หนวยท 1

วงจรทรานซสเตอรเบองตน

สาระการเรยนร

1. โครงสรางและชนดของทรานซสเตอร

2. การจายไบอสใหทรานซสเตอร

3. การจดวงจรพนฐานของทรานซสเตอร

4. วงจรขยายเบสรวม (Common Base Amplifier)

5. วงจรขยายคอลเลคเตอรรวม (Common Collector Amplifier)

6. วงจรขยายอมตเตอรรวม (Common Emitter Amplifier)

7. กราฟแสดงคณสมบตของทรานซสเตอร

จดประสงคเชงพฤตกรรม

1. บอกชนดและโครงสรางของทรานซสเตอรได

2. เขยนสญลกษณของทรานซสเตอรได

3. อธบายการจายไบอสใหแกตวทรานซสเตอรได

4. อธบายคณสมบตของวงจรคอมมอนเบสของทรานซสเตอรได

5. อธบายคณสมบตของวงจรคอมมอนคอลเลคเตอรของทรานซสเตอรได

6. อธบายคณสมบตของวงจรคอมมอนอมตเตอรของทรานซสเตอรได

7. ค านวณหาคาพารามเตอรของทรานซสเตอรได

8. อธบายวธหาเสนโหลดในกราฟคณสมบตของทรานซสเตอรได

9. อธบายจดท างานในกราฟคณสมบตของทรานซสเตอรได

2

แบบทดสอบกอนเรยนหนวยท 1

ค าชแจง - เลอกค าตอบทถกทสดท าเครองหมาย X ลงในกระดาษค าตอบ

- แบบทดสอบม 15 ขอ คะแนนเตม 15 คะแนน ใชเวลา 15 นาท

.............................................................................................................................................................

1. รปโครงสรางและสญลกษณของทรานซสเตอรชนด NPN คอขอใด

ก. ข.

ค. ง.

2. รปโครงสรางและสญลกษณของทรานซสเตอรชนด PNP คอขอใด

ก. ข.

ค. ง.

3

3. หวลกศรในสญลกษณของทรานซสเตอรมความหมายอยางไร

ก. บอกทศทางการไหลของกระแส

ข. บอกชอขาอมตเตอร

ค. บอกชอขาคอลเลคเตอร

ง. บอกทศทางของสญญาณเขาออก

4. การก าหนดศกดไฟฟาใหทรานซสเตอรชนด NPN ขอใดถกตอง

ก. ข.

ค. ง.

5. การก าหนดศกดไฟฟาใหทรานซสเตอรชนด PNP ขอใดถกตอง

ก. ข.

ค. ง.

6. อตราขยายกระแสของวงจรเบสรวมมคาเทาไร

ก. 20 – 50 เทา

ข. 15 – 30 เทา

ค. 5 – 10 เทา

ง. 0.95 – 0.98 เทา

4

7. ขอใด ไมใช คณสมบตของวงจรคอมมอนคอลเลคเตอร

ก. มอมพแดนซทางอนพตต า

ข. มอตราขยายกระแสมากกวา 1

ค. มอตราขยายแรงดนนอยกวา 1

ง. สญญาณอนพตกบสญญาณเอาตพตมเฟสเหมอนกน

8. ขอดของวงจรอมตเตอรรวม คอขอใด

ก. มอมพแดนซทางอนพตสง

ข. มอมทางเอาตพตต า

ค. มอตราขยายกระแสและแรงดนสง

ง. สญญาณอนพตกบสญญาณเอาตพตมเฟสเหมอนกน

9. อตราขยายกระแสของทรานซสเตอรขอใดถกตอง

ก. β = IC × IE

ข. β = IC/IB

ค. β = IC IE

ง. β = IC × IB

10. ก าหนดให IB = 20 µA IC = 10 mA จงหาคา β

ก. β = 500

ข. β = 100

ค. β = 200

ง. β = 50

11. ก าหนดให IE = 200μA α = 0.98 จงหาคา IC

ก. 96 μA

ข. 98 μA

ค. 192 μA

ง. 196 μA

5

12. ทรานซสเตอรท าหนาทขยายสญญาณไดดในบรเวณใดของกราฟ

ก. บรเวณคตออฟ

ข. บรเวณแอคทป

ค. บรเวณอมตว

ง. บรเวณคตออฟและบรเวณอมตว

13. เมอทรานซสเตอรอยบรเวณคตออฟตรงกบคณสมบตในขอใด

ก. VCE เทากบแหลงจาย IC มคาสง

ข. VCE เทากบแหลงจาย IC มคาต า

ค. VCE มคาต า IC มคาสง

ง. VCE มคาสง IC มคาต า

14. เมอทรานซสเตอรอยบรเวณอมตวตรงกบคณสมบตในขอใด

ก. VCE มคาต า IC มคาสง

ข. VCE มคาต า IC มคาต า

ค. VCE เทากบแหลงจาย IC มคาสง

ง. VCE เทากบแหลงจาย IC มคาต า

15. การก าหนดจดเพอสรางเสนโหลดจะตองประกอบดวยคาใด

ก. IC ต าสด และ VCE ต าสด

ข. IC ต าสด และ VCE สงสด

ค. IC สงสด และ VCE ต าสด

ง. IC สงสด และ VCE สงสด

6

หนวยท 1

วงจรทรานซสเตอรเบองตน

ทรานซสเตอร เปนอปกรณประเภทไบโพลาร (Bipolar) กลาวคอ ทรานซสเตอรสามารถ

ท างานไดทงกบประจบวก (Hole) และประจลบ (Electron) จงใชค าวา Bi ซงแปลวา 2 และ polar ซง

