Question:
Comment un transistor agit-il comme un amplificateur compte tenu de la conservation de l'énergie?
user3921
2016-08-29 22:17:25 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Nous savons tous que l'énergie ne peut pas être formée à partir de rien.

Alors, comment un transistor à jonction bipolaire (BJT) - par exemple - amplifie-t-il le courant de base par bêta et le transmet au courant du collecteur?

Où est le «hic»?Y a-t-il un autre endroit où perdaient de l'énergie?

Vous confondez l'idée d'énergie avec le courant et vous ne vous souvenez probablement pas non plus qu'il existe des sources de tension contenant de l'énergie stockée dans le cadre de tels circuits.
Pensez aux résistances variables de courant de BJT entre l'alimentation et la charge avec une entrée sensible contrôlée par Beta.Il n'est pas efficace en tant que tension commutée avec une résistance très faible avec un cycle de service modulé pour faire varier la tension de sortie à la charge, comme dans les amplificateurs de classe D et SMPS.
N'oubliez pas que l'amplificateur est un appareil qui nous permet de contrôler le flux de "haute puissance" à l'aide d'une "faible puissance".Pour que l'effet Amplificateur se produise, deux choses sont nécessaires: la source d'énergie (alimentation) et un dispositif de contrôle du flux de cette énergie -> l'amplificateur.
L'analogie que j'ai toujours aimée pour ce que fait un transistor est le bouton sur le dessus d'une bombe aérosol - votre minuscule force (doigt) libère une grande force (gaz comprimé).
@G36 et moelleux - pensez-vous vraiment tous les deux qu'il serait possible qu'une "faible puissance" ou une "petite force" puisse contrôler le flux de "haute puissance" resp.une "grande force"?Impossible!Une plus petite quantité ne peut JAMAIS contrôler / diriger le flux d'une plus grande quantité du même type!
Ce lien n'est pas valide ...
@G36 et moelleux-désolé, dans mon précédent commentaire, j'ai oublié de mentionner la restriction suivante: "... ne peut jamais contrôler DIRECTEMENT ... SANS CONVERSION DES QUANTITÉS PHYSIQUES ...".Exemple: 10 porteurs chargés (IB actuel) ne peuvent pas contrôler / diriger directement la libération de 1000 autres porteurs chargés (courant Ic) - en supposant une valeur bêta de 100. C'est la force du champ électrique dans la zone de déplétion qui importe seulement.
Aïe - pourquoi les votes positifs?Est-ce vraiment une question si courante chez ceux qui peuvent comprendre ce qu'est un transistor?
@LvW Hm?Pensez à une vanne hydraulique contrôlant une conduite d'eau, ou à un photomultiplicateur.
@user3921, vous confondez amplification et efficacité.Les deux peuvent être sans dimension, mais seule l'efficacité doit être <1.
@LvW: Une petite force peut contrôler une force plus grande si la direction des forces ne s'opposent pas directement.Prenons un pilote aux commandes d'un avion de la Première Guerre mondiale.Il peut utiliser uniquement la puissance disponible dans un seul bras humain pour tirer un levier qui tire un câble qui dévie un petit volet qui fait tourner un objet de 1 tonne (l'avion).Considérez également le fonctionnement de l'hydraulique: un homme qui fait fonctionner une petite pompe n'a besoin que d'exercer environ un kilo de pression pour soulever jusqu'à deux tonnes - sans batteries ni source d'alimentation externe - il suffit de déplacer des fluides dans des compartiments de différentes tailles (vous pouvez trouver des chariots élévateurs manuelsaux ateliers)
@LvW: Considérez également le fonctionnement des radios.Le signal radio capté par une antenne n'a que quelques microwatts de puissance.Mais au final, il peut contrôler la sortie des enceintes avec des kilowatts de puissance.Ces choses se produisent tous les jours, des signaux avec une faible puissance sont utilisés pour contrôler les sorties avec une grande puissance.Vous ne les avez probablement jamais vraiment remarqués.
@slebetman, veuillez considérer ma restriction (contrôle DIRECT sans conversion des quantités physiques entre les deux).Par conséquent, un petit courant ne peut pas contrôler DIRECTEMENT un courant important.Pour les BJT, c'est le champ électrique dans la région de dépeletion qui contrôle le courant.En passant, cela s'applique à TOUS les corps conducteurs - seul le champ E provoque le mouvement des porteurs chargés (qui est courant).Et tout changement de courant est causé par un changement correspondant du champ E - et non par un autre courant.Comment cela devrait-il fonctionner?Personne n'a expliqué cela jusqu'à présent.
@LvW: Qu'entendez-vous par contrôle direct?Conducteur?Un seul appareil est possible pour les fils conducteurs.Presque tous les autres appareils, des transistors aux tubes à vide en passant par les transformateurs et les résistances, affectent quelque chose qui affecte autre chose.
@slebetman, peut-être que je me suis exprimé pas clair.Encore une fois: Il n'est pas possible de contrôler / modifier directement une plus grande quantité physique (comme un courant) avec une plus petite quantité du même type (courant) - sans aucune conversion entre les deux (par exemple courant >> tension).Et avec «conducteur», je veux dire tout corps conducteur (fil, résistance, semi-conducteur).Le mouvement des charges nécessite une force fournie par un champ électrique.Par conséquent, IB ne peut pas contrôler Ic.Le fait que seul VBE soit la quantité de contrôle peut être (et a été) très souvent prouvé (effets physiques et principes de circuit)
Six réponses:
Peter Bennett
2016-08-29 22:20:30 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Le courant de base dans un transistor contrôle le courant du collecteur.L'énergie provient de l'alimentation électrique.Il n'est pas généré dans le transistor.

