Come Funziona un Transistore?
Come Funziona un Transistore?
Definizione di Transistore
Un transistore è definito come un dispositivo semiconduttore utilizzato per amplificare o commutare segnali elettronici.
Esistono diversi tipi di transistor, ma ci concentreremo sul transistore NPN in configurazione emettitore comune. Questo tipo ha una regione emettitore fortemente dopata e ampia, che contiene molti elettroni liberi (portatori maggioritari).
La regione del collettore è ampia e moderatamente dopata, quindi ha meno elettroni liberi rispetto all'emettitore. La regione della base è molto sottile e leggermente dopata, con un piccolo numero di buchi (portatori maggioritari). Ora, connettiamo una batteria tra l'emettitore e il collettore. Il terminale emettitore del transistore è collegato al terminale negativo della batteria. Pertanto, la giunzione emettitore-base diventa polarizzata direttamente, mentre la giunzione base-collettore diventa polarizzata inversamente. In questa condizione, non scorre alcuna corrente attraverso il dispositivo. Prima di passare alla funzione effettiva del dispositivo, ricordiamo i dettagli costruttivi e di dopaggio di un transistore NPN. Qui, la regione dell'emettitore è più ampia e fortemente dopata. Pertanto, la concentrazione di portatori maggioritari (elettroni liberi) in questa regione del transistore è molto alta.
La regione della base, d'altra parte, è molto sottile, nell'ordine di pochi micrometri, mentre le regioni dell'emettitore e del collettore sono nell'ordine di millimetri. Il dopaggio del strato p centrale è molto basso, e di conseguenza, c'è un numero molto ridotto di buchi presenti in questa regione. La regione del collettore è più ampia, come già detto, e il dopaggio qui è moderato, quindi c'è un numero moderato di elettroni liberi in questa regione.
La tensione applicata tra l'emettitore e il collettore si abbassa in due punti. Primo, la giunzione emettitore-base ha una barriera diretta di circa 0,7 volt nei transistor in silicio. Il resto della tensione si abbassa attraverso la giunzione base-collettore come barriera inversa.
Qualunque sia la tensione attraverso il dispositivo, la barriera diretta sulla giunzione emettitore-base rimane sempre di 0,7 volt e il resto della tensione di alimentazione si abbassa attraverso la giunzione base-collettore come barriera inversa.
Ciò significa che la tensione del collettore non può superare la barriera diretta. Pertanto, gli elettroni liberi nell'emettitore non possono attraversare la base. Di conseguenza, il transistore si comporta come un interruttore spento.
NB: – In questa condizione, il transistore non conduce corrente in modo ideale, quindi non ci sarà alcuna caduta di tensione nella resistenza esterna, pertanto tutta la tensione di alimentazione (V) si abbasserà attraverso le giunzioni come mostrato nella figura sopra.
Ora vediamo cosa succede se applichiamo una tensione positiva al terminale base del dispositivo. In questa situazione, la giunzione emettitore-base riceve una tensione diretta individualmente e certamente può superare la barriera di potenziale diretto, quindi i portatori maggioritari, cioè gli elettroni liberi nella regione dell'emettitore, attraverseranno la giunzione e arriveranno nella regione della base, dove troveranno un numero molto ridotto di buchi con cui ricombinarsi.
Tuttavia, a causa del campo elettrico attraverso la giunzione, gli elettroni liberi migranti dalla regione dell'emettitore acquisiscono energia cinetica. La regione della base è così sottile che gli elettroni liberi provenienti dall'emettitore non hanno abbastanza tempo per ricombinarsi e quindi attraversano la regione di deplezione inversamente polarizzata e arrivano infine alla zona del collettore. Poiché c'è una barriera inversa presente attraverso la giunzione base-collettore, non ostacolerà il flusso di elettroni liberi dalla base al collettore, in quanto gli elettroni liberi nella regione della base sono portatori minoritari.
In questo modo, gli elettroni fluiscono dall'emettitore al collettore e quindi inizia a fluire la corrente dal collettore all'emettitore. Poiché ci sono pochi buchi presenti nella regione della base, alcuni degli elettroni provenienti dalla regione dell'emettitore si ricombineranno con questi buchi e contribuiranno alla corrente di base. Questa corrente di base è notevolmente inferiore alla corrente dal collettore all'emettitore.
Alcuni elettroni dall'emettitore contribuiscono alla corrente di base, mentre la maggior parte passa attraverso il collettore. La corrente dell'emettitore è la somma delle correnti di base e di collettore. Quindi, la corrente dell'emettitore è la somma delle correnti di base e di collettore.
Ora aumentiamo la tensione di base applicata. In questa situazione, a causa dell'aumento della tensione diretta sulla giunzione emettitore-base, proporzionalmente più elettroni liberi verranno dalla regione dell'emettitore alla regione della base con maggiore energia cinetica. Ciò causa un aumento proporzionale della corrente di collettore. In questo modo, controllando un piccolo segnale di base, possiamo controllare un segnale di collettore molto più grande. Questo è il principio di funzionamento di base di un transistore.
