Paano Gumagana ang Transistor?

Paano Gumagana ang Transistor?

Pangalanan ng Transistor

Ang transistor ay isang semiconductor device na ginagamit upang palakihin o switchin ang mga electronic signals.

May iba't ibang uri ng transistor, ngunit tutokus tayo sa NPN transistor sa common emitter mode. Ang uri na ito ay may malapad at mabigat na doped emitter region, na may maraming free electrons (majority carriers).

Ang collector region ay malapad at may katamtamang doping, kaya may mas kaunti itong free electrons kaysa sa emitter. Ang base region naman ay napakaliit at may kaunting doping, na may maliit na bilang ng holes (majority carriers). Ngayon, ikokonekta natin ang isang battery sa pagitan ng emitter at collector. Ang emitter terminal ng transistor ay ikokonekta sa negative terminal ng battery. Kaya ang emitter-base junction ay naging forward biased, at ang base-collector junction naman ay naging reverse biased. Sa kondisyon na ito, walang current ang lalampas sa device. Bago pumunta sa aktwal na operasyon ng device, tandaan natin ang mga detalye ng konstruksyon at doping ng NPN transistor. Dito, ang emitter region ay mas malapad at mas mabigat na doped. Kaya ang concentration ng majority carriers (free electrons) sa rehiyong ito ng transistor ay napakataas.

Sa kabilang banda, ang base region ay napakaliit, na nasa range ng ilang micrometers, samantalang ang emitter at collector region naman ay nasa range ng millimeter. Ang doping ng gitnang p-type layer ay napakababa, at bilang resulta, may napakaliit na bilang ng holes sa rehiyong ito. Ang collector region ay mas malapad, tulad ng sinabi natin, at ang doping dito ay katamtaman, kaya may katamtamang bilang ng free electrons sa rehiyong ito.

Ang voltage na inilapat sa pagitan ng emitter at collector ay bumababa sa dalawang lugar. Una, ang emitter-base junction ay may forward barrier potential na humigit-kumulang 0.7 volts sa silicon transistors. Ang natitirang voltage naman ay bumababa sa base-collector junction bilang reverse barrier.

Anuman ang voltage sa pagitan ng device, ang forward barrier potential sa emitter-base junction ay laging 0.7 volts, at ang natitirang source voltage ay bumababa sa base-collector junction bilang reverse barrier potential.

Ito ang nangangahulugan na ang collector voltage ay hindi maaaring labanan ang forward barrier potential. Kaya ang free electrons sa emitter ay hindi makakalampas sa base. Bilang resulta, ang transistor ay gumagana tulad ng off switch.

NB: – Sa kondisyong ito, ang transistor ay hindi naglalampas ng anumang current, kaya walang voltage drop sa external resistance, at ang buong source voltage (V) ay bumababa sa mga junction tulad ng ipinapakita sa larawan sa itaas.

Ngayon, tingnan natin kung ano ang mangyayari kung ilalagay natin ang positive voltage sa base terminal ng device. Sa sitwasyong ito, ang base-emitter junction ay nakakakuha ng forward voltage nang individual, at tiyak na ito ay maaaring labanan ang forward potential barrier, kaya ang majority carriers, i.e., free electrons sa emitter region ay lalampas sa junction at pupunta sa base region kung saan may maliit na bilang ng holes para mag-recombine.

Ngunit dahil sa electric field sa junction, ang free electrons na lumilipat mula sa emitter region ay nakakakuha ng kinetic energy. Ang base region ay napakaliit na ang free electrons na galing sa emitter ay hindi nakakakuha ng sapat na oras upang mag-recombine, kaya sila ay lalampas sa reverse biased depletion region at huli sa collector zone. Dahil may reverse barrier sa base-collector junction, ito ay hindi magiging hadlang sa flow ng free electrons mula sa base patungo sa collector, dahil ang free electrons sa base region ay minority carriers.

Sa ganitong paraan, ang electrons ay lumilipat mula sa emitter patungo sa collector, at kaya nagsisimula ang collector to emitter current. Dahil may kaunting holes sa base region, ang ilang electrons na galing sa emitter region ay magre-recombine sa mga holes at magkontributo sa base current. Ang base current na ito ay mas maliit kaysa sa collector to emitter current.

Ang ilang electrons mula sa emitter ay nagkontributo sa base current, habang ang karamihan ay lumilipat sa collector. Ang emitter current ay ang kabuuang base at collector currents. Kaya, ang emitter current ay ang sum ng base at collector currents.

Ngayon, palakihin natin ang inilapat na base voltage. Sa sitwasyong ito, dahil sa paglaki ng forward voltage sa emitter-base junction, proporsyonado ang dagdag na free electrons na galing sa emitter region patungo sa base region na may mas maraming kinetic energy. Ito ang nagdudulot ng proporsyonadong paglaki ng collector current. Sa ganitong paraan, sa pamamagitan ng pagkontrol ng maliit na base signal, maaari nating kontrolin ang malaking collector signal. Ito ang pangunahing prinsipyong operasyon ng transistor.