Miten transistori toimii

Miten transistori toimii?

Transistorin määritelmä

Transistori on semijohtimelaite, jota käytetään elektronisten signaalien vahvistamiseen tai kytkemiseen.

On olemassa erilaisia transistorityyppejä, mutta keskitymme yleisesti käytettyyn NPN-transistoriin emittoritilaan. Tämä tyyppi sisältää rikkaimmin doppaillun ja leveän emittori-alueen, jossa on paljon vapaita elektroneja (yleisiä kuljetinta).

Keräyijäalue on leveä ja keskimäärin doppattu, joten siellä on vähemmän vapaita elektroneja kuin emittori-alueella. Perusalue on hyvin ohut ja heikosti doppattu, ja siellä on pieni määrä reikiä (yleisiä kuljetinta). Yhdistämme nyt yhden akun emittorin ja keräyijän välille. Transistorin emittori-putki on yhdistetty akun negatiiviseen pisteeseen. Siksi emittori-peruskytkentä tulee etukäynnistettyksi ja perus-keräyijä-kytkentä taaksepäin käännöksessä. Tässä tilassa laitteen läpi ei virtaa sähköä. Ennen kuin siirrymme laitteen varsinaiseen toimintaan, muistetaan NPN-transistorin rakennuksen ja doppannin yksityiskohdat. Tässä emittori-alue on leveämpi ja erittäin rikkaimmin doppattu. Siksi tämän alueen transistorissa on hyvin korkea vapaiden elektronien (yleisten kuljetinten) pitoisuus.

Toisaalta perusalue on hyvin ohut, noin muutama mikrometri, kun taas emittori- ja keräyijä-alueet ovat millimetrien luokkaa. Keskitason p-tason doppaus on hyvin pieni, ja siksi tällä alueella on hyvin pieni määrä reikiä. Keräyijä-alue on leveämpi, kuten jo mainittiin, ja doppaus täällä on keskimäärin, joten täällä on keskimäärin vapaita elektroneja.

Laiteen emittori- ja keräyijäväliin sovellettu jännite pudotaa kahdessa paikassa. Ensinnäkin emittori-peruskytkentällä on noin 0,7 voltin suuruinen etujenkkin potentiaali silikontransistorissa. Loput jännite pudotaa perus-keräyijä-kytkentään käänteisenä esteenä.

Riippumatta laitteen päälle sovellettavasta jännitteestä emittori-peruskytkentän etujenkkinpotentiaali pysyy aina noin 0,7 voltissa, ja loput lähdetoimijan jännite pudotaa perus-keräyijä-kytkentään käänteisenä esteenä.

Tämä tarkoittaa, että keräyijäjännite ei voi voittaa etujenkkinpotentiaalia. Siksi emittori-alueen vapaat elektronit eivät voi ylittää perusalueen. Tämän seurauksena transistori käyttäytyy sammutussirun tavoin.

Huom: – Koska tässä tilassa transistori ei virtaa mitään sähköä ideaalisesti, ulkoisen vastuksen kautta ei ole jännitepudotusta, joten koko lähdetoimijan jännite (V) pudottaa kytkentöjen kautta, kuten yllä olevassa kuvassa näkyy.

Nyt katsotaan, mitä tapahtuu, jos sovellamme positiivista jännitettä laitteen perusputkeen. Tässä tilanteessa emittori-peruskytkentä saa itsenäisen etujenkkinjännitteen, ja varmasti se voi voittaa etujenkkinesteitä, ja siksi yleiset kuljetin, eli emittori-alueen vapaiden elektronit ylittävät kytkentän ja tulevat perusalueelle, jossa niitä on hyvin vähän reikiä rekombinoimaan.

Mutta kytkentän kautta olevan sähkökentän vuoksi emittori-alueesta tulevat vapaiden elektronit saavat kinettisen energian. Perusalue on niin ohut, että emittori-alueesta tulevat vapaiden elektronit eivät saa riittävästi aikaa rekombinoitua, ja siksi ne ylittävät käänteisen puutteen ja lopulta tulevat keräyijäalueelle. Koska perus-keräyijä-kytkentällä on käänteinen este, se ei estä vapaiden elektronien virtaamista perusalueelta keräyijäalueelle, koska perusalueen vapaiden elektronit ovat vähemmistökuljetin.

Täten elektronit virtaavat emittorista keräyijään, ja siksi keräyijä-emittori-virta alkaa virtaamaan. Koska perusalueella on vain vähän reikiä, jotkut emittori-alueelta tulevat elektronit rekombinoituvat näiden reikien kanssa ja osallistuvat perusvirtaan. Tämä perusvirta on huomattavasti pienempi kuin keräyijä-emittori-virta.

Jotkut emittori-alueelta tulevat elektronit osallistuvat perusvirtaan, kun taas enemmistö menee keräyijän kautta. Emmittorivirta on perus- ja keräyijävirtojen summa. Siksi emittorivirta on perus- ja keräyijävirtojen summa.

Nyt lisäämme sovellettua perusjännitettä. Tässä tilanteessa emittori-peruskytkentän kasvanut etujenkkinjännite aiheuttaa verrannollisesti enemmän vapaita elektroneja, jotka tulevat emittori-alueelta perusalueelle suuremmalla kinettisellä energialla. Tämä aiheuttaa keräyijävirtaan verrannollisen kasvun. Täten pienellä perussignaalilla voimme ohjata huomattavan suurta keräyijäsignaalia. Tämä on transistorin perustava toimintaperiaate.