ยอมาจาก polarity ซงแปลวา ขว การแบงชนดของทรานซสเตอร แบงตามวสดทใชสราง คอ

เยอรมาเนยมทรานซสเตอร และซลกอนทรานซสเตอร

1.1 โครงสรางและชนดของทรานซสเตอร

โครงสรางของทรานซสเตอรประกอบดวย สารกงตวน าชนด P และชนด N วางเรยงตดกน

3 ชน โดยชนกลางจะเปนเนอสารตางชนดกบทปลายทง 2 ท าใหสามารถแบงทรานซสเตอรตาม

โครงสรางออกเปน 2 ชนด คอ ชนด NPN และชนด PNP โดยมขาตอออกมาใชงาน 3 ขา คอ

ขา Emitter (E) ขา Base (B) และขา Collector (C) ทรานซสเตอรทถกสรางมาใชงานน มกถกเรยกวา

ทรานซสเตอรชนดสองรอยตอ (Bipolar Junction Transistor) หรอ BJT ซงมโครงสรางและ

สญลกษณดงรปท 1.1

(ก) โครงสราง (ข) สญลกษณ

ทรานซสเตอรชนด PNP

(ก) โครงสราง (ข) สญลกษณ

ทรานซสเตอรชนด NPN

รปท 1.1 แสดงโครงสรางและสญลกษณของทรานซสเตอรชนด PNP และ ชนด NPN

7

1.2 การจายไบอสใหทรานซสเตอร

ทรานซสเตอรไมวาจะเปนชนด NPN หรอชนด PNP จะสามารถท างานไดขนอยกบการจาย

ไบอสเปนส าคญ การจายไบอสใหทรานซสเตอรท างานไดนน มว ธการจายไบอสเพยงวธเดยว คอ

จายแรงดนไบอสตรง (Forward Bias) ใหขา E และขา B คอ ทงขา E และขา B ตองไดรบไบอสตรง

ทงค และจายแรงดนไบอสกลบ (Reverse Bias) ใหขา C เทยบกบขา E หรอเทยบกบขา B กได

เมอตองการใหทรานซสเตอรท างาน จะตองจายไบอสพรอมกน ทงไบอสตรงและไบอสกลบ ดงรป

ท 1.2

การจายไบอสใหทรานซสเตอรชนด PNP

การจายไบอสใหทรานซสเตอรชนด NPN

รปท 1.2 แสดงการจายไบอสใหทรานซสเตอรชนด PNP และชนด NPN

8

จากการจายแรงดนไบอสดงกลาว คาแรงดนทจายไบอสตรงใหขา E และขา B คอ แรงดน

VEE และแรงดนทจายไบอสกลบใหกบขา B และขา C คอแรงดน VCC ซงจะมคามากกวาแรงดน

VEE (VCC > VEE ) สงผลใหเกดกระแสไหลในตวทรานซสเตอรไดดงน

กระแสทไหลทขา E คอ IE เปนกระแสทงหมดทไหลผานทรานซสเตอร

กระแสทไหลทขา C คอ IC มคาประมาณ 95 – 98 % ของกระแส IE

กระแสทไหลทขา B คอ IB มคาประมาณ 2 – 5 % ของกระแส IE

ดงนน เขยนเปนสมการความสมพนธของกระแสไดวา IE = IB + IC

แรงดนระหวางขา B และขา E คอ VBE

แรงดนระหวางขา B และขา C คอ VBC

แรงดนระหวางขา C และขา E คอ VCE (เปนแรงดนตกครอมทตวทรานซสเตอรทงหมด)

จะไดความสมพนธระหวางแรงดนทง 3 ของทรานซสเตอรเปนดงน VCE = VBC + VBE

โดยทแรงดน VBE เปนแรงดนตกครอม ขา B และขา Eโดยมคาประมาณ 0.6 – 0.7 V

เมอเปนทรานซสเตอรชนดซลกอน และ คาประมาณ 0.2– 0.3 V เมอเปนทรานซสเตอรชนด

เยอรมนเนยม

1.3 การจดวงจรพนฐานของทรานซสเตอร

เมอน าทรานซสเตอรมาใชงานจะตองจายไบอส ใหแกทรานซสเตอรอยาง ถกตอง เพอให

เกดกระแสไหลผานตวทรานซสเตอรไดนนเอง ทางดาน Input ของทรานซสเตอร จะ ตองจายไบอส

ตรงท าใหความตานทาน ตรงบรเวณรอยตอของสาร P และสาร N มคานอย เมอจายไบอสเพยง

เลกนอยกจะท าใหมกระแสไหล และเมอปรบเปลยนระดบแรงดน Input เพยงเลกนอยกจะท าใ ห

กระแสเปลยนแปลงได สวนทาง ดาน Output จะถกจายไบอสกลบคาความตานทาน ตรงรอยตอ

ระหวางสาร P และสาร N จะมคามาก จงจะตองจายไบอสกลบใหมคาสง เมอมการเปลยนแปลง

ของกระแสทาง Input เพยงเลกนอยกจะท าใหกระแสทาง Output เปลยนแปลงตามไปดวย เนองจาก

คาแรงดน ไบอสกลบทางดาน Output มคาสง สงผลใหกระแสทไหลในวงจรทางดาน Output มคา

มาก จงเกดแรงดนตกครอมทโหลดมาก นนคอสญญาณถกขยายออกทาง Output มคาสง

การจดวงจรใชงานของทรานซสเตอรนนจะตองมทางเขา 2 ขว และทางออก 2 ขวเชนกน

เนองจากทรานซสเตอรม 3 ขา เมอตองการจดเปนทางเขา 2 ขว ทางออก 2 ขว จงจะตองจดขาใด

9

ขาหนงของทรานซสเตอรเปนขารวม หรอ Common โดยใชขารวมกนเปนทง Input และ Output

ดงรปท 1.3

รปท 1.3 แสดงการตอวงจรโดยใชจดรวม (Common)

