Com funciona un transistor?
Com funciona un transistor?
Definició de transistor
Un transistor es defineix com un dispositiu semiconductors utilitzat per amplificar o commutar senyals electrònics.
Hi ha diferents tipus de transistors disponibles, però ens centrarem en el transistor NPN en mode emissor comú. Aquest tipus té una regió d'emissor fortement dopada i ampla, que conté molts electrons lliures (portadors majoritàris).
La regió del col·lector és ampla i moderadament dopada, així que té menys electrons lliures que l'emissor. La regió de la base és molt fina i lleugerament dopada, amb un nombre petit de forats (portadors majoritàris). Ara, connectem una bateria entre l'emissor i el col·lector. El terminal de l'emissor del transistor s'acopla al terminal negatiu de la bateria. Per tant, la junta emissor-base es polaritza cap endavant, i la junta base-col·lector es polaritza cap enrere. En aquesta condició, no hi haurà corrent a través del dispositiu. Abans d'anar a la operació real del dispositiu, recordem els detalls constructius i de dopatge d'un transistor NPN. Aquí, la regió de l'emissor és més ampla i molt fortement dopada. Per tant, la concentració de portadors majoritàris (electrons lliures) en aquesta regió del transistor és molt alta.
La regió de la base, en canvi, és molt fina, està en el rang de pocs microns, mentre que les regions de l'emissor i el col·lector estan en el rang de mil·límetres. El dopatge de la capa intermèdia de tipus p és molt baix, i com a resultat, hi ha un nombre molt petit de forats presents en aquesta regió. La regió del col·lector és més ampla, com ja hem dit, i el dopatge aquí és moderat, així que hi ha un nombre moderat d'electrons lliures en aquesta regió.
La tensió aplicada entre l'emissor i el col·lector cau en dos llocs. Primer, la junta emissor-base té un potencial de barrera cap endavant d'aproximadament 0,7 volts en els transistors de silici. La resta de la tensió cau a través de la junta base-col·lector com a potencial de barrera cap enrere.
Qualsevol que sigui la tensió a través del dispositiu, el potencial de barrera cap endavant a través de la junta emissor-base sempre roman a 0,7 volts i la resta de la tensió de la font cau a través de la junta base-col·lector com a potencial de barrera cap enrere.
Això significa que la tensió del col·lector no pot superar el potencial de barrera cap endavant. Per tant, els electrons lliures a l'emissor no poden creuar la base. Com a resultat, el transistor es comporta com un interruptor apagat.
NB: – En aquesta condició, el transistor idealment no condueix cap corrent, per tant, no hi haurà cap caiguda de tensió a la resistència externa, i per tant, tota la tensió de la font (V) caurà a través de les juntes com es mostra en la figura superior.
Ara veurem què passa si apliquem una tensió positiva al terminal de la base del dispositiu. En aquesta situació, la junta emissor-base rep una tensió cap endavant individualment i, certament, pot superar el potencial de barrera cap endavant, i per tant, els portadors majoritàris, és a dir, els electrons lliures a la regió de l'emissor, creuaran la junta i aniran a la regió de la base on troben molt pocs forats per recombinar-se.
Però, a causa del camp elèctric a través de la junta, els electrons lliures que migren de la regió de l'emissor reben energia cinètica. La regió de la base és tan fina que els electrons lliures provenients de l'emissor no tenen temps suficient per recombinar-se i, per tant, creuen la regió de depleció polaritzada cap enrere i finalment arriben a la zona del col·lector. Com hi ha una barrera cap enrere a través de la junta base-col·lector, aquesta no obstruirà el flux d'electrons lliures de la base al col·lector, ja que els electrons lliures a la regió de la base són portadors minoritàris.
D'aquesta manera, els electrons flueixen de l'emissor al col·lector i, per tant, comença a fluir la corrent del col·lector a l'emissor. Com hi ha pocs forats presents a la regió de la base, alguns dels electrons provenients de la regió de l'emissor se recombinaran amb aquests forats i contribuiran a la corrent de la base. Aquesta corrent de la base és bastant més petita que la corrent del col·lector a l'emissor.
Alguns electrons de l'emissor contribueixen a la corrent de la base, mentre que la majoria passen a través del col·lector. La corrent de l'emissor és la suma de la corrent de la base i la corrent del col·lector. Per tant, la corrent de l'emissor és la suma de la corrent de la base i la corrent del col·lector.
Ara augmentem la tensió de la base aplicada. En aquesta situació, a causa de l'augment de la tensió cap endavant a través de la junta emissor-base, proporcionalment més electrons lliures proveniràn de la regió de l'emissor a la regió de la base amb més energia cinètica. Això provoca un increment proporcional de la corrent del col·lector. D'aquesta manera, controlant un senyal de base petit, podem controlar un senyal de col·lector bastant gran. Aquest és el principi bàsic de funcionament d'un transistor.
