BJT AMPLIFIER-5-QsM6WDlBKj4

बेसिक इलेक्ट्रॉनिक्स में फिर से आपका स्वागत है।
 पिछली कक्षा में हमने BJT के बेसिक छोटे सिग्नल मॉडल( basic small signal model) को देखा है।
 हम उस मॉडल में कुछ अन्य घटक(component) जोड़ देंगे जो कुछ प्रभावों का प्रतिनिधित्व करने के लिए हमने नहीं माने हैं।
 अब तक हम सामान्य एमिटर( emitter) एम्पलीफायर के पूर्ण AC सर्किट को आकर्षित करने के लिए छोटे सिग्नल BJT मॉडल का उपयोग करेंगे।
 तो, चलिए शुरू करते हैं।
 इस बिंदु पर हम स्थिति का स्टॉक(stock) लेते हैं।
 हमने इस npn-ट्रांजिस्टर (transistor)से शुरुआत की।
 फिर हमने इसके साथ ट्रांजिस्टर (transistor) को प्रतिस्थापित किया है, विशेष स्थिति के तहत ईबर मॉल मॉडल (Ebers moll model)का उपयोग करके समकक्ष सर्किट मॉडल है जिसमें हमारे पास रैखिक क्षेत्र है।
 और फिर हमने छोटे सिग्नल मॉडल को प्राप्त किया जो gm गुणा Vbe के बराबर IC है।
और इसे छोटे सिग्नल मॉडल(small signal Model) कहा जाता है क्योंकि यह छोटी सिग्नल स्थितियों के तहत मान्य है अर्थात बेस एमिटर(base emitter) सिग्नल वोल्टेज थर्मल(thermal) वोल्टेज VT की तुलना में छोटा होना चाहिए और फिर हम AC या छोटे सिग्नल मॉडल पर जाते हैं जो यह है।
 आइए इस समीकरण को देखें।
 यह क्या कह रहा है एक विधुत धारा(current) है जो वोल्टेज द्वारा नियंत्रित होता है।
 इसलिए, यह समीकरण एक वोल्टेज नियंत्रित विधुत धारा(current) स्रोत का प्रतिनिधित्व करता है और यही वह है जो हमने यहां दिखाया है, यह सिग्नल विधुत धारा(signal current) iC है जो gm गुणा Vbe के बराबर है, जहां, Vbe यह बेस(base) और उत्सर्जक(emitter) के बीच यह वोल्टेज है।
 अब हमें याद रखना चाहिए कि इस मॉडल(model) में हम केवल AC या अलग-अलग समय मात्रा में देखने जा रहे हैं, न कि DC मात्रा, लेकिनDC मात्रा इस मॉडल में अंतर्निहित हैं क्योंकि हमने देखा है कि gm के बराबर iC / VT है और iC निर्भर करता है बायस (bias) की स्थिति पर।
 इसलिए, DC मात्रा इस छोटे सिग्नल मॉडल(small signal model) में एम्बेडेड(embedded) हैं।
 आइए अब आगे बढ़ें और इस मॉडल का दूसरा हिस्सा प्राप्त करें जो यह है।
हमारे पास iB(t) कुल तात्कालिक बेस विधुत धारा(base current) के बराबर है DC भाग अलग-अलग समय हिस्सा है।
यह 1/beta(बीटा) गुणा कलेक्टर(collector) विधुत धारा(current) है और फिर कलेक्टर विधुत धारा(collector current) और DC भाग अलग-अलग समय हिस्सा है।
 अब यहDC पद(term) एक-दूसरे के साथ रद्द हो जाते हैं और हमें सिग्नल विधुत धाराओं(signal currents) के साथ छोड़ दिया जाता है ib बराबर 1/beta(बीटा) iC होता हैऔर सिग्नल सुधारात्मक विधुत धारा(current) iC(t) के बराबर gm Vbe(t) है जैसा हमने पहले देखा है।
 तो, हम यहां स्थापित करते हैं,अब इस संबंध को प्रतिरोधी RPI के बराबरbeta(बीटा) /gm द्वारा दर्शाया गया है, जो बेस Bऔर E एमिटर( emitter) के बीच जुड़ा हुआ है।
