Kako tranzistor radi

Kako radi tranzistor?

Definicija tranzistora

Tranzistor se definiše kao poluprovodnički uređaj koji se koristi za pojačavanje ili prekidačku funkciju elektronskih signala.

Postoji različitih tipova tranzistora, ali fokusirati ćemo se na NPN tranzistor u modu zemljenog emitera. Ovaj tip ima teško dopiran i širok emiter region, koji sadrži mnogo slobodnih elektrona (veće nosioci).

Region kolektora je širok i umjereno dopiran, tako da ima manje slobodnih elektrona od emitra. Region baze je vrlo tanko i blago dopiran, sa malim brojem lukica (veći nosioci). Sada spojimo jednu bateriju između emitra i kolektora. Terminal emitra tranzistora povezan je s negativnim terminalom baterije. Stoga se spoj emitra-baza postavlja u napredno pristranu poziciju, a spoj baze-kolektor u obrnuto pristranu poziciju. U ovom stanju, nijedan struja neće protjecati kroz uređaj. Prije nego što prođemo na stvarnu operaciju uređaja, podsetimo se konstrukcijskih i dopirajućih detalja NPN tranzistora. Ovdje je region emitra širok i teško dopiran. Stoga je koncentracija većih nosioca (slobodnih elektrona) u ovom regionu tranzistora vrlo visoka.

S druge strane, region baze je vrlo tank, u opsegu nekoliko mikrometara, dok su regioni emitra i kolektora u opsegu milimetara. Dopiranje srednjeg p-tipa sloja je vrlo nisko, i kao rezultat, u ovom regionu prisutno je vrlo mali broj lukica. Region kolektora je širok, kao što smo već rekli, a dopiranje ovdje je umjereno, te je prisutan umjereni broj slobodnih elektrona u ovom regionu.

Napona primijenjeni između emitra i kolektora pada na dva mesta. Prvo, spoj emitra-baza ima naprednu prepreku od oko 0,7 volta u silikonskim tranzistorima. Ostatak napona pada kroz spoj baze-kolektor kao obrnuta prepreka.

Bez obzira na napon kroz uređaj, napredna prepreka kroz spoj emitra-baza uvijek ostaje 0,7 volti, a ostatak izvornog napona pada kroz spoj baze-kolektor kao obrnuta prepreka.

To znači da napon kolektora ne može prevladati naprednu prepreku. Dakle, slobodni elektroni u emitru ne mogu preći u bazu. Kao rezultat, tranzistor se ponaša kao isključeni prekidač.

NB: – U ovom stanju, jer tranzistor idealno ne provodi nikakvu struju, neće biti padanja napona na spoljašnjoj otpornosti, pa će cijeli izvorni napon (V) pasti kroz spojeve kako je prikazano na slici iznad.

Sada vidimo što se događa ako primijenimo pozitivni napon na terminal baze uređaja. U ovom situaciji, spoj emitra-baza dobija individualni napredni napon, i sigurno može prevladati naprednu prepreku, pa će veći nosioci, odnosno slobodni elektroni u regionu emitra, preći kroz spoj i doći u region baze, gde imaju vrlo mali broj lukica za rekompoziciju.

Ali zbog električnog polja kroz spoj, slobodni elektroni koji dolaze iz regiona emitra dobijaju kinetičku energiju. Region baze je toliko tanki da slobodni elektroni koji dolaze iz emitra ne dobijaju dovoljno vremena da se rekomponiraju, pa prelaze kroz obrnuto pristrani depletionski region i konačno dolaze u region kolektora. Budući da je prisutna obrnuta prepreka kroz spoj baze-kolektor, ona neće sprječiti protok slobodnih elektrona od baze do kolektora, jer su slobodni elektroni u regionu baze manji nosioci.

Na taj način, elektroni teku od emitra do kolektora, te započinje struja od kolektora do emitra. Budući da je u regionu baze prisutan mali broj lukica, neki od elektrona koji dolaze iz regiona emitra rekomponiraju se sa ovim lukicama i doprinose baznoj strujnom toku. Ova bazna struja je znatno manja od struje od kolektora do emitra.

Neke elektroni iz emitra doprinose baznoj strujnom toku, dok većina prolazi kroz kolektor. Struja emitra je zbir bazne i kolektorske struje. Dakle, struja emitra je zbir bazne i kolektorske struje.

Sada povećajmo primijenjeni bazni napon. U ovom stanju, zbog povećanog naprednog napona kroz spoj emitra-baza, proporcionalno više slobodnih elektrona doći će iz regiona emitra u region baze sa većom kinetičkom energijom. To uzrokuje proporcionalno povećanje struje kolektora. Na taj način, kontroliranjem malog baznog signala, možemo kontrolirati značajno veći signale kolektora. To je osnovni radni princip tranzistora.