Hur fungerar en transistor?

Hur fungerar en transistor?

Transistordefinition

En transistor definieras som ett halvledarskede som används för att förstärka eller växla elektroniska signaler.

Det finns olika typer av transistorer tillgängliga, men vi kommer fokusera på NPN-transistorn i vanlig utsläppsläge. Denna typ har en starkt dopad och bred utsläppsregion, vilken innehåller många fria elektroner (majoritetsbärare).

Samlares region är bred och moderat dopad, så den har färre fria elektroner än utsläppet. Basens region är mycket tunn och svagt dopad, med ett litet antal hål (majoritetsbärare). Nu ansluter vi en batteri mellan utsläppet och samlares. Transistorns utsläppsterminal är ansluten till batteriets negativa terminal. Därför blir utsläppsbassförbindelsen framåtbiasad, och bas-samlarförbindelsen blir bakåtbiasad. I detta tillstånd kommer ingen ström att flöda genom enheten. Innan vi går vidare till enhetens faktiska drift, låt oss minnas konstruktionen och dopningen av en NPN-transistor. Här är utsläppsregionen bredare och mycket starkt dopad. Därför är koncentrationen av majoritetsbärare (fria elektroner) i denna region av transistorn mycket hög.

Basens region, å andra sidan, är mycket tunn, det ligger i området några mikrometer, medan utsläpps- och samlarregionerna ligger i området millimeter. Dopningen av det mittersta p-typ-lagret är mycket låg, och som en följd finns det ett mycket litet antal hål i denna region. Samlares region är bredare, som vi redan har sagt, och dopningen här är moderat, och därför finns det ett moderat antal fria elektroner i denna region.

Spänningen som appliceras mellan utsläppet och samlares faller på två ställen. Först har utsläpp-basförbindelsen en framåtbiasad barriärpotential på ungefär 0,7 volt i siliciumtransistorer. Resten av spänningen faller över bas-samlarförbindelsen som en bakåtbiasad barriär.

Oavsett vad spänningen över enheten är, kommer alltid den framåtbiasade barriärpotentialen över utsläpp-basförbindelsen att vara 0,7 volt, och resten av källspänningen faller över bas-samlarförbindelsen som en bakåtbiasad barriärpotential.

Detta innebär att samlarespänningen inte kan övervinna den framåtbiasade barriärpotentialen. Så, de fria elektroner som finns i utsläppet kan inte korsa in i basen. Som en följd beter sig transistorn som en avstängd brytare.

NB: – Eftersom transistorn i detta tillstånd idealiskt inte leder någon ström, kommer det inte att finnas någon spänningsfall på den externa resistansen, så hela källspänningen (V) faller över förbindelserna som visas i figuren ovan.

Nu låt oss se vad som händer om vi applicerar en positiv spänning på basens terminal. I denna situation får bas-utsläppsförbindelsen en individuell framåtspänning, och utan tvekan kan den övervinna den framåtbiasade barriärpotentialen, och därför kommer de fria elektroner i utsläppsregionen att korsa förbindelsen och komma in i basregionen där de hittar få antal hål att rekombinera med.

Men på grund av det elektriska fältet över förbindelsen får de fria elektroner som migrerar från utsläppsregionen kinetisk energi. Basregionen är så tunn att de fria elektroner som kommer från utsläppet inte får tillräckligt med tid att rekombinera och därför korsar de den bakåtbiasade utarmningsregionen och slutligen kommer till samlarzonen. Eftersom det finns en bakåtbiasad barriär över bas-samlarförbindelsen, kommer den inte att hindra flödet av fria elektroner från basen till samlaren eftersom de fria elektroner i basregionen är minoritetsbärare.

På detta sätt flödar elektroner från utsläppet till samlaren, och därför börjar ström flyta från samlaren till utsläppet. Eftersom det finns några hål i basregionen kommer vissa elektroner från utsläppsregionen att rekombinera med dessa hål och bidra till basströmmen. Denna basström är ganska mindre än samlare-utsläppströmmen.

Några elektroner från utsläppet bidrar till basströmmen, medan de flesta går igenom samlaren. Utsläppströmmen är summan av bas- och samlarströmmen. Så, utsläppströmmen är summan av bas- och samlarströmmen.

Nu låt oss öka den applicerade basspänningen. I denna situation, på grund av den ökade framåtspänningen över utsläpp-basförbindelsen, kommer proportionellt fler fria elektroner att komma från utsläppsregionen till basregionen med mer kinetisk energi. Detta orsakar en proportionell ökning av samlarströmmen. På detta sätt, genom att kontrollera ett litet basignal, kan vi kontrollera en ganska stor samlarsignal. Detta är den grundläggande arbetsprincipen för en transistor.