 तो, यह Vbe के बराबरib x RPI के बराबर है जो इस समीकरण के समान Vbe के बराबर ib RPI है जहां RPI के बराबरbeta(बीटा) /gm है।
 इस परिणामी मॉडल को BJT के छोटे सिग्नल विवरण के लिए PI - मॉडल (pi-model) कहा जाता है।
 और कुछ पुरानी पाठ्यपुस्तकों में आपको इन पैरामीटरों के लिए कुछ अन्य नाम मिल सकते हैं जैसे यहां hef गुणा ib और यहां इसी तरह से है।
 जो लोग कभी भी इस्तेमाल करते थे क्योंकि शुरुआती दिनों में BJT को अक्सर 2 पोर्ट (port) नेटवर्क के रूप में सोचा जाता था, एक पोर्ट (port) यह होता है और दूसरा यह एक होता है और इसलिए, इन पैरामीटर(parameter) के लिए उन H- पैरामीटर(parameter) परिभाषाओं का उपयोग किया जाता था।
 आधुनिक पाठ्य पुस्तकों में इन H- पैरामीटरों को RPI और gm के साथ तेजी से बदल दिया जा रहा है और अब सबसे पहले पैरामीटर(parameter) का उपयोग नहीं करना सबसे अच्छा है।
 चलिए BJT छोटे सिग्नल मॉडल का त्वरित संशोधन करते हैं।
 सबसे पहले ट्रांस चालकता (trans conductance) gm यह पैरामीटर (parameter) BJT के बायस (bias) पर निर्भर करता है जहां gm के बराबरiC / VT है, क्योंकि iC एकDC या बायस (bias) कलेक्टर(collector) विधुत धारा(current) है।
 उदाहरण के लिए, यदि iC के बराबर1 मिलीमीटर(Millimeters) है और यदि आपके पास कमरे है तो कमरे का तापमान VT लगभग 25 मिली वोल्ट्स(Milli Volts) है तो gm के बराबर1 mA / 25 मिली वोल्ट्स(Milli Volts) या 1/25 Ʊ(mho)होता है।
 Ʊ(mho) जो इस प्रतीक द्वारा दर्शाया गया है उलटा ओम(ohm) की तरह दिखता है।
 तो, यह 40 Ʊ (mil -mho) भी हो जाता है जिसे मिली-सीमेंस (mil-siemens) भी कहा जाता है।
 अन्य पैरामीटर(parameter) RPI भी बायस (bias) विधुत धारा(current) iC पर निर्भर करता है।
चूंकि R PI(pi) बीटा(beta)/gm है, बीटा(beta)/iC iC द्वारा विभाजित R PI(pi)है, उदाहरण के लिए ,iCके बराबर1 मिलीमीटर(Millimeters) , VTके बराबर 25 mV और beta(बीटा) के बराबर100।
 अगर हम यह गणना करते हैं तो R PI(pi) के बराबर100x25/1के बराबर2.5 किलो ओहम(kilo ohms) और अंत में, हमें हमेशा याद रखना चाहिए कि छोटा सिग्नल मॉडल(small signal model) केवल थर्मल(thermal ) वोल्टेज की तुलना में छोटे Vbe के लिए मान्य है।
 छोटे सिग्नल(signal) स्थितियों के तहत BJT के लिए हमने जो PI- मॉडल(pi- model) निकाला है, वह छोटे सिग्नल सन्निकटन के साथ BJT का काफी अच्छा सटीक वर्णन है, लेकिन इसके लिए हम अब एक सुधार जोड़ना चाहते हैं, हम उस दूसरा आदेश सुधार (second order correction) को कह सकते हैं और यह निम्नलिखित है।
 उपरोक्त मॉडल iC में VCe से स्वतंत्र है।
 यहां iC क्या है iCके बराबर gm Vbe है और VCe पर कोई निर्भरता नहीं है।
 अब हकीकत में यह काफी मामला नहीं है।
 VCe पर iC की एक छोटी निर्भरता है और यह इस प्लाट(plot) में यहां दिखाया गया है।
