ทรานซิสเตอร์ทำงานอย่างไร

ทรานซิสเตอร์ทำงานอย่างไร?

คำนิยามของทรานซิสเตอร์

ทรานซิสเตอร์คืออุปกรณ์กึ่งตัวนำที่ใช้ในการขยายหรือเปลี่ยนสัญญาณไฟฟ้า

มีหลายประเภทของทรานซิสเตอร์ แต่เราจะเน้นที่ทรานซิสเตอร์ NPN ในโหมดจุดร่วมเอ็มมิเตอร์ ประเภทนี้มีพื้นที่เอ็มมิเตอร์ที่ถูกด๊อปหนักและกว้าง ซึ่งมีอิเล็กตรอนอิสระ (พาหะหลัก) จำนวนมาก

พื้นที่คอลเล็กเตอร์กว้างและถูกด๊อปปานกลาง จึงมีอิเล็กตรอนอิสระน้อยกว่าเอ็มมิเตอร์ พื้นที่เบสบางและถูกด๊อปเบา มีจำนวนโฮล (พาหะหลัก) น้อย เราเชื่อมแบตเตอรี่ระหว่างเอ็มมิเตอร์และคอลเล็กเตอร์ เทอร์มินัลเอ็มมิเตอร์ของทรานซิสเตอร์เชื่อมต่อกับเทอร์มินัลลบของแบตเตอรี่ ทำให้ข้อต่อเอ็มมิเตอร์-เบสเป็นไปในทางเดินตรง และข้อต่อเบส-คอลเล็กเตอร์เป็นไปในทางเดินกลับ ในสถานการณ์นี้ กระแสไม่ไหลผ่านอุปกรณ์ ก่อนที่จะไปที่การทำงานจริงของอุปกรณ์ ขอให้เราทบทวนรายละเอียดการสร้างและการด๊อปของทรานซิสเตอร์ NPN ที่นี่พื้นที่เอ็มมิเตอร์กว้างและถูกด๊อปหนักมาก ดังนั้นความเข้มข้นของพาหะหลัก (อิเล็กตรอนอิสระ) ในพื้นที่นี้ของทรานซิสเตอร์สูงมาก

พื้นที่เบสนั้นบางมาก มีขนาดเพียงไมโครเมตร ส่วนพื้นที่เอ็มมิเตอร์และคอลเล็กเตอร์มีขนาดเป็นมิลลิเมตร การด๊อปของชั้น p-type ตรงกลางน้อยมาก ดังนั้นมีโฮลน้อยมากในพื้นที่นี้ พื้นที่คอลเล็กเตอร์กว้างและถูกด๊อปปานกลาง ดังนั้นมีอิเล็กตรอนอิสระปานกลางในพื้นที่นี้

แรงดันที่ประยุกต์ระหว่างเอ็มมิเตอร์และคอลเล็กเตอร์ลดลงในสองที่ แรก ข้อต่อเอ็มมิเตอร์-เบสมีแรงดันบาร์เรียร์ทางเดินตรงประมาณ 0.7 โวลต์ในทรานซิสเตอร์ซิลิคอน แรงดันส่วนที่เหลือลดลงที่ข้อต่อเบส-คอลเล็กเตอร์เป็นแรงดันบาร์เรียร์ทางเดินกลับ

ไม่ว่าแรงดันที่ประยุกต์ระหว่างอุปกรณ์จะเป็นเท่าใด แรงดันบาร์เรียร์ทางเดินตรงระหว่างข้อต่อเอ็มมิเตอร์-เบสจะคงที่ที่ 0.7 โวลต์ และแรงดันส่วนที่เหลือจากแหล่งแรงดันลดลงที่ข้อต่อเบส-คอลเล็กเตอร์เป็นแรงดันบาร์เรียร์ทางเดินกลับ

นั่นหมายความว่าแรงดันคอลเล็กเตอร์ไม่สามารถเอาชนะแรงดันบาร์เรียร์ทางเดินตรงได้ ดังนั้น อิเล็กตรอนอิสระในเอ็มมิเตอร์ไม่สามารถข้ามไปยังเบสได้ ผลคือ ทรานซิสเตอร์ทำงานเหมือนสวิตช์ปิด

