Πώς Λειτουργεί ένας Τρανζίστορ;
Πώς Λειτουργεί ένας Τρανζίστορ;
Ορισμός Τρανζίστορ
Ένας τρανζίστορ ορίζεται ως ηλεκτρονικό συστηματικό που χρησιμοποιείται για την ενίσχυση ή την αλλαγή ηλεκτρονικών σημάτων.
Υπάρχουν διάφοροι τύποι τρανζίστορ, αλλά θα εστιάσουμε στον NPN τρανζίστορ σε κοινό εκτρεπτή. Αυτός ο τύπος έχει ένα βαθιά δοπομένο και ευρύ πεδίο εκτρεπτή, το οποίο περιέχει πολλά ελεύθερα ηλεκτρόνια (πλειοψηφικοί φορείς).
Το πεδίο συλλέκτη είναι ευρύ και μετριοπαθώς δοπομένο, έχοντας λιγότερα ελεύθερα ηλεκτρόνια από τον εκτρεπτή. Το πεδίο βάσης είναι πολύ λεπτό και ελαφρώς δοπομένο, με μικρό αριθμό τρύπων (πλειοψηφικοί φορείς). Τώρα, συνδέουμε μια μπαταρία μεταξύ του εκτρεπτή και του συλλέκτη. Ο πίνακας εκτρεπτή του τρανζίστορ συνδέεται με τον αρνητικό πίνακα της μπαταρίας. Επομένως, η σύνδεση εκτρεπτή-βάση γίνεται προς τα εμπρός εξατομικευμένη, ενώ η σύνδεση βάση-συλλέκτη γίνεται προς τα πίσω εξατομικευμένη. Σε αυτή τη συνθήκη, δεν θα ρέει ρεύμα μέσω του συστήματος. Πριν προχωρήσουμε στην πραγματική λειτουργία του συστήματος, ας θυμηθούμε τα λεπτομερή και τα δοπομενά στοιχεία ενός NPN τρανζίστορ. Εδώ, το πεδίο εκτρεπτή είναι ευρύ και πολύ βαθιά δοπομένο. Επομένως, η συγκέντρωση των πλειοψηφικών φορέων (ελεύθερα ηλεκτρόνια) σε αυτό το πεδίο του τρανζίστορ είναι πολύ υψηλή.
Από την άλλη πλευρά, το πεδίο βάσης είναι πολύ λεπτό, σε περιοχή λίγων μικρομέτρων, ενώ τα πεδία εκτρεπτή και συλλέκτη είναι σε περιοχή χιλιοστομέτρων. Η δοπομένη μεσαία p-τύπου στίβα είναι πολύ χαμηλή, και ως αποτέλεσμα, υπάρχει πολύ μικρός αριθμός τρύπων σε αυτή την περιοχή. Το πεδίο συλλέκτη είναι ευρύ, όπως ήδη αναφέραμε, και η δοπομένη είναι μετριοπαθής, και επομένως υπάρχει μετριοπαθής αριθμός ελεύθερων ηλεκτρονίων σε αυτή την περιοχή.
Η τάση που εφαρμόζεται μεταξύ του εκτρεπτή και του συλλέκτη πέφτει σε δύο μέρη. Πρώτον, η σύνδεση εκτρεπτή-βάση έχει προς τα εμπρός προσκόλληση περίπου 0,7 βολτ σε τρανζίστορ σιλικίου. Το υπόλοιπο της τάσης πέφτει στη σύνδεση βάση-συλλέκτη ως προς τα πίσω προσκόλληση.
Ό,τι και αν είναι η τάση μεταξύ του συστήματος, η προς τα εμπρός προσκόλληση της σύνδεσης εκτρεπτή-βάση παραμένει πάντα 0,7 βολτ, και το υπόλοιπο της τάσης πηγής πέφτει στη σύνδεση βάση-συλλέκτη ως προς τα πίσω προσκόλληση.
Αυτό σημαίνει ότι η τάση συλλέκτη δεν μπορεί να ξεπεράσει την προς τα εμπρός προσκόλληση. Επομένως, τα ελεύθερα ηλεκτρόνια στον εκτρεπτή δεν μπορούν να διασχίσουν τη βάση. Ως αποτέλεσμα, ο τρανζίστορ συμπεριφέρεται ως κλείστη κλείδα.
