติ เตอร์รว่ มของทรานซสิ เตอร์ชนดิ NPN คืออตั ราขยายกระแส (ใชส้ ัญลกั ษณต์ ัวเบต้า, ) IC  = IB …………………………………………(7.11)อัตราขยายแรงดัน; AV AV = RRBL ………………………………………(7.12)อตั ราขยายกาลงั ; PG PG = AV ………………………………………(7.13)สมมตุ วิ ่า วงจรขยายอมิ ิตเตอร์ร่วมในรปู ท่ี 7.2 (ก) มีกระแสเบสด้านอินพุต (IB) = 20 A กระแสคอลเลคเตอร์ (IC) ด้านเอาต์พุต = 2 mA ดงั นนั้ อัตราขยายกระแส; IC  = IB 2 = 0.02

= 100 RLอตั ราขยายแรงดนั ; AV =  RB 10 = 100  1 = 1,000อตั ราขยายกาลงั ; PG = AV = 100  1,000 = 100,000สรปุ โดยรวม วงจรอมิ ิตเตอรร์ ่วมจะใหอ้ ตั ราขยายสงู มาก ทั้งอตั ราขยายกระแส อัตราขยายแรงดนั และอัตราขยายกาลงั สญั ญาณดา้ นเอาต์พุตจะกลับเฟสกันกบั ด้านอินพุต 180o จงึ มักนยิ มนาไปใช้ในวงจรภาคขยายสญั ญาณ และทนี่ ยิ มใชอ้ ีกวงจรหนึง่ คอื วงจรสวิตชิ่ง (Switching)ข้อสังเกต สัญญาณทไ่ี ด้ทางเอาตพ์ ตุ ของวงจรขยายแบบอมิ ิตเตอรร์ ่วม จะมีขนาดใหญ่กว่าสญั ญาณเอาต์พตุ ของวงจรขยายเบสรว่ มและมีเฟสตา่ งกัน โดยสัญญาณอินพตุ ของวงจรขยายแลลอิมิตเตอรร์ ่วมจะกลบั เฟสกับสญั ญาณด้านเอาตพ์ ตุ2) วงจรคอลเลคเตอรร์ ว่ ม (Common Collector) (ก) รปู ท่ี 7.3 วงจรคอลเลคเตอร์ร่วม

การต่อวงจรคอลเลคเตอร์รว่ มน้นั ไม่วา่ ทรานซสิ เตอรท์ ่ีใชจ้ ะเป็นชนดิ NPN หรอื PNP ก็ตามมขี ้อทน่ี า่สังเกตได้กค็ ือที่ข้วั ของคอลเลคเตอร์จะไมถ่ ูกต่อลงกราวนด์ (Ground) โดยตรง แต่จะเห็นวา่ ตอ้ งมีไฟเล้ียงวงจรต่อรว่ มอยกู่ ่อน บางครง้ั อาจเรยี กวงจรคอลเลคเตอรร์ ่วมว่า “วงจรขยายอิมิตเตอรฟ์ อลโลเวอร์” (Emitter follower)โดยท่ัวไปแล้วจะมคี ่าความตา้ นทานดา้ นอินพตุ สงู กว่าด้านเอาตพ์ ุตพจิ ารณาตามรูปท่ี 7.3 (ก) ซ่ึงเปน็ การต่อวงจรคอลเลคเตอร์ร่วมของทรานซิสเตอร์ ชนิด NPN จะได้อัตราขยายกระแส (ใชส้ ญั ลกั ษณ์ตัวแกมมา่ , ) IE  = IB ……………………………………….(7.14)ความสมั พนั ธ์ของ  และ  พจิ ารณาจากสมการจะได้จาก IE = IC + IB IC+IB   = IB =และ IC  IB   =  + 1 …………………………………………….(7.15)จากสมการที่ 7.14 จะเหน็ ได้ว่า อัตราขยายกระแสของวงจรคอลเลคเตอรร์ ่วม จะมีค่ามากทสี่ ุด อย่างไรก็ตามด้วยเหตุผลท่ีความต้านทานทางอินพุตมีค่าสูงกว่าด้านเอาต์พุตอัตราขยายแรงดันจะมีค่าน้อย (โดยทั่วไปน้อยกว่าหนง่ึ แตใ่ กล้เคียงมากจนประมาณว่าเทา่ กับหนึง่ )อตั ราขยายแรงดนั ; AV RL RB AV =  ………………………………………..(7.16)อัตราขยายกาลงั ; PG PG = AV …………………………………………(7.17)เมื่อพิจารณารูปที่ 7.3 (ข) ซ่ึงเป็นการต่อวงจรคอลเลคเตอร์ร่วมของทรานซิสเตอร์ชนิด PNP อัตราขยายกระแส อัตราขยายแรงดันตลอดจนอัตราขยายกาลังก็ยังคงพิจารณาได้เช่นเดียวกับการต่อวงจรคอลเลคเตอร์ร่วมของทรานซสิ เตอร์ชนิด NPN น่ันคืออัตราขยายกระแส (ยังคงใช้สญั ลกั ษณ์ตัวแกมมา่ , ) IE  = IB ……………………………………………….(7.18)อัตราขยายแรงดัน ; AV AV = RRBL …………………………………………..(7.19)อัตราขยายกาลงั ; PG PG = AV ………………………………………....(7.20)