หมายเหตุ: - ในสถานการณ์นี้ ทรานซิสเตอร์ไม่ทำการนำกระแสใด ๆ ตามทฤษฎี ดังนั้นจะไม่มีแรงดันตกคร่อมความต้านทานภายนอก แรงดันแหล่งทั้งหมด (V) จะตกคร่อมข้อต่อตามที่แสดงในภาพ

ตอนนี้มาดูว่าเกิดอะไรขึ้นหากเราประยุกต์แรงดันบวกที่เทอร์มินัลเบสของอุปกรณ์ ในสถานการณ์นี้ ข้อต่อเบส-เอ็มมิเตอร์ได้รับแรงดันบวกแยกต่างหาก และแน่นอนว่าสามารถเอาชนะแรงดันบาร์เรียร์ทางเดินตรงได้ ดังนั้นพาหะหลัก คือ อิเล็กตรอนอิสระในพื้นที่เอ็มมิเตอร์จะข้ามข้อต่อและมาที่พื้นที่เบส ซึ่งมีโฮลน้อยมากให้รวมตัว

แต่เนื่องจากสนามไฟฟ้าที่ข้อต่อ อิเล็กตรอนอิสระที่ย้ายจากพื้นที่เอ็มมิเตอร์ได้รับพลังงานจลน์ พื้นที่เบสนั้นบางมาก อิเล็กตรอนอิสระที่มาจากเอ็มมิเตอร์ไม่ได้เวลาเพียงพอในการรวมตัวและข้ามพื้นที่ความขาดแคลนที่ถูกดันกลับและสุดท้ายมาที่พื้นที่คอลเล็กเตอร์ เนื่องจากมีแรงดันบาร์เรียร์ทางเดินกลับที่ข้อต่อเบส-คอลเล็กเตอร์ จึงไม่ขัดขวางการไหลของอิเล็กตรอนจากเบสไปยังคอลเล็กเตอร์ เพราะอิเล็กตรอนในพื้นที่เบสเป็นพาหะรอง

ด้วยวิธีนี้ อิเล็กตรอนไหลจากเอ็มมิเตอร์ไปยังคอลเล็กเตอร์ และกระแสจากคอลเล็กเตอร์ไปยังเอ็มมิเตอร์เริ่มไหล เนื่องจากมีโฮลน้อยในพื้นที่เบส อิเล็กตรอนบางส่วนที่มาจากพื้นที่เอ็มมิเตอร์จะรวมตัวกับโฮลเหล่านี้และส่งเสริมกระแสเบส กระแสเบสนี้น้อยกว่ากระแสจากคอลเล็กเตอร์ไปยังเอ็มมิเตอร์

อิเล็กตรอนบางส่วนจากเอ็มมิเตอร์ส่งเสริมกระแสเบส ในขณะที่ส่วนใหญ่ผ่านคอลเล็กเตอร์ กระแสเอ็มมิเตอร์คือผลรวมของกระแสเบสและกระแสคอลเล็กเตอร์ ดังนั้น กระแสเอ็มมิเตอร์คือผลรวมของกระแสเบสและกระแสคอลเล็กเตอร์

ตอนนี้มาเพิ่มแรงดันที่ประยุกต์ที่เทอร์มินัลเบส ในสถานการณ์นี้ เนื่องจากแรงดันบวกที่ข้อต่อเอ็มมิเตอร์-เบสเพิ่มขึ้น อิเล็กตรอนอิสระที่มาจากพื้นที่เอ็มมิเตอร์ไปยังพื้นที่เบสจะมีพลังงานจลน์มากขึ้น ทำให้กระแสคอลเล็กเตอร์เพิ่มขึ้นตามลำดับ โดยการควบคุมสัญญาณเบสเล็กๆ เราสามารถควบคุมสัญญาณคอลเล็กเตอร์ที่ใหญ่กว่าได้ นี่คือหลักการการทำงานพื้นฐานของทรานซิสเตอร์