Jak działa tranzystor?
Jak działa tranzystor?
Definicja tranzystora
Tranzystor to urządzenie półprzewodnikowe używane do wzmacniania lub przełączania sygnałów elektrycznych.
Istnieje wiele rodzajów tranzystorów, ale skupimy się na tranzystorze NPN w trybie emitera wspólnego. Ten typ ma mocno domieszkowaną i szeroką strefę emitera, która zawiera wiele swobodnych elektronów (nośników większościowych).
Strefa kolektora jest szeroka i umiarkowanie domieszkowana, więc ma mniej swobodnych elektronów niż emitery. Strefa bazy jest bardzo cienka i słabo domieszkowana, z małą liczbą dziur (nośników większościowych). Teraz podłączamy baterię między emitery a kolektor. Terminal emitery tranzystora jest podłączony do ujemnego terminala baterii. W związku z tym przegub emitery-baza staje się zespolony w przód, a przegub baza-kolektor staje się zespolony w tył. W takich warunkach żaden prąd nie będzie płynąć przez urządzenie. Przed przejściem do rzeczywistej pracy urządzenia przypomnijmy konstrukcyjne i domieszkowe szczegóły tranzystora NPN. Tutaj strefa emitery jest szersza i bardzo mocno domieszkowana. W związku z tym stężenie nośników większościowych (swobodnych elektronów) w tej strefie tranzystora jest bardzo wysokie.
Strefa bazy, z drugiej strony, jest bardzo cienka, jej grubość mieści się w zakresie kilku mikrometrów, podczas gdy strefy emitery i kolektora mają grubość w zakresie milimetra. Domieszkowanie środkowej warstwy typu p jest bardzo niskie, co oznacza, że w tej strefie znajduje się bardzo mała liczba dziur. Strefa kolektora jest szersza, jak już powiedzieliśmy, a domieszkowanie tutaj jest umiarkowane, co oznacza umiarkowaną liczbę swobodnych elektronów w tej strefie.
Napięcie zastosowane między emitery a kolektor spada w dwóch miejscach. Po pierwsze, przegub emitery-baza ma przód barierowy około 0,7 woltów w tranzystorach krzemowych. Reszta napięcia spada na przegubie baza-kolektor jako przeszkoda w tył.
Nie ważne, jakie napięcie występuje na urządzeniu, przód barierowy na przegubie emitery-baza zawsze wynosi 0,7 woltów, a reszta napięcia źródłowego spada na przegubie baza-kolektor jako przeszkoda w tył.
To oznacza, że napięcie kolektora nie może pokonać przodu barierowego. W rezultacie swobodne elektrony w emitery nie mogą przejść do bazy. W rezultacie tranzystor zachowuje się jak wyłącznik.
UWAGA: – W tych warunkach tranzystor nie przepuszcza żadnego prądu, idealnie, nie będzie żadnego spadku napięcia na zewnętrznym oporze, więc całe napięcie źródłowe (V) spadnie na przegubach, jak pokazano na rysunku powyżej.
Teraz zobaczmy, co się stanie, jeśli zastosujemy dodatnie napięcie na terminalu bazy urządzenia. W tej sytuacji przegub emitery-baza otrzymuje indywidualnie napęd w przód, co z pewnością może pokonać przód potencjału barierowego, a zatem nośniki większości, czyli swobodne elektrony w strefie emitery, przekroczą przegub i wejdą do strefy bazy, gdzie znajdą bardzo małą liczbę dziur do rekombinacji.
Ale ze względu na pole elektryczne na przegubie, swobodne elektrony migrujące ze strefy emitery otrzymują energię kinetyczną. Strefa bazy jest tak cienka, że swobodne elektrony pochodzące z emitery nie mają wystarczająco dużo czasu, aby się rekombinować, i przekraczają zespoloną w tył strefę wyczerpania, kończąc w strefie kolektora. Ponieważ istnieje przeszkoda w tył na przegubie baza-kolektor, nie zatrzyma ona przepływu swobodnych elektronów z bazy do kolektora, ponieważ swobodne elektrony w strefie bazy są nośnikami mniejszości.
W ten sposób elektrony płyną od emitery do kolektora, a zatem rozpoczyna płynąć prąd od kolektora do emitery. Ponieważ w strefie bazy znajduje się mała liczba dziur, niektóre elektrony pochodzące ze strefy emitery będą się rekombinować z tymi dziurami i przyczyniać do prądu bazy. Ten prąd bazy jest znacznie mniejszy niż prąd od kolektora do emitery.
Niektóre elektrony z emitery przyczyniają się do prądu bazy, podczas gdy większość przechodzi przez kolektor. Prąd emitery to suma prądów bazy i kolektora. Zatem prąd emitery to suma prądów bazy i kolektora.
Teraz zwiększmy zastosowane napięcie bazy. W tej sytuacji, ze względu na zwiększone napięcie w przód na przegubie emitery-baza, proporcjonalnie więcej swobodnych elektronów przyjdzie ze strefy emitery do strefy bazy z większą energią kinetyczną. To powoduje proporcjonalny wzrost prądu kolektora. W ten sposób, kontrolując mały sygnał bazy, możemy kontrolować stosunkowo duży sygnał kolektora. To jest podstawowy zasada działania tranzystora.
