چگونه یک ترانزیستور کار می کند

ترانزیستور چگونه کار می‌کند؟

تعریف ترانزیستور

ترانزیستور به عنوان یک دستگاه نیمه‌رسانا تعریف می‌شود که برای تقویت یا تغییر سیگنال‌های الکترونیکی استفاده می‌شود.

انواع مختلفی از ترانزیستورها وجود دارد، اما ما روی ترانزیستور NPN در حالت انتشار مشترک تمرکز خواهیم کرد. این نوع دارای منطقه انتشار پهن و با غلظت بالا است که شامل الکترون‌های آزاد زیاد (حامل‌های اصلی) است.

منطقه جمع‌آوری پهن و با غلظت متوسط است، بنابراین الکترون‌های آزاد کمتری نسبت به انتشار دارد. منطقه پایه بسیار لاغر و با غلظت کم است و تعداد کمی حفره (حامل‌های اصلی) دارد. حالا، ما یک باتری را بین انتشار و جمع‌آوری متصل می‌کنیم. ترمینال انتشار ترانزیستور به ترمینال منفی باتری متصل شده است. بنابراین، اتصال انتشار-پایه به جلو می‌باشد و اتصال پایه-جمع‌آوری به عقب می‌باشد. در این شرایط، هیچ جریانی از دستگاه عبور نخواهد کرد. قبل از رسیدن به عملکرد واقعی دستگاه، بیایید به جزئیات ساختاری و غلظت‌دهی یک ترانزیستور NPN فکر کنیم. در اینجا، منطقه انتشار پهن‌تر و با غلظت بسیار بالا است. بنابراین، غلظت حامل‌های اصلی (الکترون‌های آزاد) در این منطقه ترانزیستور بسیار بالا است.

از طرف دیگر، منطقه پایه بسیار لاغر است و در محدوده چند میکرومتر قرار دارد، در حالی که مناطق انتشار و جمع‌آوری در محدوده میلی‌متر قرار دارند. غلظت لایه میانی نوع p بسیار کم است و در نتیجه تعداد بسیار کمی حفره در این منطقه وجود دارد. منطقه جمع‌آوری پهن‌تر است و غلظت در اینجا متوسط است و بنابراین تعداد متوسطی الکترون آزاد در این منطقه وجود دارد.

ولتاژ اعمال شده بین انتشار و جمع‌آوری در دو نقطه کاهش می‌یابد. ابتدا، اتصال انتشار-پایه دارای پتانسیل مانع به جلو حدود 0.7 ولت در ترانزیستورهای سیلیکونی است. بخش دیگر ولتاژ در اتصال پایه-جمع‌آوری به عنوان مانع به عقب کاهش می‌یابد.

هرچه ولتاژ بین دستگاه باشد، پتانسیل مانع به جلو در اتصال انتشار-پایه همیشه 0.7 ولت باقی می‌ماند و بقیه ولتاژ منبع در اتصال پایه-جمع‌آوری به عنوان پتانسیل مانع به عقب کاهش می‌یابد.

این بدان معناست که ولتاژ جمع‌آوری نمی‌تواند پتانسیل مانع به جلو را غلبه کند. بنابراین، الکترون‌های آزاد در انتشار نمی‌توانند به پایه عبور کنند. در نتیجه، ترانزیستور مانند یک سوییچ خاموش رفتار می‌کند.

توجه: - در این شرایط، ترانزیستور به طور ایده‌آل هیچ جریانی را منتقل نمی‌کند، بنابراین هیچ کاهش ولتاژی در مقاومت خارجی وجود ندارد و تمام ولتاژ منبع (V) در اتصالات کاهش می‌یابد، همان‌طور که در شکل بالا نشان داده شده است.

حال بیایید ببینیم اگر ولتاژ مثبتی را به ترمینال پایه دستگاه اعمال کنیم چه اتفاقی می‌افتد. در این وضعیت، اتصال انتشار-پایه به طور جداگانه ولتاژ مثبت می‌گیرد و حتماً می‌تواند پتانسیل مانع به جلو را غلبه کند و بنابراین حامل‌های اصلی، یعنی الکترون‌های آزاد در منطقه انتشار از اتصال عبور می‌کنند و به منطقه پایه می‌آیند که در آنجا تعداد بسیار کمی حفره برای ترکیب وجود دارد.

اما به دلیل میدان الکتریکی در اتصال، الکترون‌های آزاد مهاجرت کننده از منطقه انتشار انرژی جنبشی می‌گیرند. منطقه پایه بسیار لاغر است که الکترون‌های آزاد آمده از انتشار زمان کافی برای ترکیب ندارند و بنابراین از منطقه مانع به عقب عبور می‌کنند و در نهایت به منطقه جمع‌آوری می‌رسند. چون مانع به عقب در اتصال پایه-جمع‌آوری وجود دارد، جریان الکترون‌های آزاد از پایه به جمع‌آوری را مسدود نمی‌کند زیرا الکترون‌های آزاد در منطقه پایه حامل‌های کمیتی هستند.

به این ترتیب، الکترون‌ها از انتشار به جمع‌آوری جریان می‌یابند و بنابراین جریان جمع‌آوری به انتشار شروع می‌شود. چون تعداد کمی حفره در منطقه پایه وجود دارد، برخی از الکترون‌های آمده از منطقه انتشار با این حفره‌ها ترکیب می‌شوند و جریان پایه را تشکیل می‌دهند. این جریان پایه بسیار کمتر از جریان جمع‌آوری به انتشار است.

برخی از الکترون‌های انتشار به جریان پایه می‌افزایند، در حالی که بیشتر آن‌ها از طریق جمع‌آوری می‌گذرند. جریان انتشار مجموع جریان‌های پایه و جمع‌آوری است. بنابراین، جریان انتشار مجموع جریان‌های پایه و جمع‌آوری است.

حال بیایید ولتاژ پایه اعمال شده را افزایش دهیم. در این وضعیت، به دلیل افزایش ولتاژ به جلو در اتصال انتشار-پایه، به طور متناسب بیشتر الکترون‌های آزاد از منطقه انتشار به منطقه پایه با انرژی جنبشی بیشتر می‌آیند. این باعث افزایش متناسب جریان جمع‌آوری می‌شود. به این ترتیب، با کنترل یک سیگنال پایه کوچک، می‌توانیم یک سیگنال جمع‌آوری بسیار بزرگتر را کنترل کنیم. این اصول کاری اساسی یک ترانزیستور است.