ดงนน การตอจดรวม (Common) จงจดได 3 รปแบบ คอ

1. วงจรเบสรวม หรอ Common Base

2. วงจรคอลเลคเตอรรวม หรอ Common Collector

3. วงจรอมตเตอรรวม หรอ Common Emitter

1.4 วงจรขยายเบสรวม (Common Base Amplifier)

เปนวงจรทเอาขาเบส (B) เปนจดรวมระหวาง Input และ Output โดยการปอนสญญาณ

Input เขาทขา Emitter (E) และ Output ออกทขา Collector (C) วงจรเปนดงรปท 1.4

รปท 1.4 แสดงวงจรขยาย Common Base โดยใชทรานซสเตอรชนด PNP

จากวงจร Common Base โดยใชทรานซสเตอรชนด PNP ท าการจดไบอสทาง Input โดยใช

แหลงจาย VEE ไบอสตรงระหวางขา B และ E ซงคาความตานทาน RE เปนตวก าหนดคากระแส

10

ทาง Input (IE ) ตามกฎของโอหม กลาวคอ IE = VEE RE และผลของกระแส IE จะท าใหเกด

กระแส Output (IC ) ดงสมการ IE = IB + IC สวนแหลงจาย VCC เปนแหลงจายทปอนไบอสกลบ

ระหวางขา C และขา B ในวงจรจะเหนวาม C1 และ C2 ตออยทดาน Input และดาน Output ท า

หนาท Coupling Capacitor โดย C1 จะยอมใหสญญาณ Input ผานเขาไปทตวทรานซสเตอร และ

C2 จะเปนทางผานของสญญาณ Output ออกไปใชงาน ทง C1 และ C2 ยงเปนตวกน (Block)

ไมใหไฟ DC จาก VEE ไหลยอนกลบไปทแหลงจาย Input ซงอาจเปนไมโครโฟน หรอสวนอน ๆ

และยง ไมใหไฟ DC จาก VCC ไหลออกขา Output ซงเปนล าโพงจะท าใหเกดความเสยหายได

1.4.1 การท างานของวงจรขยายเบสรวม (Common Base Amplifier)

เมอมสญญาณ Input เขามา ท าใหเกดการเปลยนแปลงของกระแส IE เนองจากการ

เปลยนแปลงระดบแรงดนของสญญาณในครงบวกของสญญาณ Input จงท าใหขวบนของ RE

เปนบวก ขวลางเปนลบ ซงศกยไฟฟาทเกดขน จะไปอนกรมเสรมกบ แรงดน VEE ท าใหกระแส IE

มคาสงขนกระแส IC จงมคาสงขนตาม สงผลใหแรงดนทตกครอม ความตานทาน RC มคามากขน

โดย ขวบนของ RC เปนบวกมากขน ดงนนขณะนแรงดน Output ครงบวก จงมคามากกวาแรงดน

ครงบวกของคา Input

สวนในครงลบของสญญาณ Input จะท า ใหศกยไฟฟาทขวบนของ ความตานทาน RE

เปนลบ ขวลางเปนบวก ไปหกลางกบ แรงดน VEE ท าใหกระแส IE มคานอยลง กระแส IC กจะ

นอยลงตามศกยไฟฟาทขวบน ของความตานทาน RC จงเปนบวกนอยลง แรงดน Output ครงลบจง

มคาสงกวาระดบแรงดนครงลบทางดาน Input จงถอไดวาสญญาณ Input และสญญาณ Output

มเฟสเดยวกน

1.4.2 คณสมบตของวงจรขยายเบสรวม พอสรปไดดงน

1. มคาอมพแดนซทาง Input (Zi) ต ามากประมาณ 30 – 150 เพราะขา E และขา B ของ

ทรานซสเตอรไดรบไบอสตรง

2. มคาอมพแดนซทาง Output (Zo) สงมาก ประมาณ 300 – 1 M เพราะขา C และขา B

ของทรานซสเตอรไดรบไบอสกลบ

3. สญญาณ Input และสญญาณ Output มเฟสเดยวกน

11

4. อตราขยายกระแสหรอ Current Gain ใหสญลกษณ α (อลฟา) เปนอตราสวนระหวาง

กระแส Output (IC ) กบกระแส Input (IE ) เขยนเปนสมการไดวา α = IC IE ซงถา

แทนคากระแส IE = 100% และกระแส IC = 95% จะไดวา α =

95 100 = 0.95 เทา ซงจะเหนไดวามคานอยกวา 1 แสดงวาวงจรขยายเบสรวม

จะไมขยายกระแส

5. อตราขยายแรงดน หรอ Voltage Gain ใชสญลกษณ VG หรอบางครงเรยกวา

Voltage Amplifier (AV ) คอ อตราสวนระหวางแรงดน Output (VO ) ตอแรงดน Input

(Vi) จะมคาสงเนองจากมคา มคาอมพแดนซทาง Output (Zo) สงมาก และมคา

อมพแดนซทาง Input (Zi) ต า

6. อตราขยายก าลง หรอ Power Gain ใชสญลกษณ PG เปนอตราขยายทเกดจากผลคณ

ของอตราขยายกระแส (𝛼) กบอตราขยายแรงดน (VG )

ตวอยางท 1.1

วงจรตามรปท 1.5 มกระแส IE ไหล 10 mA และกระแส ICไหล 9.5 mA มคา RE = 200

RC = 30k จงค านวณหาอตราการขยายกระแส (𝛼) อตราการขยายแรงดน (VG ) และอตรา

การขยายก าลง (PG)

รปท 1.5 แสดงวงจรขยาย Common Base โดยใชทรานซสเตอรชนด NPN

12

วธท า

1. ค านวณหาอตราขยายของกระแส (α)

