|
ทรานซิสเตอร์ในวงจรขยายสัญญาณ
 ด้วยคุณสมบัติของทรานซิสเตอร์ที่มีการขยายกระแสด้วยค่า
เบต้า ทำให้เราสามารถนำทรานซิสเตอร์มาต่อเป็น วงจรขยายสัญญาณได้ ลองดูการต่อวงจรง่าย
ๆ ดังรูปที่ 10 ก. และป้อนสัญญาณอินพุททางขา B เราจะมาดูสัญญาณเอาท์พุททางขา
C ว่า เป็นอย่างไร โดยที่ VS มีค่า 10 โวลท์ และป้อนสัญญาณเป็นคลื่นรูปซายน์
รูปที่ 10 ทรานซิสเตอร์ในวงจรขยายสัญญาณ
เมื่อป้อนสัญญาณอินพุตและสัญญาณเอาท์พุตที่ได้
เมื่อสัญญาณอินพุทมีค่าเป็นศูนย์โวลท์
ดังรูปที่ 10 ข. จะไม่เกิดกระแส IB ผลก็คือ IC ไม่เกิดด้วย
ดังนั้น แรงดันที่ RCจึง มีค่าเป็นศูนย์โวลท์ ทำให้แรงดัน VCE
เท่ากับ VS คือ 10 โวลท์ และทำนองเดียวกัน เมื่อสัญญาณอินพุทมีค่าน้อยกว่า
0.65 โวลท์ สัญญาณเอาท์พุทจะมีค่าเป็น 10 โวลท์ เช่นกัน
เมื่อสัญญาณอินพุทมีค่าเพิ่มขึ้นเป็นลักษณะครึ่งรูปคลื่นซายน์ในช่วงบวก
(ไซเคิ้ลบวก) ดังรูปที่ 10 ค. ในช่วงนี้จะเกิด IB
ตามคลื่นรูปซายน์ด้วยจึงทำให้
IC เกิดตามไปด้วย
เมื่อ IB
มากขึ้น IC
จะมากด้วย ผลทำให้เกิดแรงดันที่ RC
มากขึ้น แรงดัน VCE
จึงเริ่มลดลง เมื่อสัญญาณอินพุทมีค่าสูงสุดจะทำให้แรงดัน
VCEมีค่าลดลงมากสุดจนถึง
0 โวลท์และเมื่อสัญญาณอินพุทเริ่มลดลง แรงดันเอาท์พุทจะเริ่มเพิ่มขึ้น เป็นที่สังเกตว่าในช่วงนี้สัญญาณเอาท์พุทจะกลับเฟส(ตรงข้ามกัน)
กับสัญญาณอินพุท คือ เมื่อ สัญญาณอินพุทมีแรงดันมากขึ้น สัญญาณเอาท์พุทจะมีแรงดันลดลง
ในช่วงสัญญาณอินพุทเป็นครึ่งซายน์ในช่วงลบ
(ไซเคิ้ลลบ) ดังรูปที่ 10 ง. ในช่วงนี้ขา B,E ของทรานซิสเตอร์ จะได้รับ ไบแอสกลับ
ทำให้ไม่มี IB
จึงไม่เกิด IC
ด้วย เหมือนกับรูปที่ 10 ข. ผลก็คือ ได้แรงดันVCE
เป็น 10 โวลท์ และเมื่อสัญญาณ อินพุท มีค่าเป็นไซเคิ้ลบวกอีก
ก็จะได้แรงดัน VCE
ลดลงเป็นคลื่นรูปซายน์ครึ่งคลื่นเช่นกัน
จากตัวอย่างในรูปที่
10 จะเห็นว่าเมื่อต่อวงจรดังรูปจะได้สัญญาณเอาท์พุทที่ผิดเพี้ยน คือมีการขยายเพียงครึ่งไซเคิ้ล
เท่านั้น อีกครึ่งไซเคิ้ล (ลบ) ถูกตัดทิ้งไป จึงต้องหาวิธีแก้ไขด้วยการให้
ไบแอส แก่ทรานซิสเตอร์ทางขา B ก่อน ดัง ตัวอย่างง่าย ๆ ตามรูปที่ 11 ด้วยการใช้ตัวต้านทาน
RB ต่อเข้ากับขา
B และ VS
วิธีนี้ทำให้ขณะปกติไม่มีสัญญาณเข้าหรือสัญญาณเข้า
มีค่า เป็น 0 โวลท์ตัว RB
จะทำให้มี IB
ค่าหนึ่งซึ่งทำให้เกิด IC
ที่ทำให้มีแรงดันที่ RC
มีค่าประมาณ 1/2 ของ VS
ในที่นี้คือ 5 โวลท์ (เรียกสภาวะนี้ว่าจุดสงบ)
เมื่อสัญญาณอินพุทมีค่าเป็นครึ่งไซเคิ้ลบวก IB
จะเพิ่มขึ้นทำให้ VCE
ลดลงต่ำสุดมาเหลือ 0 โวลท์ พอดี และเมื่อสัญญาณอินพุทมีค่าเป็นครึ่งไซเคิ้ลลบ
IB
จะลดลง ทำให้ VCE
มีค่าเพิ่มขึ้น
ด้วยวิธีการให้ไบแอสตามรูปที่
11 จะทำให้เกิดการขยายสัญญาณเต็มรูปคลื่น คือสัญญาณเอาท์พุทจะสวิงหรือแกว่ง
ระหว่าง 0 โวลท์ กับ VS
โดยมีจุดสงบที่ 1/2 ของVS
