Wie wirkt ein Transistor unter Berücksichtigung der Energieeinsparung als Verstärker?

Wir alle wissen, dass Energie nicht aus dem Nichts gebildet werden kann.

Wie verstärkt beispielsweise ein Bipolar Junction Transistor (BJT) den Basisstrom um Beta und gibt ihn an den Kollektorstrom aus?

Wo ist der "Fang"? Gibt es irgendwo anders, wo Energie verloren ging?

Der Basisstrom in einem Transistor steuert den Kollektorstrom. Die Energie kommt aus der Stromversorgung. Es wird nicht im Transistor erzeugt.

Der "Haken" ist, dass ein Transistor nur den Stromfluss steuert; es erzeugt selbst keinen Strom. Der Strom würde von einem anderen Teil des Stromkreises kommen, möglicherweise von der Elektrizitätsgesellschaft über eine Stromversorgung oder von einer Batterie.

Ein möglicher Punkt der Verwirrung besteht nun darin, dass Transistoren als Ersatzschaltbilder dargestellt werden können, die eine sogenannte "Stromquelle" enthalten. Das klingt so, als könnte es Strom erzeugen, ja? Nun, es stellt sich heraus, dass eine "Quelle" tatsächlich entweder Strom erzeugen oder absorbieren kann, abhängig von der Beziehung zwischen dem Strom durch sie und der Spannung über ihr. Die Hauptsache, die eine "Quelle" tut, ist, den Strom (im Fall einer Stromquelle) oder die Spannung (im Fall einer Spannungsquelle) auf einen bestimmten Wert festzulegen. Beispielsweise wirkt eine Lithium-Ionen-Batterie wie eine Spannungsquelle. Wenn Sie einen Widerstand an die Batterieklemmen anschließen, liefert die Batterie Strom, um die Spannung mehr oder weniger konstant zu halten. Wenn Sie jedoch ein externes Netzteil anschließen, wird der Akku aufgeladen.

Nun gibt es mehrere verschiedene "Modelle" oder "Ersatzschaltungen" verschiedener Arten von Transistoren, die alle in irgendeiner Weise abhängige Quellen verwenden. Der Trick besteht darin, dass diese Modelle nur unter bestimmten Betriebsbedingungen gültig sind, und es stellt sich heraus, dass es keine Bedingungen gibt, unter denen ein Transistor jemals Strom erzeugen wird. Dies ist kein Trick der Mathematik. Der Grund dafür ist, dass sich in einem Transistor nichts befindet, das Strom erzeugen kann. Das einzige, was ein Transistor tun kann, ist einen Spannungsabfall zu erzeugen, um dem Stromfluss entgegenzuwirken. Es stellt sich normalerweise heraus, dass Transistoren viel Strom verbrauchen und auf großen Kühlkörpern montiert werden müssen.

Ein BJT wird im Allgemeinen als Leistungsverstärker verwendet, und die durch das Ausgangssignal gewonnene Leistung stammt von der von ihm verwendeten Gleichstromquelle.

Das Verstärken des Stroms allein kann ohne Leistungsverstärkung mit einem Transformator erfolgen. Wenn Sie jedoch eine Endstufe (dh das Produkt aus Volt und Ampere erhöht) wünschen, benötigen Sie eine Stromquelle.

Energie ist die durchschnittliche Energiezeit: $E = P \times t$. Energie wird gespart. Da Energie nur Momente der Energie ist, ist es auch eine Tatsache, dass im Allgemeinen auch Energie erhalten bleibt. Daher werden Sie häufig Aussagen wie "Power In muss gleich oder größer als Power Out sein" sehen. Im Durchschnitt und auf menschlicher Zeit- und Ortsskala trifft dies so ziemlich auch zu. Aber es ist die Erhaltung der Energie, die das Universum wirklich so regiert, wie wir es verstehen.

Macht selbst ist jedoch wie eine Art Münzprägung. Jede Münze hat zwei Gesichter: Spannung und Strom. Leistung ist das Produkt aus Volt mal Strom:$P = V \times I$. Beachten Sie, dass keines davon Zeit ist. Es gibt hier also keine Implikation für diesen Strom ($I$) muss erhalten bleiben, da Spannung ($V$) kann angepasst werden. Es gibt auch keine Implikation, dass die Spannung erhalten bleibt, da der Strom angepasst werden kann. Im Durchschnitt bleiben Energie und Energie erhalten. Nicht Spannung und Strom.