α =กระแส Output

กระแส Input=

IC

IE

α =9.5 × 10−3

10 × 10−3

𝛼 = 0.95 เทา

2. ค านวณหาอตราขยายทางแรงดน (VG )

VG =แรงดน Output

แรงดน Input=

VBC

VBE

VG =IC × RC

IE × RE= α ×

RC

RE

VG = 0.95×30 × 103

0.2 × 103

VG = 142.5 เทา

3. ค านวณหาอตราการขยายก าลง (PG)

PG = α × VG

PG = 0.95 × 142.5

PG = 135.375 เทา

13

1.5 วงจรขยายคอลเลคเตอรรวม (Common Collector Amplifier)

วงจรนจะเอาขา Collector (C) เปนขารวม โดยปอนสญญาณ Input ทขา Base (B) และ

Output ทขา Emitter (E) ลกษณะวงจรเปนดงรปท 1.6

รปท 1.6 แสดงวงจรขยายคอลเลคเตอรรวมโดยใชทรานซสเตอรชนด NPN

1.5.1 การท างานของวงจรขยายคอลเลคเตอรรวม (Common Collector Amplifier) โดยการปอนสญญาณ Input เขาทขา Base (B) ท าใหกระแส IB ไหลเปลยนแปลงตาม

สญญาณทปอนเขามา จงมผลท าใหกระแส IE ไหลเปลยนแปลงตามไปดวย จากผลของการปอน

สญญาณเขาทาง Input ท าใหระดบแรงดน Input เปลยนแปลง สงผลใหระดบแรงดน Output

เปลยนแปลงตาม จงท าใหเกดการขยายสญญาณขน จากวงจรจะเหนไดวา ความตานทาน RB และ

ความตานทาน RE อยในวง Loop เดยวกน เหมอนกบเปนวงจรแบงแรงดน สญญาณทปอนท

ขา Base (B) และออกทขา Emitter (E) จงแบงกนตกครอม เราจงเรยกวงจรนอกอยางหนงวา

Emitter Follower ซงสญญาณท Input และสญญาณท Output มเฟสเดยวกน

14

1.5.2 คณสมบตของวงจรขยายคอลเลคเตอรรวม พอสรปได ดงน

1. มคาอมพแดนซทาง Input (𝑍i) สงมาก ประมาณ 100 k – 500 k เพราะขา Base

(B)ไดรบไบอสกลบเมอเทยบกบขา Collector (C) (ขา Base ตามการจายทถกตองจะไดรบ

ไบอสตรงเมอเทยบกบขา Emitter จะเปนไบอส ตรง) และขา Base เปนชนสารทแคบ

ตองการกระแสเพยงเลกนอย ท าใหตองใชความตานทานในการจดไบอสมาก จงมผลท าให

คาอมพแดนซ 𝑍i สงมาก

2. มคาอมพแดนซทางดาน Output (ZO ) ต าประมาณ 100 – 1k เพราะขา Emitter เมอ

เทยบกบขา Collector นนจะมกระแส IE ไหลผานสงจงมผลท าใหคาอมพแดนซ ZO ต า

3. สญญาณ Input และ Output มเฟสเดยวกน

4. อตราขยายกระแส หรอ Current Gain ใชสญลกษณ γ (แกมมา) เปนคาอตราสวนระหวาง

กระแส Output (IO หรอ IE ) กบกระแส Input (Ii หรอ IB ) จะไดสมการ γ =IO

Ii ถาแทนคา

IE = 100% , IB = 2% จะไดวา γ =100

2= 50 เทา ดงนน อตราการขยายกระแสจงม

คามากกวา 1 แสดงวาวงจรมการขยายกระแส

5. อตราการขยายแรงดน หรอ Voltage Gain ใชสญลกษณ VG หรอเรยกวา Voltage Amplifier

(AV ) คอ คาอตราสวนระหวางแรงดน Output (VO ) ตอแรงดน Input (Vi) เขยนเปนสมการ

ไดวา VG = VO

V i =

IE RE

IB RB คาอตราการขยายแรงดน VG ของวงจรคอลเลคเตอรรวม มคา

นอยกวา 1 คอ ไมเกดการขยายแรงดน เพราะ อมพแดนซ ZO มคาต า ท าใหแรงดนตกครอม

ต า สวนอมพแดนซ 𝑍i มคาสง ท าใหแรงดนตกครอมสง เมอน ามาหารกนท าใหไดคานอย

กวา 1

6. อตราขยายก าลง หรอ Power Gain ใชสญลกษณ PG เปนอตราการขยายทเกดจากผลคณของ

อตราขยายกระแส (𝛾) กบอตราขยายแรงดน (VG ) เขยนเปนสมการไดวา PG = 𝛾 × VG

คา PG ของวงจรขยายคอลเลคเตอรรวม มคาประมาณ 15 – 30 เทา

15

ตวอยางท 1.2

จากรปวงจรท 1.7 มกระแส IB ไหล 0.5 mA และกระแส IE ไหล 20 mA มคา RE = 100 ,

RB = 10k จงค านวณหาอตราขยายกระแส () อตราขยายแรงดน (VG ) และอตราขยายก าลง

(PG)

รปท 1.7 แสดงวงจรขยายคอลเลคเตอรรวมโดยใชทรานซสเตอรชนด NPN

วธท า

1. ค านวณหาอตราขยายทางกระแส ()

γ =กระแส Output

กระแส Input=

IE

IB

γ =20 × 10−3

0.5 × 10−3

γ = 40 เทา

2. ค านวณหาอตราขยายทางแรงดน (VG )

VG =แรงดน Output

แรงดน Input=

IERE

IB RB

VG =20 × 10−3 × 100

0.5 × 10−3 × 10 × 103

VG =20 × 100

0.5 × 10 × 103

16

VG = 0.4 เทา

3. ค านวณหาอตราขยายทางก าลง (PG)