ΣΗΜΕΙΩΣΗ: - Καθώς σε αυτή τη συνθήκη ο τρανζίστορ δεν διακόπτει κανένα ρεύμα, θεωρητικά, δεν θα υπάρξει πτώση τάσης στην εξωτερική αντίσταση, οπότε η ολόκληρη τάση πηγής (V) θα πέσει στις συνδέσεις, όπως φαίνεται στο παραπάνω σχήμα.
Τώρα, ας δούμε τι συμβαίνει αν εφαρμόσουμε θετική τάση στον πίνακα βάσης του συστήματος. Σε αυτή την κατάσταση, η σύνδεση βάση-εκτρεπτή λαμβάνει θετική τάση ξεχωριστά και σίγουρα μπορεί να ξεπεράσει την προς τα εμπρός προσκόλληση, και επομένως οι πλειοψηφικοί φορείς, δηλαδή τα ελεύθερα ηλεκτρόνια στο πεδίο εκτρεπτή, θα διασχίσουν τη σύνδεση και θα έρθουν στο πεδίο βάσης, όπου θα βρουν πολύ μικρό αριθμό τρύπων για ανασυνδυασμό.
Λόγω, όμως, του ηλεκτρικού πεδίου στη σύνδεση, τα ελεύθερα ηλεκτρόνια που μετακινούνται από τον εκτρεπτή παίρνουν κινητική ενέργεια. Το πεδίο βάσης είναι τόσο λεπτό που τα ελεύθερα ηλεκτρόνια που έρχονται από τον εκτρεπτή δεν έχουν αρκετό χρόνο για ανασυνδυασμό και επομένως διασχίζουν την προς τα πίσω εξατομικευμένη περιοχή και τελικά φτάνουν στην περιοχή συλλέκτη. Επειδή υπάρχει προς τα πίσω προσκόλληση στη σύνδεση βάση-συλλέκτη, δεν θα εμποδίσει την ροή των ελεύθερων ηλεκτρονίων από τη βάση στον συλλέκτη, καθώς τα ελεύθερα ηλεκτρόνια στο πεδίο βάσης είναι μειοψηφικοί φορείς.
Με αυτόν τον τρόπο, τα ηλεκτρόνια ρέουν από τον εκτρεπτή στον συλλέκτη και επομένως ξεκινά να ρέει το ρεύμα συλλέκτη-εκτρεπτή. Επειδή υπάρχουν λίγες τρύπες στο πεδίο βάσης, μερικά από τα ηλεκτρόνια που έρχονται από τον εκτρεπτή θα ανασυνδυαστούν με αυτές τις τρύπες και θα συμβάλουν στο ρεύμα βάσης. Αυτό το ρεύμα βάσης είναι πολύ μικρότερο από το ρεύμα συλλέκτη-εκτρεπτή.
Κάποια ηλεκτρόνια από τον εκτρεπτή συμβάλλουν στο ρεύμα βάσης, ενώ τα περισσότερα περνούν μέσω του συλλέκτη. Το ρεύμα εκτρεπτή είναι το άθροισμα του ρεύματος βάσης και συλλέκτη. Επομένως, το ρεύμα εκτρεπτή είναι το άθροισμα του ρεύματος βάσης και συλλέκτη.
Τώρα, ας αυξήσουμε την εφαρμοσμένη τάση βάσης. Σε αυτή την κατάσταση, λόγω της αυξημένης προς τα εμπρός τάσης στη σύνδεση εκτρεπτή-βάση, ανάλογα περισσότερα ελεύθερα ηλεκτρόνια θα έρθουν από τον εκτρεπτή στη βάση με περισσότερη κινητική ενέργεια. Αυτό προκαλεί ανάλογη αύξηση του ρεύματος συλλέκτη. Με αυτόν τον τρόπο, ελέγχοντας ένα μικρό σήμα βάσης, μπορούμε να ελέγξουμε ένα αρκετά μεγάλο σήμα συλλέκτη. Αυτή είναι η βασική λειτουργική αρχή ενός τρανζίστορ.
