Hogyan működik egy tranzisztor?
Hogyan működik egy tranzisztor?
Tranzisztor definíció
A tranzisztor egy fémes vezető eszköz, amelyet elektronikus jelzékek erősítésére vagy kapcsolására használnak.
Különböző típusú tranzisztorok léteznek, de mi az NPN tranzisztorra összpontosítunk közös emittor módban. Ez a típus nagy mértékben dopált és széles emittor régióval rendelkezik, amely sok szabad elektront (többségi hordozót) tartalmaz.
A kollektor régió széles és mérsékelt mértékben dopált, így kevesebb szabad elektront tartalmaz, mint az emittor. A bázis régió nagyon vékony és enyhe mértékben dopált, kevés lyukat (többségi hordozót) tartalmaz. Most csatlakoztatunk egy akkumulátort az emittor és a kollektor között. A tranzisztor emittor terminálja csatlakozik az akkumulátor negatív termináljához. Így az emittor-bázis csatlakozás előrefeszül, míg a bázis-kollektor csatlakozás hátrafeszül. Ebben az állapotban nincs áram, ami áthaladna az eszközön. Mielőtt tovább mélyülünk a működésbe, emlékeztessük fel a NPN tranzisztor szerkezeti és dopálási részleteit. Itt az emittor régió szélesebb és nagyon erősen dopált, így a többségi hordozók (szabad elektronok) koncentrációja ezen a régióban nagyon magas.
A bázis régió, másrészről, nagyon vékony, néhány mikrométer körül van, míg az emittor és a kollektor régiók milliméterek körül vannak. A középső p-típusú réteg dopálása nagyon alacsony, és ezért itt nagyon kevés lyuk található. A kollektor régió szélesebb, ahogy már említettük, és a dopálás itt mérsékelt, így itt mérsékelt mennyiségű szabad elektron található.
Az emittor és a kollektor között alkalmazott feszültség két helyen esik le. Először is, az emittor-bázis csatlakozásnál egy körülbelül 0,7 voltos előrefeszültségi bariérvolt jelenik meg silikium tranzisztoroknál. A maradék feszültség a bázis-kollektor csatlakozáson esik le fordított bariérfeszültséggel.
Bármilyen legyen az eszközön keresztül haladó feszültség, az emittor-bázis csatlakozásnál az előrefeszültségi bariérvolt mindig 0,7 volt, a forrásfeszültség maradék része pedig a bázis-kollektor csatlakozáson esik le fordított bariérfeszültséggel.
Ez azt jelenti, hogy a kollektor feszültség nem tudja túllépni az előrefeszültségi bariérvoltot. Így az emittorból származó szabad elektronok nem tudják átkelni a bázisba. Ennek eredményeként a tranzisztor úgy viselkedik, mint egy ki kapcsoló.
Megjegyzés: – Mivel ebben az állapotban a tranzisztor nem vezet áramot, ideálisan nincs feszültség esés a külső ellenálláson, így a teljes forrásfeszültség (V) a csatlakozásokon esik le, ahogyan a fenti ábra mutatja.
Most nézzük, mi történik, ha pozitív feszültséget alkalmazunk az eszköz bázis terminálján. Ebben az esetben az emittor-bázis csatlakozás individuálisan előrefeszültséget kap, és biztosan túllépi az előrefeszültségi bariérvoltot, így a többségi hordozók, azaz az emittorból származó szabad elektronok átkelnek a csatlakozáson, és a bázis régióba kerülnek, ahol nagyon kevés lyuk található, amivel kombinálódhatnak.
De a csatlakozáson keresztül haladó elektromos mező miatt az emittorból származó szabad elektronok kinetikai energiát kapnak. A bázis régió olyan vékony, hogy az emittorból származó szabad elektronok nem kapnak elegendő időt a kombinálódáshoz, és átkelnek a hátrafeszültségű kiürítési régiókon, és végül a kollektor zónába kerülnek. Mivel a bázis-kollektor csatlakozáson fordított bariérvolt van, ez nem akadályozza a szabad elektronok áramlását a bázistól a kollektorig, mert a bázis régiójában a szabad elektronok a kisebbségi hordozók.
Így az elektronok az emittortól a kollektorig áramlanak, és így a kollektor-emittor áram elkezd áramlani. Mivel a bázis régióban néhány lyuk található, az emittorból származó néhány elektron kombinálódik ezekkel a lyukakkal, és hozzájárul a bázis áramhoz. Ez a bázis áram jelentősen kisebb, mint a kollektor-emittor áram.
Néhány elektron az emittorból hozzájárul a bázis áramhoz, míg a többi a kollektor átmenik. Az emittor áram a bázis és a kollektor áramok összege. Tehát az emittor áram a bázis és a kollektor áramok összege.
Most növeljük az alkalmazott bázis feszültséget. Ebben az esetben az emittor-bázis csatlakozáson keresztül haladó növekvő előrefeszültség miatt aránylag több szabad elektron fog átkelni az emittorból a bázisba nagyobb kinetikai energiával. Ez aránylag növeli a kollektor áramot. Így egy kis bázis jel segítségével nagyobb kollektor jelet tudunk irányítani. Ez a tranzisztor alapvető működési elve.