Pour clarifier: un * petit * courant appliqué à la base peut contrôler un * plus grand * courant du collecteur à l'émetteur;ainsi il "amplifie" votre sortie (par exemple à partir d'une broche Arduino) vers un autre appareil.
Pour mieux clarifier (en particulier, les derniers paragraphes de la page 1387): http://ieeexplore.ieee.org/stamp/stamp.jsp?arnumber=775421
@LvW Pouvez-vous indiquer ce qui ne va pas et quelle phrase est correcte?Ce serait très utile.
La réponse peut être trouvée dans le lien que j'ai fourni.Bien entendu, le courant du collecteur n'est PAS contrôlé par le courant de base.C'est le champ électrique (déterminé par Vbe) qui compte uniquement.
Parce que certaines personnes préfèrent l'analogie avec l'eau: Quelqu'un peut-il imaginer qu'un changement du débit d'eau d'une petite rivière pourrait changer le débit d'une rivière plus grande AVEC GAIN?(Exemple: 1m³ par seconde (petite rivière) provoque un changement de 100m³ par seconde (grande rivière).
alex.forencich
2016-08-30 00:05:43 UTC
view on stackexchange narkive permalink

Le problème, c'est qu'un transistor ne contrôle que le flux de courant; il ne génère pas lui-même d'énergie. L'alimentation proviendrait d'une autre partie du circuit, peut-être de la compagnie d'électricité via une alimentation électrique ou d'une batterie.

Maintenant, un point de confusion possible est que les transistors peuvent être représentés comme des circuits équivalents qui contiennent une soi-disant «source de courant». Cela semble pouvoir générer de l'énergie, n'est-ce pas? Eh bien, il s'avère qu'une «source» peut en fait générer ou absorber de l'énergie, en fonction de la relation entre le courant qui la traverse et la tension à travers elle. La principale chose qu'une «source» fait est de fixer le courant (dans le cas d'une source de courant) ou la tension (dans le cas d'une source de tension) à une valeur spécifique. Par exemple, une batterie lithium-ion agit comme une source de tension. Si vous connectez une résistance aux bornes de la batterie, la batterie fournira du courant pour maintenir la tension plus ou moins constante. Cependant, si vous connectez une alimentation externe, la batterie commencera à se charger, absorbant l'énergie tout en essayant de maintenir la tension constante.

Maintenant, il existe plusieurs «modèles» ou «circuits équivalents» différents de différents types de transistors, qui utilisent tous des sources dépendantes d'une certaine manière. L'astuce est que ces modèles ne sont valables que dans des conditions de fonctionnement particulières, et il s'avère qu'il n'y a aucun ensemble de conditions dans lesquelles un transistor produira de l'énergie. Ce n'est pas une astuce mathématique, la raison en est qu'il n'y a rien à l'intérieur d'un transistor qui soit capable de générer de l'énergie; la seule chose qu'un transistor peut faire est de générer une chute de tension pour s'opposer au flux de courant. Il s'avère généralement que les transistors finissent par dissiper beaucoup de puissance et doivent être montés sur de grands dissipateurs de chaleur.

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

Un BJT est généralement utilisé comme amplificateur de puissance et la puissance gagnée par le signal de sortie provient de la source d'alimentation CC qu'il utilise.

L'amplification du courant seul peut être effectuée sans amplification de puissance en utilisantun transformateur mais, si vous voulez un ampli de puissance (c'est-à-dire le produit des volts et des ampères augmenté) alors vous avez besoin d'une source d'alimentation.