เพื่อให้ได้สัญญาณเอาท์พุทสวิงได้มากที่สุด และสัญญาณดังกล่าว
เมื่อไปคับปลิ้งผ่าน C ดังรูปที่ 12 ก็จะได้สัญญาณเป็นไฟสลับในช่วงบวกลบได้
รูปที่ 11 การต่อ ไบแอสทรานซิสเตอร์ทำให้ได้รูปคลื่นเอาท์พุตที่สมบูรณ์
รูปที่ 12 เมื่อต่อตัวเก็บประจุอนุกรมกับสัญญาณเอาท์พุตทำให้ได้สัญญาณสวิงในช่วงบวกลบ
ตัวอย่างต้องการออกแบบวงจรขยายสัญญาณโดยใช้ทรานซิสเตอร์ชนิด
NPN ซึ่งมีค่า เบต้า เท่ากับ 200 ใช้ แรงดันขนาด 12 โวลท์ และให้มี IC
ในสภาวะสงบเป็น 5 mA จงหาค่า RB
และ RC
ในรูปที่ 13
รูปที่ 13 ตัวอย่างการคำนวณหาค่า
RB และ RC เพื่อหาจุดไบแอสที่เหมาะสม
วิธีการคำนวณทำได้ง่าย
โดยคิดจากสภาวะสงบหรือไม่มีสัญญาณเข้า ซึ่งจะได้แรงดันที่
RC เท่ากับ
1/2 ของ 12 โวลท์คือ
อีกตัวอย่างของวงจรซึ่งใช้ทรานซิสเตอร์ชนิด
PNP ดังรูปที่ 14 ก. โดยที่ เบต้า มีค่า 150 เท่า และพิจารณาที่จุดสงบ หรือไม่มีสัญญาณป้อนเข้า
เริ่มต้นหาค่า IB
โดยหาค่าแรงดันที่ RB
ซึ่งจะมีค่า
รูปที่ 14 รูป ก. เป็นตัวอย่างวงจรขยายของทรานซิสเตอร์ชนิด
PNP
รูป ข. แสดงสัญญาณเอาท์พุตที่สวิงได้สูงสุดโดยไม่เพี้ยน
และรูป ค. แสดงการผิดเพี้ยนเมื่อสัญญาณสวิงสูงเกินไป
จากตัวอย่างแรงดันที่จุดสงบอยู่ที่
3.6 V และกระแสมีค่ามากถึง 36 mA เมื่อพิจารณาให้ดีจะพบว่า แรงดันเอาท์พุทควร
จะสวิง ไปสูงสุดเพียง 7.2 V และต่ำสุด 0 V ดังรูปที่ 14 ข. จึงจะได้สัญญาณเอาท์พุทที่ไม่ผิดเพี้ยน
แต่ถ้ายอมให้แรงดัน เอาท์พุทสวิง ขึ้นไปสูงสุดถึง 12 V (โดยป้อนสัญญาณอินพุทเข้ามาแรง
ๆ ) สัญญาณเอาท์พุท จะเกิดการผิดเพี้ยนดังรูปที่ 14 ค. ทั้งนี้เพราะว่า ในครึ่งไซเคิ้ลหลังแรงดันจะลดลงต่ำสุดเพียว
0 โวลท์ ในช่วงนี้สัญญาณจึงถูกขลิบหรือตัดยอดทิ้งไป
การไบแอสที่จุดสงบที่ค่าแรงดันต่าง
ๆ จึงทำให้เกิดผลของการขยายสัญญาณในครึ่งไซเคิ้ลบวกและลบในคลาสต่าง ๆ เช่นใน
รูปที่ 11ไบแอสอยู่ที่ 1/2 ของ VS
เรียกว่า คลาส A แต่ในรูปที่ 14 ทรานซิสเตอร์ขยายในไซเคิ้ลบวกได้สูง ส่วนไซเคิ้ล
ลบ ไม่ดี เรียกว่า คลาส AB และมีวิธีการต่อให้ทรานซิสเตอร์ 2 ตัว ขยายร่วมกันโดยไบแอสให้ตัวแรกขยายในไซเคิ้ลบวกอย่าง
เดียวและตัวที่สองขยายในไซเคิ้ลลบอย่างเดียวแล้วนำเอาเอาท์พุทของทั้งสองตัวมารวมกันก็จะได้
สัญญาณเอาท์พุท สวิงได้สูงขึ้น วิธีนี้จัดอยู่ในคลาส B ซึ่งคลาสต่าง ๆ เหล่านี้ถูกนำไปใช้ในวงจรขยายเสียงต่าง
ๆ
ที่กล่าวมาทั้งหมดเป็นเพียงพื้นฐานเบื้องต้นของทรานซิสเตอร์ในวงจรสัญญาณ
ซึ่งถูกนำไปใช้ในเครื่องเสียงทั้งหลาย ซึ่ง อาจมีรายละเอียดและเทคนิคของวงจรแตกต่างกันไปบ้างแต่ก็อาศัยหลักการขยายกระแสของทรานซิสเตอร์
ทั้งสิ้นดังที่กล่าวมา การได้เข้าใจพื้นฐานเบื้องต้นนี้นับเป็นบันไดขั้นสำคัญที่จะทำความเข้าใจวงจรขยายเสียงต่าง
ๆ ได้ดี ในตอนหน้าจะมาพบกับ ทรานซิสเตอร์ในวงจรชิ่งครับ
|