PG = γ × VO

PG = 40 × 0.4

PG = 16 เทา

1.6 วงจรขยายอมตเตอรรวม (Common Emitter Amplifier)

เปนวงจรทเอาขา Emitter (E) เปนขารวมระหวาง Input กบ Output โดยปอนสญญาณ

Input เขาทขา Base (B) และ Output ออกทขา Collector (C) ลกษณะวงจรเปนดงรปท 1.8

รปท 1.8 แสดงวงจรขยายอมตเตอรรวมโดยใชทรานซสเตอรชนด PNP

1.6.1 การท างานของวงจรขยายอมตเตอรรวม (Common Emitter Amplifier) โดยการปอนสญญาณ Input เขาทขา Base (B) ท าใหกระแส IB เปลยนแปลงไปตาม

สญญาณ Input ในขณะทสญญาณ Input ครงบวกเขามา ท าใหขวบนของ ความตานทาน RB มศกย

เปนบวก และขวลางมศกยเปนลบ ไปอนกรมตานกบ แรงดน VBB ท าใหกระแส IB ไหลนอยลง

เปนผลใหกระแส IC ไหลนอยลงตาม แรงดนตกครอมทความตานทาน RC จงเปนบวกนอยลงหรอ

เปนลบมากขน ในขณะทสญญาณ Input ครงลบเขามา จะท าใหขวบนของ RB มศกยเปนลบและ

17

ขวลางมศกยเปนบวกไปอนกรมเสรมกบ แรงดน VBB ท าใหกระแส IB ไหลมากขนกระแส IC จง

ไหลมากขนตาม จงท าใหแรงดนตกครอมท RC เปนบวกมากขน ดงนนเราจะเหนไดวา สญญาณ

Input กบ Outpu มเฟสตรงกนขามกนอย 1800 หรอ Out off Phase

1.6.2 คณสมบตของวงจรขยายอมตเตอรรวม พอสรปได ดงน

1. มคาอมพแดนซทาง Input (𝑍i) ต าประมาณ 500 – 1500 เพราะขา Base ไดรบไบอส-

ตรงเมอเทยบกบขา Emitter

2. มคาอมพแดนซทาง Output (𝑍O ) สงประมาณ 50k เพราะขา Collector ไดรบไบอสกลบ

เมอเทยบกบขา Emitter

3. สญญาณ Input และ Output มเฟสตางกน 1800

4. อตราขยายกระแส หรอ Current Gain ใชสญลกษณ เบตา (β) หรอ hfe เปนคาอตราสวน

ระหวางกระแส Output (IC หรอ IO ) กบกระแส Input (IB หรอ Ii ) เขยนเปนสมการไดวา IO

Ii=

IC

IB ถาแทนคากระแส IC = 98% ,กระแส IB = 2% ดงนน β =

98

2= 49 เทา

5. อตราการขยายแรงดน หรอ Voltage Gain ใชสญลกษณ (VG ) หรอเรยกวา Voltage

Amplifier (AV ) คอ คาอตราสวนระหวางแรงดน Output (VO ) ตอแรงดน Input (Vi)

เขยนเปนสมการไดวา VG =VO

V i=

IC RC

IB RB คา VG ของวงจร ขยายอมตเตอรรวม

มคาประมาณ 250 – 300 เทา เกดการขยายแรงดน เพราะ 𝑍O มคาสงท าใหแรงดน

ตกครอมสง สวน 𝑍i มคาต า ท าใหแรง ดนตกครอมต า เมอน ามาหารกน จง ท าใหไดคา

ออกมาสง

6. อตราขยายก าลง หรอ Power Gain ใชสญลกษณ (PG ) เปนอตราการขยายทเกดจาก

ผลคณของอตราขยายกระแส (β) กบอตราขยายแรงดน (VG ) เขยนเปนสมการไดวา

PG = 𝛽 × VG คา PG ของวงจรขยายอมตเตอรรวม มคาประมาณ 40 dB การทวงจร

ขยายอมตเตอรรวม มอตราการขยายทกอยางสง ดงนนคา อตราขยายก าลง PG จงสงกวา

วงจรอน

18

ตวอยางท 1.3

จากรปวงจรท 1.9 เปนวงจรขยายแบบ Common Emitter มคากระแส IB = 0.2mA, กระแส

IC = 10mA แรงดนระหวางขา Base และขา Emitter = 0.2 V ความตานทาน RC = 500Ω

และแหลงจายแรงดนมคา 15 V จงค านวณหาอตราขยายทางกระแส อตราขยายทางแรงดน และ

อตราขยายทางก าลง

รปท 1.9 แสดงวงจรขยายอมตเตอรรวมโดยใชทรานซสเตอรชนด NPN

วธท า

1. ค านวณหาอตราขยายทางกระแส (β)

β =กระแส Output

กระแส Input=

IC

IB

β =10 × 10−3

0.2 × 10−3

β = 50 เทา

2. ค านวณหาอตราขยายทางแรงดน (VG )

VG =แรงดน Output

แรงดน Input=

VO

Vi

19

VG =VCC − ICRC

Vi

VG =15 − (10 × 10−3 × 0.5 × 103)

0.2

VG =10

0.2

VG = 50 เทา

3. ค านวณหาอตราขยายทางก าลง (PG)