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

L'énergie est la puissance moyenne multipliée par le temps: \ $ E = P \ fois t \ $. L'énergie est conservée. Puisque le pouvoir n'est que des moments d'énergie instantanés, c'est aussi un fait qu'en général, le pouvoir est également conservé. Ainsi, vous verrez souvent des déclarations telles que «la puissance d'entrée doit être égale ou supérieure à la puissance de sortie». En moyenne et à l'échelle humaine du temps et de la localité, c'est à peu près également vrai. Mais c'est la conservation de l'énergie qui régit vraiment l'univers tel que nous le comprenons.

Le pouvoir, lui-même, est cependant comme une sorte de monnaie. Chaque pièce a deux faces: tension et courant. La puissance est le produit des volts par le courant: \ $ P = V \ fois I \ $. Notez que ni l'un ni l'autre ne sont le temps. Il n'y a donc aucune implication ici que le courant (\ $ I \ $) doit être conservé, car la tension (\ $ V \ $) peut être ajustée. Il n'y a également aucune implication que la tension est conservée, car le courant peut être ajusté. En moyenne, ce qui est conservé, c'est l'énergie et la puissance. Pas de tension et de courant.

L'énergie par unité de temps (puissance) provient de l'alimentation. Cette énergie et cette puissance fournissent de la chaleur, des activités électriques et des transducteurs et doivent suivre des idées de base de conservation de l'énergie. Mais le transistor BJT consomme une petite quantité de courant de "recomposition" fournie à la région base-émetteur afin d'activer une plus grande impulsion de courant de collecteur. Ce qui manque ici, c'est toute discussion sur les tensions impliquées et le reste du circuit, aussi, y compris plus particulièrement les sources d'énergie. Le transistor BJT puise dans ces sources et ces sources perdent de l'énergie bien au-delà du très petit effet local du BJT comme une infime partie d'un circuit et d'un système de source d'énergie beaucoup plus grand.

La loi de conservation s'applique au système fermé comme une boîte noire.Mais de minuscules augmentations d'énergie locales sont possibles, tant que ces augmentations proviennent d'un autre endroit que vous ignorez.Tout comme la vie elle-même sur Terre peut sembler être une organisation issue de la désorganisation et violer les lois d'entropie, le fait est que l'entropie du soleil augmente beaucoup, bien plus que toute petite diminution locale de l'entropie représentée par une forme de vie isolée sur Terre.Vous devez adopter un système adéquatement complet lors de l'application des lois de conservation.

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

Il est possible de voir un tel amplificateur comme un circuit qui transfère la puissance CC (de l'alimentation) en puissance de signal - disponible à la sortie de l'amplificateur.

Il existe des "amplificateurs de puissance", qui - cependant - n'amplifient PAS la puissance.Mais leur tâche principale n'est pas d'amplifier une tension de signal, mais de FOURNIR autant de puissance de signal que possible à sa sortie.Et le rapport de puissance sortie / entrée est ce que l'on appelle «l'efficacité».

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

Considérons un transistor NPN typique et considérons deux chemins électriques à travers lui: collecteur à émetteur et base à émetteur. Ce sont les seuls chemins par lesquels le courant circulera lorsque l'appareil est utilisé de manière conventionnelle comme amplificateur.

Lorsqu'aucune tension de polarisation directe (par rapport à l'émetteur) n'est présente sur la borne de base, non un courant significatif circule à travers n'importe quel chemin de l'appareil.

Lorsque la tension sur la borne de base (par rapport à l'émetteur) est dans la plage de polarisation directe (dépend des spécificités de l'appareil, mais peut-être 0,6 V), une petite quantité de courant circule à travers la base vers l'émetteur. Cela a pour effet de modifier la capacité de transport de courant de l'appareil dans l'autre chemin - du collecteur à l'émetteur. La faible quantité de courant circulant de la base à l'émetteur permet à un courant beaucoup plus important de circuler d'un collecteur à un émetteur. Le courant base-émetteur ne conduit pas le courant collecteur-émetteur. Pensez-y plutôt comme actionner une vanne. Dans la plage de polarisation directe, de minuscules changements dans le courant base-émetteur provoquent de grands changements dans la capacité de transport de courant du trajet collecteur-émetteur. Ainsi, nous avons un amplificateur. Pour circuler dans le collecteur, le courant doit encore être fourni par une source externe (batterie, alimentation, etc.).

Presque tout ce qui est décrit comme un amplificateur fonctionne de manière analogue, qu'il soit électrique ou même mécanique. Il y a une alimentation qui fournit la puissance de sortie, un signal d'entrée et le dispositif d'amplification qui contrôle simplement le flux d'énergie à travers le dispositif en réponse au signal d'entrée. Aucune loi de conservation ne doit être violée.



Ce Q&R a été automatiquement traduit de la langue anglaise.Le contenu original est disponible sur stackexchange, que nous remercions pour la licence cc by-sa 3.0 sous laquelle il est distribué.
Loading...