 यह प्लाट(plot) क्या है? जैसा कि हमने पहले देखा है, विभिन्न बेस विधुत धारा वैल्यू (base current value) के लिए यह iC बनाम VCe है।
 अब यदि आप इन पंक्तियों को याद करते हैं तो iC वक्र(curve) हमारी पिछली तस्वीर में पूरी तरह से क्षैतिज थे।
 और अब हम यहां कुछ स्लोप (slope) देखते हैं।
 और यह BJT का एक और यथार्थवादी वर्णन है।
 इसलिए, अभ्यास में iC VCe पर निर्भर करता है क्योंकि इसे प्रारंभिक प्रभाव औरdiC dVCE कहा जाता है, जो इस स्लोप (slope) को लगभग स्थिर है।
 यह 1/ ro द्वारा दिया जाता है जहां ro को आउटपुट प्रतिरोध कहा जाता है।
 तो, यहां इस स्लोप (slope) को 1/ ro द्वारा दिया जाता है।
 तो, इस छोटे सिग्नल मॉडल के लिए हमें ro जोड़कर यह सुधार करने की आवश्यकता है।
 इसलिए, अधिक सटीक मॉडल में ro भी शामिल है और यही वह दिखता है।
 तो, अब हम कलेक्टर(collector) और एमिटर(emitter) के बीच ro रहे हैं।
 तो, सिग्नल कलेक्टर विधुत धारा(collector current) में gm Vbe +अब इस विधुत धारा(current) होगा और यह विधुत धारा(current) इस अशून्य स्लोप (non-zero स्लोप (slope)) के लिए rO गणना के माध्यम से चालू होगा।
 अब हम इसे और अधिक पूर्ण करने के लिए, हमारे मूल BJT छोटे सिग्नल मॉडल में कुछ अन्य घटक(component) जोड़ना चाहते हैं।
 और इससे पहले कि हम वास्तविक फैब्रिक BJT डिवाइस पर नज़र डालें।
 यह BJT का एक पार अनुभाग दृश्य है, जो एक एकीकृत सर्किट के अंदर है जैसे op-amp।
 एक अलग ट्रांजिस्टर (transistor)संरचना थोड़ा अलग दिखाई देगी, लेकिन इन संरचनाओं में से कई सुविधाओं को हम सामान्य तौर पर देख रहे हैं।
 तो, आइए इस ट्रांजिस्टर (transistor)संरचना को देखें।
 सबसे पहले, आइए n-p-n ट्रांजिस्टर (transistor)आंतरिक उपकरण का पता लगाएं।
 और यह हमारे एमिटर( emitter) संपर्क है कि एमिटर( emitter) n- टाइप क्षेत्र को n + कहा जाता है क्योंकि यह बहुत अधिक डोप्ड (doped) होता है।
 यह हमारा बेस p- क्षेत्र है और यह हमारे कलेक्टर(collector) n-क्षेत्र है; तो n-p-n कि हमारे n-p-n BJT है।
 इसलिए, यह हमारी अंतर्निहित BJT संरचना है और तकनीकी बाधाओं के कारण हम यहां या यहां कलेक्टर(collector) क्षेत्र के बेस क्षेत्र से संपर्क नहीं कर सकते हैं।
 और इसलिए, हमें इस बाकी संरचना की आवश्यकता है और हम जल्द ही इसे देखेंगे, लेकिन इससे पहले कि हम शामिल आयामों पर एक त्वरित नज़र डालें, इस मोटाई को, जिसे एपिटैक्शियल या इपी-परत(epi- layer) कहा जाता है, जिसे n-प्रकार(n-type)के बराबर5 माइक्रोन(Micron) है संभावित रूप से यह सुनिश्चित करने के लिए कि हमारे बाल का व्यास 50 माइक्रोन(Micron) है।
 तो, आप कल्पना कर सकते हैं कि शेष सिलिकॉन(silicon) वाष्प कितना छोटा है वह 250 या 300 या 400 माइक्रोन(Micron) की तरह कुछ है और इसे संभावित 250 माइक्रोन(Micron) में 1 मिलीमीटर(Millimeters) का 1 चौथाई है।
