Kako deluje tranzistor?

Kako deluje tranzistor?

Definicija tranzistorja

Tranzistor je definiran kot polprevodniški element, ki se uporablja za pojačevanje ali preklop elektronskih signalov.

Obstaja več vrst tranzistorjev, vendar se bomo osredotočili na NPN tranzistor v običajnem emiterju. Ta tip ima močno dobljeno in široko emiterjsko območje, ki vsebuje veliko prostih elektronov (večinske nosilce).

Zbirno območje je široko in srednje dobljeno, zato ima manj prostih elektronov od emiterja. Bazensko območje je zelo tanke in slabo dobljeno, z majhnim številom luknji (večinske nosilce). Sedaj povežemo eno baterijo med emiterjem in zbiralnikom. Terminal emiterja tranzistorja je povezan z negativnim terminalom baterije. Torej postane sprednja stran emiter- base prenapeto, a base-zbirna stran obrnuto prenapeta. V tej situaciji tok skozi napravo ne teče. Preden gremo k dejanskemu delovanju naprave, si oglejmo konstrukcijske in dobljenostne podrobnosti NPN tranzistorja. Tukaj je emiterjsko območje širše in zelo močno dobljeno. Zato je koncentracija večinskih nosilcev (prostih elektronov) v tem območju tranzistorja zelo visoka.

Bazensko območje, na drugi strani, je zelo tanke, v obsegu nekaj mikrometrov, medtem ko so emiterjsko in zbirno območje v obsegu milimetra. Dobljenost srednje p-tipne plasti je zelo nizka, in zaradi tega je v tem območju zelo malo luknji. Zbirno območje je širše, kot smo že povedali, in dobljenost tukaj je srednja, zato je srednje število prostih elektronov prisotnih v tem območju.

Napetost, ki jo priključimo med emiterjem in zbiralnikom, pada na dveh mestih. Prvič, sprednja stran emiter-base ima napetost prepreke okoli 0,7 voltov v silikonskih tranzistorjih. Ostali del napetosti pada preko bazensko-zbirne strani kot obrnjena prepreka.

Ne glede na napetost na napravi ostane napetost prepreke sprednje strani emiter-base vedno 0,7 voltov, ostali del virske napetosti pa pada preko bazensko-zbirne strani kot obrnjena prepreka.

To pomeni, da zbirna napetost ne more premagati napetosti prepreke sprednje strani. Zato prosta elektrona v emiterju ne morejo prestopiti v bazo. Kot rezultat se tranzistor obnaša kot izklopljeni preklopnik.

NB: – Ker tranzistor v tej situaciji idealno ne prevodi nobenega toka, ne bo nobenega padca napetosti na zunanji upornosti, zato bo celotna virska napetost (V) padla preko stikov, kot je prikazano na zgornji sliki.

Sedaj vidimo, kaj se zgodi, če priključimo pozitivno napetost na bazenski terminal naprave. V tej situaciji sprednja stran emiter-base dobiva samostojno napetost, ki jo lahko premaga napetost prepreke, zato se večinski nosilci, torej proste elektrone v emiterjskem območju, preneso preko stika in pridejo v bazensko območje, kjer imajo zelo malo luknji za rekombinacijo.

Vendar proste elektrone, ki migrirajo iz emiterjskega območja, dobijo kinetično energijo zaradi električnega polja preko stika. Bazensko območje je tako tanko, da proste elektrone, ki prihajajo iz emiterja, niso dovolj časa za rekombinacijo, zato prestopijo preko obrnjene prečrtane območja in končno pridijo v zbirno območje. Ker je prepreka obrnjena preko bazensko-zbirne strani, ne bo ovirala pretoka prostih elektronov iz baze v zbirno območje, saj so proste elektrone v bazenskem območju manjšinske nosilce.

Na ta način tečejo elektroni od emiterja do zbiralnika in tako začne teči tok od zbiralnika do emiterja. Ker je v bazenskem območju nekaj luknji, se nekateri elektroni, ki prihajajo iz emiterjskega območja, rekombinirajo z njimi in prispevajo k bazenskemu toku. Bazenski tok je zelo manjši od zbiralni-emiterjskega toka.

Nekateri elektroni iz emiterja prispevajo k bazenskemu toku, medtem ko večina gre skozi zbiralnik. Emitterjski tok je skupna vsota bazenskega in zbiralnega toka. Torej, emiterjski tok je vsota bazenskega in zbiralnega toka.

Sedaj povečajmo priključeno bazensko napetost. V tej situaciji zaradi povečane napetosti sprednje strani emiter-base proporcionalno več prostih elektronov pride iz emiterjskega območja v bazensko območje z večjo kinetično energijo. To povzroči proporcionalno povečanje zbiralnega toka. Na ta način lahko z nadzorom majhnega bazenskega signala nadzorujemo precej velik zbiralni signal. To je osnovni način delovanja tranzistorja.