PG = β × VG

PG = 50 × 50

PG = 2500 เทา

ตารางท 1.1 แสดงการเปรยบเทยบคณสมบตของวงจรขยายทง 3 แบบ

คณสมบต Common

Base

Common

Collector

Common

Emitter

1. สญญาณ Input เขาท Emitter กบ Base

Base กบ

Collector Base กบ Emitter

2. สญญาณ Output ออกท Collector กบ

Base

Emitter กบ

Collector

Emitter กบ

Collector

3. คาความตานทานทาง Input 30 – 150 100k – 500k 500 – 1500

4. คาความตานทานทาง Output 300k – 1M 100 – 1k 50K

5. สญลกษณของอตราการขยายทางกระแส α β

6. อตราสวนของอตราการขยายทางกระแส IC

IE

IE

IB

IC

IB

7. ขนาดของอตราขยายทางกระแส นอยกวา 1 20 – 50 เทา 19 – 49 เทา

8. ขนาดของอตราขยายทางแรงดน 300 – 1000 เทา นอยกวา 1 250 – 300 เทา

20

ความสมพนธ ระหวางอตราขยายทางกระแสของทง 3 วงจร คอ Common Base หรอ

อลฟา (α) Common Emitter หรอเบตา (β) Common Collector หรอ แกมม า (γ) การจะหา

ความสมพนธไดสะดวก ตองอางถงสมการ IE = IB + IC ถาตองการหาคา β ในรปของ γ สามารถ

ท าไดโดย

β =IC

IB=

IC

IE − IC

β =

IC

IE

IE

IE−

IC

IE

β =α

1 − α

ดงนน ถารคา α กหาคา βไดเชนกน ถาตองการหาคา γ ในรปของ β ท าไดโดย

γ =IE

IB=

IC + IB

IB

γ =IC

IB+ 1

γ = β + 1

ถาตองการหาคา β ในรปของ α ท าไดโดย

α =IC

IE=

IC

IC + IB

α =

IC

IB

IC

IB+

IB

IB

α =β

β + 1

21

ตวอยางท 1.4

จงหาคา α และหาคากระแส IC ของทรานซสเตอร เมอมกระแส IE = 30 mA และมอตราการ

ขยายกระแส (β) = 100

วธท า

จากสตร

α =β

β + 1

α =100

100 + 1

α =100

101

α = 0.99

จาก α =IC

IE

เพราะฉะนน

IC = α × IE

IC = 0.99 × 30 × 10−3

IC = 29.7 mA

1.7 กราฟแสดงคณสมบตของทรานซสเตอร (Transistor Characteristic Curve)

เปนกราฟทใชแสดงคณสมบตของทรานซสเตอร โดยเขยนความสมพนธระหวางแรงดน

ทางดาน Output ทตวทรานซสเตอร เมอกระแส Input เปลยนไป โดยใหแกน X เปนคาแรงดน

ทาง Output และใหแกน Y เปนคากระแส Output โดยรปกราฟเปนคากระแส Input ดงแสดง

ในรปท 1.10

22

รปท 1.10 แสดงกราฟลกษณะของทรานซสเตอร

1.7.1 รายละเอยดของกราฟ อธบายไดดงน

บรเวณท 1 เปนบรเวณททรานซสเตอรท างานใ นสภาวะอมตว เรยกบรเวณนวา “บรเวณ

อมตว ” (Saturation Region) เมอทรานซสเตอรท างานในบรเวณน มกระแสไหลผานตวมาก

คาความตานทาน Output ต าสด และคาแรงดน Output ต าสดเชนกน หรอ กลาววาทรานซสเตอร

ท างานเหมอนสวทชปดวงจร

บรเวณท 2 เปนบรเวณททรานซสเตอรท างานตามปกต ทรานซสเตอรจะท าหนาทขยาย

สญญาณไดเตมทเรยกบรเวณนวา “Active Region” ดงนนการจายไบอสเพอ ทรานซสเตอรท างาน

ในการขยายสญญาณตองใหท างานในบรเวณน

บรเวณท 3 เปนบรเวณททรานซสเตอรหยดท างาน เรยกบรเวณนวา “บรเวณหยดท างาน ”

(Cut Off Region) เมอทรานซสเตอรท างานในบรเวณนจะมกระแส Output ไหลนอยทสดคาความ

ตานทานทางดาน Output มคาสงมากและแรงดนทางดาน Output มคาสงเทากบแหลงจาย หร อ

กลาวไดวาทรานซสเตอรท างานเหมอนสวตซเปดวงจร

1.7.2 เสนโหลดไฟกระแสตรงและจดท างาน

การท างานของทรานซสเตอรนนมจดททรานซสเตอรสามารถท างานไดหลายจดขนอยกบ

การจดไบอสใหวงจร สงผลตอการท างานในวงจร ใหเปลยนแปลงไปสามารถน ามาเขยนกราฟ

คณสมบตของวงจรออกมาได กราฟคณสมบตทาง Output ของทรานซสเตอรนสามารถหาจด

23

ท างาน (Operating point) หรอเรยกสน ๆ วา จดคว (Q-point) โดยการท าการหาเสนโหลดไฟ

กระแสตรง (DC Load Line) บนกราฟของคณสมบตทรานซสเตอรและก าหนดคากระแสทไหลเขา

มาทาง Input สามารถหาจดท างานออกมาไดตามตองการ การหาเสนโหลดและจด ท างานหาไดโดย

การค านวณจากสมการทางดาน Input และ Output ของทรานซสเตอรดงแสดงในรปท 1.11

รป ก. รป ข.

