Transistor als versterker

Veld: Encyclopedie

China

Transistordefinitie

Een transistor is gedefinieerd als een halfgeleiderapparaat met drie aansluitingen (Emitter, Base en Collector) en twee junctions (Base-Emitter en Base-Collector).

Een transistor is een halfgeleiderapparaat met drie aansluitingen: Emitter (E), Base (B) en Collector (C). Het heeft twee junctions: Base-Emitter (BE) en Base-Collector (BC). Transistors werken in drie gebieden: cutoff (volledig uit), actief (versterkend) en verzadiging (volledig aan).

Wanneer transistors in het actieve gebied werken, fungeren ze als versterkers die de sterkte van het ingangssignaal vergroten zonder significante wijzigingen. Dit gedrag is te danken aan de beweging van ladingdragers. Overweeg een npn bipolaire junction transistor (BJT) die is voorzien van een spanning om in het actieve gebied te werken, waarbij de BE-junction voorwaarts bevoordeeld is en de BC-junction achterwaarts bevoordeeld.

In een npn-transistor is de emitter zwaar gedopeerd, de base licht gedopeerd en de collector matig gedopeerd. De base is smal, terwijl de emitter breder is, en de collector is het breedst.

De voorwaartse spanning tussen de base- en emitter-aansluitingen veroorzaakt een kleine basisstroom (IB) die in de base-regio stroomt. Deze stroom is meestal in de microampère (μA) range, omdat VBE doorgaans ongeveer 0,6 V bedraagt.

Dit proces kan worden gezien als elektronen die de base-regio verlaten of gaten die in de base-regio worden geïnjecteerd. De geïnjecteerde gaten trekken elektronen aan van de emitter, wat leidt tot recombinatie van gaten en elektronen.

Echter, vanwege de minder zware dopering van de base ten opzichte van de emitter, zal er meer elektronen zijn dan gaten. Dus zelfs na het recombinatie-effect blijven veel meer elektronen vrij. Deze elektronen kruisen nu de smalle baseregio en bewegen zich richting de collector-aansluiting onder invloed van de spanning die tussen de collector en de base-aansluitingen wordt toegepast.

Dit vormt niets anders dan de collectorstroom IC die naar de collector stroomt. Hieruit kan worden opgemerkt dat door de stroom die in de base-regio (IB) stroomt te variëren, men een zeer grote variatie in collectorstroom, IC, kan verkrijgen. Dit is niets anders dan stroomversterking, wat leidt tot de conclusie dat de npn-transistor die in zijn actieve gebied werkt, functioneert als een stroomversterker. De bijbehorende stroomversterking kan wiskundig worden uitgedrukt als-

Nu overweeg de npn-transistor met het ingangssignaal dat tussen de base- en emitter-aansluitingen wordt toegepast, terwijl de uitgang wordt opgehaald over de belastingsweerstand RC, verbonden over de collector- en base-aansluitingen, zoals weergegeven in Figuur 2.

Let verder op dat de transistor altijd in zijn actieve gebied wordt laten werken door gebruik te maken van passende spanningvoorzieningen, V EE en VBC. Hierdoor verandert een kleine verandering in de ingangsspanning Vin de emitterstroom IE merkbaar, omdat de weerstand van het ingangsircuit laag is (vanwege de voorwaartse spanningstoestand).

Dit verandert op zijn beurt de collectorstroom bijna in dezelfde mate, vanwege het feit dat de grootte van de basisstroom voor het hier beschouwde geval vrij klein is. Deze grote verandering in IC veroorzaakt een grote spanningval over de belastingsweerstand RC, wat niets anders is dan de uitgangsspanning.

Hiermee krijgt men een versterkte versie van de ingangsspanning over de uitgangsaansluitingen van het apparaat, wat leidt tot de conclusie dat het circuit functioneert als een spanningsversterker. De wiskundige uitdrukking voor de spanningsversterking die met dit fenomeen is geassocieerd, wordt gegeven door

Hoewel de uitleg is gegeven voor de npn BJT, geldt een soortgelijke analogie ook voor pnp BJTs. Op dezelfde grondslag kan men de versterkende werking van andere soorten transistoren, zoals Field Effect Transistors (FET), uitleggen. Verder is het belangrijk op te merken dat er vele variaties bestaan op het versterkercircuit van transistoren, zoals