Podręcznik

Jednym z istotnych problemów, jakie pojawiają się przy próbach jasnego i zrozumiałego tłumaczenia zjawisk występujących we wtórniku emiterowym, jest wybór odpowiedniego modelu tranzystora bipolarnego. Typowy, wygodny i często stosowany dla wzmacniaczy, model typu "hybryd-π" jest w przypadku pracy tranzystora w konfiguracji WK średnio użyteczny. Poniżej zostanie więc przedstawione spojrzenie na tranzystor, oparte na analogiach hydraulicznych, połączonych z ukrytą działalnością złośliwego krasnoludka Leona.

Wyobraźmy sobie sytuację, przedstawioną na rysunku:

Do wielkiego gumowego lejka wpływają dwa strumienie wody. Jeden to strumień płynący z "regulowanego kranu", oznaczonego na rysunku jako CHLUST1. Drugi strumień (CHLUST2) płynie z wielkiego zbiornika BULBUL, ale nie w sposób niekontrolowany - przepływem wody ze zbiornika do lejka steruje stary znajomy, krasnoludek Leon. Przez cały czas obserwuje on strumień CHLUST1 i tak ustawia odpowiedni zawór, by była spełniona zależność:

            CHLUST2 = [współczynnik krasnoludka]∙CHLUST1          

Oczywiście woda nie może znikać bez śladu, więc - jeśli lejek nie ma się przelać - musi z niego wypłynąć tyle wody (WYCHLUST), ile się do niego nalało (czyli CHLUST1 + CHLUST2). Mógłby być z tym wielki problem, ale na szczęście "wylot" lejka jest wykonany z gumy - a więc rozciąga się w miarę proporcjonalnie do ilości zgromadzonej w lejku wody. Można więc powiedzieć, że opór wypływu wody z lejka jest tym mniejszy, im więcej wody przez niego płynie. W ten sposób przez cały czas w lejku zostaje zachowana swoista "hydrauliczna równowaga" - lejek nie ulega przelaniu, natomiast chwilowo gromadzi pewną ilość wody, proporcjonalną do wielkości wpływających do niego strumieni.

"Przetłumaczmy" teraz opisany wyżej układ hydrauliczny na model tranzystora, przedstawiony na kolejnym rysunku:

1. BULBUL to źródło napięcia zasilania U_CC.

2. Gumowy lejek to złącze baza-emiter tranzystora bipolarnego. Wpływają do niego dwa prądy: prąd bazy I_B (CHLUST1) i prąd kolektora I_C (CHLUST2). Prądy te są ze sobą powiązane [współczynnikiem krasnoludka], czyli wzmocnieniem prądowym tranzystora β.

3. Z gumowego lejka zawsze wypływa dokładnie tyle wody, ile do niego wpływa. Strumień WYCHLUST odpowiada prądowi emitera I_E i, zgodnie z prawem Kirchhoffa, I_E = I_B + I_C.

4. Im więcej wody (I_E =  I_B + I_C) wypływa z lejka, tym mniejszy jest "opór wypływu" (czyli rezystancja r_eb' złącza B-E). W krzemowym tranzystorze bipolarnym r_eb' = Φ_T / I_E.

5. Strumień CHLUST1 (I_B) steruje strumieniem CHLUST2 (I_C) poprzez [współczynnik krasnoludka] (β), jednak te strumienie nie są ze sobą bezpośrednio połączone - pomiędzy bazą a kolektorem tranzystora "widać" rozwarcie.

6. I na zakończenie: czy lejek może się w końcu przelać? Może. Ten stan jest odpowiednikiem stanu nasycenia tranzystora. Ale to jest już temat na zupełnie inną opowieść.