 तो, यह पूरी मोटाई अपेक्षाकृत छोटी है।
 आइए अब संक्षेप में बेस संपर्क(Base contact) और कलेक्टर(collector) संपर्क को देखें, बेस संपर्क(Base contact)यहां है और बेस संपर्क(Base contact) के नजदीक क्षेत्र यहां एक अच्छा संपर्क करने के लिए भारी रूप से p- प्रकार से घिरा हुआ है।
 इसलिए, बेस टर्मिनल(base terminal ) या बेस संपर्क(base contact ) से अंतर्निहित बेस क्षेत्र( intrinsic base region) से बहता है जैसे कलेक्टर(collector) संपर्क यहां है, फिर उसके आगे वाला क्षेत्र भारी डॉप(doped) किया गया है, अच्छा संपर्क करने के लिए n-प्रकार है।
 और संग्राहक विधुत धारा(current) डिवाइस के माध्यम से इस n+ दफन परत(n plus buried layer) और कलेक्टर(collector) संपर्क के माध्यम से बहता है।
 कलेक्टर विधुत धारा(collector current) के पथ में प्रतिरोध को कम करने के लिए अब यह दफन परत(plus buried) परत है, अगर हमारे पास संग्राहक प्रवाह की तुलना में यह n + परत नहीं है तो उस तरह प्रवाह होगा।
 और यह n- क्षेत्र कलेक्टर विधुत धारा(collector current) के लिए एक बड़ा प्रतिरोध पेश करेगा।
 इस परत के साथ विधुत धारा(current) पथ मुख्य रूप से उस तरह है और यह छोटा प्रतिरोध है क्योंकि यह परत भारी मात्रा में डूबा हुआ है।
 इस छोटे सिग्नल मॉडल में, हमारे पास बेस टर्मिनल(base terminal) है, जो वास्तविक संरचना में यह बेस संपर्क है।
 और फिर हमारे पास यह नोड(node) है जो आंतरिक बेस क्षेत्र से मेल खाता है।
 और दोनों के बीच हमारे पास r b नामक प्रतिरोध होता है जिसे बेस फैलाने का प्रतिरोध कहा जाता है।
 और यह बेस दोनों के संपर्क और डिवाइस के वास्तविक आंतरिक बेस क्षेत्र के बीच प्रतिरोध के अनुरूप है, rb सामान्यतौर पर RPI(pi) की तुलना में छोटा है।
 इसके अलावा, हमें बेस और एमिटर( emitter) के बीच कैपेसिटर(capacitor)CPI (pi) को शामिल करने की आवश्यकता है और यह बेस चार्जिंग कैपेसिटेंस(base charging capacitance ) और बेस एमिटर जंक्शन कैपेसिटेंस(base emitter junction capacitance) के लिए गणना है और इन सभी के लिए सूत्र क्या हैं, आप अर्धचालक उपकरणों में अध्ययन करेंगे पाठ्यक्रम।
C PI(pi) के अलावा हमारे पास बेस और कलेक्टर(collector) के बीचCμ भी है।
 और वह बेस कलेक्टर(collector) जंक्शन(junction) क्षमता के लिए जिम्मेदार है।
 यह कैपेसिटेंस(capacitance) CPI(pi) औरCमाइक्रो(micro) सामान्य तौर पर pF(picofarads) में हैं और कम आवृत्तियों पर 1/ω (omega) C पर इन कैपेसिटेंस(capacitance) की बाधा बड़ी है और अक्सर इन कैपेसिटर(capacitor) खुले सॉकेट द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है।
 इसलिए, अगर आवृत्तियों को बहुत बड़ा नहीं होता है और इसे खुले सॉकेट से भी बदला जा सकता है तो इसे ओपन सर्किट द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है।