Die Energie pro Zeiteinheit (Leistung) stammt aus der Stromversorgung. Diese Energie und Energie liefert Wärme sowie elektrische und Wandleraktivitäten und muss den grundlegenden Ideen zur Energieeinsparung folgen. Aber der BJT-Transistor verbraucht eine kleine Menge an "Rekombinations" -Strom, der dem Basis-Emitter-Bereich bereitgestellt wird, um einen größeren Anstieg des Kollektorstroms zu aktivieren. Was hier fehlt, ist eine Diskussion der beteiligten Spannungen und des restlichen Stromkreises, insbesondere einschließlich der Energiequellen. Der BJT-Transistor bezieht aus diesen Quellen und diese Quellen verlieren Energie, die weit über den sehr kleinen lokalen Effekt des BJT als einen winzigen Teil eines viel größeren Schaltungs- und Energiequellensystems hinausgeht.

Das Erhaltungsgesetz gilt für das geschlossene System als Black Box. Aber winzige lokale Energieerhöhungen sind möglich, solange diese Erhöhungen von einem anderen Ort stammen, den Sie ignorieren. So wie das Leben selbst auf der Erde als Organisation zu erscheinen scheint, die aus Desorganisation resultiert und gegen Entropiegesetze verstößt, ist die Tatsache, dass die Entropie der Sonne weitaus stärker zunimmt als jede kleine lokale Abnahme der Entropie, die durch eine isolierte Lebensform auf der Erde dargestellt wird. Sie müssen ein angemessen vollständiges System anwenden, wenn Sie Naturschutzgesetze anwenden.

Es ist möglich, einen solchen Verstärker als eine Schaltung zu betrachten, die Gleichstrom (von der Stromversorgung) in Signalleistung umwandelt - verfügbar am Verstärkerausgang.

Es gibt sogenannte "Leistungsverstärker", die jedoch KEINE Leistung verstärken. Ihre Hauptaufgabe ist es jedoch, eine Signalspannung nicht zu verstärken, sondern an ihrem Ausgang so viel Signalleistung wie möglich bereitzustellen. Und das Leistungsverhältnis von Ausgang zu Eingang ist der sogenannte "Wirkungsgrad".

Betrachten wir einen typischen NPN-Transistor und betrachten wir zwei elektrische Pfade durch ihn: Kollektor zu Emitter und Basis zu Emitter. Dies sind die einzigen Pfade, über die Strom fließt, wenn das Gerät auf herkömmliche Weise als Verstärker verwendet wird.

Wenn am Basisanschluss keine Vorwärtsvorspannung (relativ zum Emitter) anliegt, fließt kein signifikanter Strom durch einen Pfad in der Vorrichtung.

Wenn die Spannung am Basisanschluss (relativ zum Emitter) im Vorwärtsvorspannungsbereich liegt (abhängig von den Besonderheiten des Geräts, aber möglicherweise 0,6 V), fließt eine kleine Strommenge durch die Basis zum Emitter. Dies hat zur Folge, dass die Strombelastbarkeit des Geräts auf dem anderen Weg - vom Kollektor zum Emitter - geändert wird. Die geringe Strommenge, die von der Basis zum Emitter fließt, ermöglicht einen viel größeren Stromfluss vom Kollektor zum Emitter. Der Basis-Emitter-Strom treibt den Kollektor-Emitter-Strom nicht an. Stellen Sie sich das eher wie das Betätigen eines Ventils vor. Im Vorwärtsvorspannungsbereich verursachen winzige Änderungen des Basis-Emitter-Stroms große Änderungen der Stromtragfähigkeit des Kollektor-Emitter-Pfades. Wir haben also einen Verstärker. Um durch den Kollektor zu fließen, muss der Strom noch von einer externen Quelle (Batterie, Stromversorgung usw.) bereitgestellt werden.

So ziemlich alles, was als Verstärker bezeichnet wird, funktioniert analog, ob elektrisch oder sogar mechanisch. Es gibt eine Stromversorgung, die die Ausgangsleistung, ein Eingangssignal und die Verstärkungsvorrichtung bereitstellt, die einfach den Stromfluss durch die Vorrichtung als Reaktion auf das Eingangssignal steuert. Es müssen keine Naturschutzgesetze verletzt werden.