รปท 1.11 แสดงวงจรและกราฟการหาเสนโหลดและจดท างานของวงจร Common Emitter

จากรปท 1.11 ก. จะหาคาสมการแรงดนในสวน Output ของวงจรโดยใชกฎแรงดนของเคอรชอฟ

ใน loop การไหลของกระแส IC ไดดงน

VCC = ICRC + VCE ………………… . (1)

การหาเสนโหลด DC ท าไดโดยก าหนดการท างานของตวทรานซสเตอรใน 2 สภาวะ คอ สภาวะท

จดอมตวและสภาวะทจด Cut off

ทจดอมตวให VCE = 0 V จะได VCC = ICRC + 0

IC =VCC

RC………………… . (2)

ทจด Cut off ให IC = 0 mA จะได

VCC = 0 + VCE

VCC = VCE ………………… . (3)

24

น าคาในสมการท 2 และ 3 ไปก าหนด ทรป ข . กราฟ ทต าแหนงแกน IC (แกน y) และ

แกน VCE (แกน x) บนกราฟคณสมบตท าการลากเสนตรงตอจดทง 2 จะไดเสนตรงทเรยกวา

เสนโหลด DC ออกมาสวนการหาจดท างาน (จด Q) ของวงจรท าไดโดยหาคากระแส Input ทไหล

เขามา หาไดจากสมการแรงดนในสวน Input ของวงจรโดยใชกฎของเคอรชอฟใน loop การไหล

ของ IB ดงน

VCC = IB RB + VBE

IB RB = VCC − VBE

IB =VCC − VBE

RB

น าคากระแส IB ทไดไปหาต าแหนงเสนกราฟของ IB ในกราฟคณสมบตเกดจดตด

ระหวางเสนกราฟ IB กบ เสนโหลด DC จดตดน คอ จดท างานของวงจรทรานซสเตอรลกษณะ

กราฟทไดดงแสดงในรปท 1.12

รปท 1.12 แสดงกราฟเสนโหลดและจดท างาน (Q - Point)

เมอแรงดนคา VBE ของทรานซสเตอรในขณะททรานซสเตอรท างานแรงดนนเปนไบอส-

ตรงเสมอนเปนแรงดนไบอสตรงใหตวไดโอด คอแรงดนตกครอมโดยประมาณดงน

ทรานซสเตอรชนดซลกอน VBE = 0.7 V

ทรานซสเตอรชนดเยอรมาเนยม VBE = 0.3 V

25

ดงนนจากสมการ IB เมอเปลยนคาความตานทาน RB ท าใหจดท า งานเลอนขนหรอเลอนลงได

ดงรปท 1.13

รปท 1.13 แสดงกราฟผลของการเปลยนแปลงคา RB สงผลใหจด Q เปลยน

ในทาง Output เมอเปลยนคาความตานทาน RC มผลตอการท าใหเสนโหลด DC ชนขนหรอลาดลง

ไดดงรปท 1.14

รปท 1.14 แสดงกราฟของการเปลยนแปลงคา RC สงผลใหเสนโหลด DC เปลยน

26

ตวอยางท 1.5 วงจรตามรปท 1.15 ก าหนดให RB = 820 k RC = 1k VCC = 25V จงหา

จดท างานของทรานซสเตอรในวงจรเมอเปนทรานซสเตอรชนดซลกอน

ก. รปวงจร

ข. กราฟคณสมบตทาง O/P

รปท 1.15 แสดงรปวงจรและกราฟคณสมบตทาง Output

27

วธท า

ก าหนดจด IC เมอทรานซสเตอรอยในสภาวะอมตวจะได

VCC = ICRC + VCE

VCC = ICRC + 0

IC =VCC

RC

แทนคา

IC =25V

1 × 103

IC = 25mA

ก าหนดจด VCE อยในสภาวะ Cut off จะได

VCC = ICRC + VCE

VCC = VCE + 0

VCC = VCE = 25V

เมอได IC และ VCE แลวลากเสนจากจดทง 2 จะไดเสน DC โหลด ดงรปท 1.16

รปท 1.16 แสดงกราฟคณสมบตทาง Output ทมเสน DC โหลด

28

การก าหนดจด Q โดยหาคากระแส IB ทาง Input จะไดจาก VCC = IB RB + VBE

IB =VCC − VBE

RB

IB =25 − 0.7

820 × 103

IB = 29.63μA ≈ 30μA

น าคา IB ไปก าหนดจดบนเสนกราฟทจดตดระหวาง IB กบเสนโหลด DC เกดจด Q ของ

วงจรดงรปท 1.17 ทจด Q จะได

VCEQ = 10V

ICQ = 15mA

รปท 1.17 แสดงกราฟคณสมบตทาง Output ทมเสน DC โหลดพรอมจดท างาน

29

สรป

ทรานซสเตอร เปนอปกรณประเภทไบโพลาร (Bipolar) โครงสรางของทรานซสเตอร

ประกอบดวย สารกงตวน าชนด P และชนด N วางเรยงตดกน 3 ชน มขาตอออกมาใชงาน 3 ขา คอ

ขา Emitter (E) ขา Base (B) และขา Collector(C) ดงนนการตอจดรวม (Common) จงจดได

3 รปแบบ คอ

1. วงจรเบสรวม หรอ Common Base

2. วงจรคอลเลคเตอรรวม หรอ Common Collector

3. วงจรอมตเตอรรวม หรอ Common Emitter

การเลอกใชวงจรแบบใดจะตองทราบคณสมบตของวงจรนนๆ

30

แบบฝกหดหนวยท 1

ค าชแจง จงตอบค าถามตอไปนใหสมบรณ

1. ทรานซสเตอรแบงไดกชนด อะไรบาง (คะแนนเตม 1 คะแนน)

…………………………………………………………………………...…………..………………

.……....………………………………………………………………………...………..…………..

……………………………………………………………………………………………………….

2. การจายไบอสใหแกทรานซสเตอรมวธการอยางไร (คะแนนเตม 1 คะแนน)

…………………………………………………………………………...…………..………………

.……....………………………………………………………………………...………..…………..

……………………………………………………………………………………………………….

3. แรงดนตกครอมขา B และขา E ของทรานซสเตอร มคาประมาณเทาไร (คะแนนเตม 1 คะแนน)

…………………………………………………………………………...…………..………………

.……....………………………………………………………………………...………..…………..

……………………………………………………………………………………………………….

