Kako tranzistor radi

Kako tranzistor radi?

Definicija tranzistora

Tranzistor se definira kao poluvodički uređaj koji se koristi za pojačavanje ili prekidačke električne signale.

Postoji različitih vrsta tranzistora, ali fokusirat ćemo se na NPN tranzistor u modu s izlaznim emiterom. Ova vrsta ima teško dotiran i širok emiter, koji sadrži mnogo slobodnih elektrona (većinski nositelji).

Zbirni dio je širok i umjereno dotiran, tako da ima manje slobodnih elektrona od emitra. Baza je vrlo tanka i lagano dotirana, s malim brojem rupa (većinski nositelji). Sada spojimo bateriju između emitra i zbirnog dijela. Terminal emitera tranzistora povezan je s negativnim terminalom baterije. Stoga se spoj emiter-baza postavlja naprijed, a spoj baza-zbirni dio obrnutim smjerom. U ovom stanju, nijedan struja neće proći kroz uređaj. Prije nego što pređemo na stvarno funkcioniranje uređaja, podsetimo se konstrukcijskih i dotirnih detalja NPN tranzistora. Emitter regija je šira i vrlo teško dotirana. Stoga je koncentracija većinskih nositelja (slobodnih elektrona) u ovoj regiji tranzistora vrlo visoka.

Bazna regija, s druge strane, vrlo je tanka, u rasponu nekoliko mikrometara, dok su emitter i zbirni dio u rasponu milimetara. Dotiranje srednje p-tipne slojeve je vrlo nisko, i kao rezultat, u toj regiji prisutno je vrlo mali broj rupa. Zbirni dio je širi, kako smo već rekli, a dotiranje ovdje je umjereno, stoga je prisutan umjereni broj slobodnih elektrona u toj regiji.

Napon primijenjen između emitra i zbirnog dijela pada na dvama mjestima. Prvo, spoj emiter-baza ima naprednu barijernu potencijalnu razliku od oko 0,7 volta u silicijevim tranzistorima. Ostatak napona pada na spoju baza-zbirni dio kao obrnuta barijera.

Bez obzira na napon na uređaju, napredna barijerna potencijalna razlika na spoju emiter-baza uvijek ostaje 0,7 volti, a ostatak izvornog napona pada na spoju baza-zbirni dio kao obrnuta barijerna potencijalna razlika.

To znači da zbirni napon ne može prevladati naprednu barijernu potencijalnu razliku. Stoga slobodni elektroni u emitru ne mogu preći u baznu regiju. Kao rezultat, tranzistor se ponaša kao isključen prekidač.

NB: – Budući da u ovom stanju tranzistor idealno ne provodi nikakvu struju, neće biti padanja napona na vanjskom otporu, pa će cijeli izvorni napon (V) pasti na spojevima, kao što je prikazano na slici iznad.

Sada vidimo što se događa ako primijenimo pozitivni napon na bazni terminal uređaja. U ovoj situaciji, spoj emiter-baza dobiva individualni napredni napon, i sigurno može prevladati naprednu potencijalnu barijeru, stoga većinski nositelji, odnosno slobodni elektroni u emiter regiji, preći će spoj i doći u baznu regiju gdje imaju vrlo mali broj rupa za rekonverzaciju.

No, zbog električnog polja na spoju, slobodni elektroni koji se seli iz emitra dobivaju kinetičku energiju. Bazna regija je toliko tanka da slobodni elektroni koji dolaze iz emitra ne dobivaju dovoljno vremena za rekonverzaciju, stoga prelaze obrnuti dotirani depletionski region i konačno dolaze u zbirni dio. Budući da je na spoju baza-zbirni dio prisutna obrnuta barijera, ona neće sprječiti protok slobodnih elektrona iz baze u zbirni dio, jer su slobodni elektroni u baznoj regiji manjinski nositelji.

Na taj način, elektroni teku iz emitra u zbirni dio, te započinje protok struje od zbirnog dijela do emitra. Budući da je u baznoj regiji prisutan mali broj rupa, neki od elektrona koji dolaze iz emitra rekonverzirat će se s tim rupama i doprinijet će baznoj strujnom toku. Taj bazni strujni tok je značajno manji od strujnog toka od zbirnog dijela do emitra.

Neki elektroni iz emitra doprinose baznom strujnom toku, dok većina prolazi kroz zbirni dio. Strujni tok emitra je zbroj baznog i zbirnog strujnog toka. Dakle, strujni tok emitra je zbroj baznog i zbirnog strujnog toka.

Sada povećajmo primijenjeni bazni napon. U ovoj situaciji, zbog povećanog naprednog napona na spoju emiter-baza, proporcionalno više slobodnih elektrona doći će iz emitra u baznu regiju s većom kinetičkom energijom. To uzrokuje proporcionalno povećanje zbirnog strujnog toka. Na taj način, kontroliranjem malog baznog signala, možemo kontrolirati značajno veći zbirni signal. To je osnovni radni princip tranzistora.