 और आखिरी, लेकिन कम से कम नहीं, हम हमेशा याद रखें कि छोटे सिग्नल मॉडल (signal model)जिन्हें हमने वर्णित किया है, साथ ही साथ पहले भी सक्रिय क्षेत्र में मान्य हैं और केवल छोटे सिग्नल विनियमन के तहत एक बहुत ही महत्वपूर्ण बिंदु और कभी-कभी भूलना आसान होता है।
 तो, उदाहरण के लिए, यदि डिवाइस संतृप्ति क्षेत्र में परिचालन कर रहा है तो हम इन छोटे सिग्नल मॉडल का उपयोग नहीं कर सकते हैं।
 आइए अब सर्किट को एक बार फिर सामान्य एमिटर( emitter) एम्पलीफायर देखें।
 और हमने पहले ही इस एम्पलीफायर या बायस (bias) सर्किट पर इस सर्किट परDC सर्किट का विश्लेषण किया है।
 और हमने पाया कि बेस वोल्टेज 1.8 वोल्ट था कलेक्टर(collector) वोल्टेज 6 वोल्ट था और एमिटर( emitter) वोल्टेज 1.1 वोल्ट था।
 और कलेक्टर विधुत धारा(collector current) 1.1 को 1k द्वारा विभाजित किया जाता है जिसे iC और iE लगभग बराबर माना जाता है।
 तो, iCके बराबर 1.1 मिलियन हो गया।
 तो, यह सिर्फ एक संशोधन है जो हमने पहले ही किया है।
 और अब हम इन सभी सिग्नल मात्राओं को प्राप्त करने के लिए AC या छोटे सिग्नल सर्किट का विश्लेषण करना चाहते हैं, जो बेस वोल्टेज एमिटर( emitter) वोल्टेज, कलेक्टर(collector) वोल्टेज और कलेक्टर विधुत धारा(collector current) है।
 और अब निश्चित रूप से, हम छोटे सिग्नल के अर्थ को जानते हैं कि बेस एमिटर( emitter) वोल्टेज सिग्नल वोल्टेज थर्मल वोल्ट वोल्टेज VT की तुलना में छोटा होना चाहिए।
 एक बार ऐसा करने के बाद हमDC और AC परिणामों को आसानी से जोड़कर पूरा कर लेंगे उदाहरण के लिए, संग्राहक विधुत धारा(collector current) कुछDC मान या बायस (bias) मान और यह AC मान होगा।
 तो, कुल तात्कालिक कलेक्टर(collector) विधुत धारा(current) DC मान + AC मान होगा।
 और हम मान लेंगे कि हमने पहले भी किया था कि युग्मन कैपेसिटर(coupling capacitor) CB और CC इन दोनों के साथ-साथ बाईपास कैपेसिटर(bypass capacitor)CE काफी बड़े हैं।
 तो, सिग्नल आवृत्ति पर हमें 1 kHz(kilo hertz) कहना है कि उन्हें शॉर्ट सर्किट द्वारा प्रतिस्थापित किया जा सकता है।
 और इस AC सर्किट को काफी सरल बना दिया जैसा हमने पहले देखा था और अगली स्लाइड में उस पर वापस आ जाएगा।
 तो, यहां हमारे AC सर्किट हैं।
 युग्मन कैपेसिटर(coupling capacitor) CB और CC और शॉट सर्किट के साथ बायपास कैपेसिटर(bypass capacitor)CE को बदलने के बाद।
 और अब हम जानते हैं कि कैसे ट्रांजिस्टर (transistor)छोटी सिग्नल(signal) स्थितियों के तहत दिखता है और हम इस ट्रांजिस्टर (transistor)को प्रतिस्थापित करते हैं, इसके साथ ही यह सब सिग्नल मॉडल है।
 तो, फिर हम इस जटिल दिखने वाले सर्किट को प्राप्त करते हैं, अब यह पता चला है कि परजीवी(parasitic) क्षमताएं, जिसे इन कैपेसिटर(capacitor) डेविस परजीवी(devise parasitic)CPI औरCμ कहा जाता है।