4. จงเขยนสมการแรงดนและกระแสของทรานซสเตอร (คะแนนเตม 1 คะแนน)

…………………………………………………………………………...…………..………………

.……....………………………………………………………………………...………..…………..

……………………………………………………………………………………………………….

5. การจดวงจรขารวมของทรานซสเตอร แบงออกไดกแบบ อะไรบาง (คะแนนเตม 1 คะแนน)

…………………………………………………………………………...…………..………………

.……....………………………………………………………………………...………..…………..

……………………………………………………………………………………………………….

31

6. คณสมบตของวงจร Common Base มอะไรบาง (คะแนนเตม 1 คะแนน)

…………………………………………………………………………...…………..………………

.……....………………………………………………………………………...………..…………..

……………………………………………………………………………………………………….

…………………………………………………………………………...…………..………………

.……....………………………………………………………………………...………..…………..

……………………………………………………………………………………………………….

7. คณสมบตของวงจร Common Collector มอะไรบาง (คะแนนเตม 1 คะแนน)

…………………………………………………………………………...…………..………………

.……....………………………………………………………………………...………..…………..

……………………………………………………………………………………………………….

8. คณสมบตของวงจร Common Emitter มอะไรบาง (คะแนนเตม 1 คะแนน)

…………………………………………………………………………...…………..………………

.……....………………………………………………………………………...………..…………..

……………………………………………………………………………………………………….

9. กราฟคณสมบตของทรานซสเตอรมกบรเวณ อะไรบาง (คะแนนเตม 1 คะแนน)

…………………………………………………………………………...…………..………………

.……....………………………………………………………………………...………..…………..

……………………………………………………………………………………………………….

10. การหาเสนโหลด มการก าหนดการท างานของทรานซสเตอรในสภาวะใด

(คะแนนเตม 1 คะแนน)

…………………………………………………………………………...…………..………………

.……....………………………………………………………………………...………..…………..

……………………………………………………………………………………………………….

32

แบบทดสอบหลงเรยนหนวยท 1

ค าชแจง - เลอกค าตอบทถกทสดท าเครองหมาย X ลงในกระดาษค าตอบ

- แบบทดสอบม 15 ขอ คะแนนเตม 15 คะแนน ใชเวลา 15 นาท

.............................................................................................................................................................

1. รปโครงสรางและสญลกษณของทรานซสเตอรชนด NPN คอขอใด

ก. ข.

ค. ง.

2. รปโครงสรางและสญลกษณของทรานซสเตอรชนด PNP คอขอใด

ก. ข.

ค. ง.

33

3. อตราขยายกระแสของวงจรเบสรวมมคาเทาไร

ก. 0.95 – 0.98 เทา

ข. 5 – 10 เทา

ค. 15 – 30 เทา

ง. 20 – 50 เทา

4. การก าหนดศกดไฟฟาใหทรานซสเตอรชนด NPN ขอใดถกตอง

ก. ข.

ค. ง.

5. การก าหนดศกดไฟฟาใหทรานซสเตอรชนด PNP ขอใดถกตอง

ก. ข.

ค. ง.

6. หวลกศรในสญลกษณของทรานซสเตอรมความหมายอยางไร

ก. บอกชอขาคอลเลคเตอร

ข. บอกชอขาอมตเตอร

ค. บอกทศทางการไหลของกระแส

ง. บอกทศทางของสญญาณเขาออก

34

7. ขอดของวงจรอมตเตอรรวม คอขอใด

ก. มอมพแดนซทางอนพตสง

ข. มอตราขยายกระแสและแรงดนสง

ค. สญญาณอนพตกบสญญาณเอาตพตมเฟสเหมอนกน

ง. มอมพแดนซทางเอาตพตต า

8. ขอใด ไมใช คณสมบตของวงจรคอมมอนคอลเลคเตอร

ก. มอมพแดนซทางอนพตต า

ข. สญญาณอนพตกบสญญาณเอาตพตมเฟสเหมอนกน

ค. มอตราขยายกระแสมากกวา 1

ง. มอตราขยายแรงดนนอยกวา 1

9. ก าหนดให IB = 20 µA IC = 10 mA จงหาคา β

ก. β = 50

ข. β = 100

ค. β = 200

ง. β = 500

10. อตราขยายกระแสของทรานซสเตอรขอใดถกตอง

ก. β = IC × IB

ข. β = IC × IE

ค. β = IC IB

ง. β = IB IC

11. ก าหนดให IE = 200μA α = 0.98 จงหาคา IC

ก. 96 μA

ข. 98 μA

ค. 192 μA

ง. 196 μA

35

12. เมอทรานซสเตอรอยบรเวณคตออฟตรงกบคณสมบตในขอใด

ก. VCE เทากบแหลงจาย IC มคาสง

ข. VCE มคาต า IC มคาสง

ค. VCE มคาสง IC มคาต า

ง. VCE เทากบแหลงจาย IC มคาต า

13. ทรานซสเตอรท าหนาทขยายสญญาณไดดในบรเวณใดของกราฟ

ก. บรเวณคตออฟ

ข. บรเวณอมตว

ค. บรเวณแอคทป

ง. บรเวณคตออฟและบรเวณอมตว

14. การก าหนดจดเพอสรางเสนโหลดจะตองประกอบดวยคาใด

ก. IC สงสด และ VCE ต าสด

ข. IC ต าสด และ VCE สงสด

ค. IC สงสด และ VCE สงสด

ง. IC ต าสด และ VCE ต าสด

15. เมอทรานซสเตอรอยบรเวณอมตวตรงกบคณสมบตในขอใด

ก. VCE มคาต า IC มคาต า

ข. VCE มคาต า IC มคาสง

ค. VCE เทากบแหลงจาย IC มคาสง

ง. VCE เทากบแหลงจาย IC มคาต า