สมมติว่าวงจรขยายคอลเลคเตอร์ร่วมในรูปที่ 7.3 (ก) มีค่าของอัตราขยายกระแส เมื่อต่อวงจรแบบอิมติ เตอร์รว่ ม ดังนัน้อตั ราขยายกระแส ;  =  + 1 = 70 + 1 = 71 RLอัตราขยายแรงดนั ; AV =  RBอัตราขยายแรงดนั ; AV =  RL RB 140 = 71 10,000 = 0.99  1อัตราขยายกาลัง ; PG = AV = 71  1 = 71สรุปได้ว่า วงจรคอลเลคเตอร์ร่วมจะให้อัตราขยายกระแสและอัตราขยายกาลังสูงพอประมาณ แต่ไม่มากนักและจะให้อัตราขยายแรงดันต่า คือมีค่าอัตราขยายแรงดันระหว่างอินพุตและเอาต์พุตประมาณเท่ากัน จึงไม่เหมาะท่ีจะใช้เป็นวงจรขยายสัญญาณท่ตี ้องการอัตราขยายแรงดันและกาลังสูง ๆ แต่มีความเหมาะสมทจ่ี ะนาไปใช้เปน็ วงจรกนั ชน (Buffer)สาหรับใช้ในการเชื่อมต่อวงจรสองวงจรเข้าหากันข้อสงั เกต สัญญาณอินพตุ และเอาตพ์ ตุ ของวงจรคอลเลคเตอร์รว่ มจะมีเฟสตรงกนั7.1 การใชท้ รานซสิ เตอร์เป็นสวิตช์ในการใชท้ รานซิสเตอรเ์ ป็นสวิตช์ จะนายา่ นการทางานในย่าน Cut – off (ไม่นากระแส) และยา่ นSaturation (ย่านอมิ่ ตวั ทรานซสิ เตอร์นากระแสสงู สุด) มาใชง้ าน โดยอาศัยการควบคุมการสวิตช์ทข่ี าเบส เพือ่ ให้กระแสเบสไปควบคุมการนาหรือหยุดนากระแสคอลเลคเตอร์ รูปท่ี 7.4 การใชท้ รานซสิ เตอรเ์ ปน็ สวติ ช์

จากรูปท่ี 7.4 ถ้าสวิตช์ S เปิดวงจร หลอดไฟจะยังไม่สว่าง แต่ถ้าสวิตช์ Sต่อวงจรหลอดไฟจึงจะสว่างเพราะมีกระแสเบส (IB) มาป้อนที่ขาเบส ทาให้มีกระแสคอลเลคเตอร์ (IC) ไหลผ่านโหลดหลอดไฟ 6 V 0.3 W ได้และไหลมารวมกับ IB ผ่านขา E ครบวงจร อย่างไรกต็ ามการท่ีจะให้หลอดไฟสว่างเตม็ ทจี่ ะต้องคานวณหาขนาด RBท่ีจะนามาต่อใหเ้ หมาะสม ซ่ึงจากข้อมลู ในรูปท่ี 7.4 สามารถคานวณหาค่า RB ไดด้ ังน้ีจากขนาดหลอดไฟคอื 6 V 0.3 Wกระแสไหลผา่ นหลอดไฟคือ IC 0.3 IC สูงสุด= 6 = 0.05A = 50 mAเม่ือ  = 50 หมายความวา่ ถ้า IB มีค่าเปน็ 1 ส่วน จะได้ IC = 50 สว่ น (ตามสมการ  = IICB)ดงั น้นั ถา้ IC = 50 mA IC 50 mA  IB =  = 50 = 1 mAกระแส IB = 1 mA ไหลผ่าน RBขณะท่ีทรานซสิ เตอร์นากระแสแรงดนั ตกคร่อม ตวั ตา้ นทาน RB บวกกับ VBE = 6V น่ันคือ 6 V = VRB + VBEขณะท่ีทรานซสิ เตอร์นากระแสให้ VBE มคี า่ เทา่ กบั 0.7 V  VRB = 6V  0.7V = 5.3 V VRBดงั นนั้ ค่า RB = 5.I3B V = 1mA = 5.3 kเราจะนาหลักการใช้ทรานซิสเตอร์เป็นสวิตช์ ไปใช้ควบคุมโหลดที่ต้องการท้ังแรงดันต่าและแรงดันสูง ซ่ึงในสว่ นของวงจรควบคุมที่ใช้ทรานซิสเตอร์เป็นสวติ ชน์ ้ีเรียกว่า “ระบบควบคุมแรงดันตา่ ” (Low voltage controlsystem)