 यहां वे पिको फराद(pF) रेंज में हैं और 1 किलोहर्ट्ज(kHz) की सिग्नल आवृत्ति पर इन कैपेसिटर्स द्वारा प्रस्तुत प्रतिबाधा बहुत बड़ी है।
 और प्रतिबाधा माइनस j /ओमेगा(omega) C क्या है, तो माइनस j/ओमेगा(omega) 2 PI(pi) गुणा 1 किलोहेर्ट्ज(kilo-hertz) गुणा C ।
 हम एक पिको फराद(Picofarad) रेंज कहें जो माइनस j100 मेगा ओहम(mega-ohms) हो जाता है बल्कि बड़े प्रतिरोध के रूप में इतना बड़ा होता है कि इन सभी अन्य प्रतिरोध मान जो कि किलोओहम(kilo-ohms) की सीमा में हैं।
 तो, इसका मतलब यह है कि यहCPI(pi) औरCमाइक्रो(micro) खुले सर्किट के रूप में उतने ही अच्छे हैं क्योंकि वे 1 किलोहर्ट्ज या उससे कम की आवृत्ति पर इतनी बड़ी प्रतिबाधा पेश करते हैं।
 इसके अलावा सादगी के लिए हम मान लें कि rb छोटा है, यह प्रतिरोध यहां है, और ro बड़ा है।
 अब ये उचित अनुमान हैं और यदि आप यह धारणा करते हैं तो यह एम्पलीफायर के लिए हमारे लब्धि(gain) गणना को थोड़ा सा प्रभावित करेगा।
 तो, इन सभी विचारों के साथ, देखते हैं कि AC सर्किट अब कैसा दिखता है।
 यह महत्वपूर्ण रूप से संकेतित है, और यही वह दिखता है।
 तो, यह संधारित्र एक खुला सर्किट है, यह संधारित्र भी एक खुला सर्किट है जो 0 है।
 तो, बेस से अब हमारे पास RPI उत्सर्जक के पास जा रहा है जो यहां सामान्य नोड है।
 तो, बेस से हमारे पास R PI(pi) एमिटर( emitter) जा रहा है जो कलेक्टर(collector) से सामान्य नोड है, हमारे पास यह नहीं है कि यह एक खुला सर्किट है और हमारे पास ro नहीं है क्योंकि यह बहुत बड़ा है।
 तो, कलेक्टर(collector) से हमारे पास यह वोल्टेज नियंत्रित स्रोत है जो उत्सर्जक पर जा रहा है और इसके अलावा, हमारे पास यह RC और RL है।
 इसलिए, कलेक्टर(collector) से हमारे पास वोल्टेज नियंत्रित विधुत धारा(current) स्रोत RC और आरL है जो सभी उत्सर्जक पर जा रहे हैं ।
 तो, अब सर्किट बहुत आसान हो गया है।
 और आइए अब इस सर्किट का विश्लेषण करें और एम्पलीफायर के लिए लब्धि(gain) की गणना करें।
 AC सर्किट से अब यह स्पष्ट होना चाहिए कि इस कॉन्फ़िगरेशन(configuration) को सामान्य एमिटर(emitter) एम्पलीफायर क्यों कहा जाता है।
 यहां एक बेस एमिटर( emitter) सर्किट है, यहां एक कलेक्टर एमिटर(collector emitter) सर्किट है, और जैसा कि हम देख सकते हैं कि इन दोनों सर्किटों में एमिटर( emitter) नोड सामान्य है।
 और यही कारण है कि सामान्य एमिटर( common emitter) एम्पलीफायर।
 सामान्य बेस(common-base) और सामान्य संग्राहक विन्यास भी हैं और वे कुछ अनुप्रयोगों में भी उपयोगी हैं।
 सारांशित करने के लिए अब हमारे पास सामान्य एमिटर( emitter) एम्पलीफायर के लिए पूर्ण AC समकक्ष सर्किट है और हम समकक्ष सर्किट का उपयोग करके एम्पलीफायर लब्धि(gain) खोजने की स्थिति में हैं, जिसे हम अगली कक्षा में करेंगे।
 तब तक अलविदा