Cách hoạt động của transistor?

Transistor hoạt động như thế nào?

Định nghĩa Transistor

Transistor được định nghĩa là thiết bị bán dẫn dùng để khuếch đại hoặc chuyển mạch tín hiệu điện tử.

Có nhiều loại transistor khác nhau, nhưng chúng ta sẽ tập trung vào transistor NPN ở chế độ phát thông thường. Loại này có vùng phát được pha tạp nặng và rộng, chứa nhiều electron tự do (các hạt đa số).

Vùng thu được pha tạp vừa phải và rộng, nên có ít electron tự do hơn so với vùng phát. Vùng cơ sở rất mỏng và được pha tạp nhẹ, với một số lượng nhỏ lỗ (các hạt đa số). Bây giờ, chúng ta kết nối một pin giữa vùng phát và vùng thu. Cực phát của transistor được kết nối với cực âm của pin. Do đó, mối nối cơ sở-phát trở thành thuận chiều, và mối nối cơ sở-thu trở thành nghịch chiều. Trong điều kiện này, không có dòng điện nào chảy qua thiết bị. Trước khi đi vào hoạt động thực sự của thiết bị, hãy nhớ lại chi tiết về cấu trúc và pha tạp của transistor NPN. Ở đây, vùng phát rộng và được pha tạp rất nặng. Do đó, nồng độ các hạt đa số (electron tự do) trong vùng này của transistor rất cao.

Trái lại, vùng cơ sở rất mỏng, nằm trong khoảng vài micromet, trong khi vùng phát và thu nằm trong khoảng milimét. Pha tạp của lớp p-type ở giữa rất thấp, và do đó, chỉ có một số lượng rất nhỏ lỗ tồn tại trong vùng này. Vùng thu rộng như chúng ta đã nói, và pha tạp ở đây là vừa phải, nên có một số lượng vừa phải electron tự do trong vùng này.

Điện áp được áp dụng giữa vùng phát và thu giảm ở hai nơi. Đầu tiên, mối nối cơ sở-phát có điện áp rào cản thuận chiều khoảng 0,7 volt trong các transistor silicon. Phần còn lại của điện áp giảm trên mối nối cơ sở-thu như một rào cản nghịch chiều.

Bất kể điện áp nào được áp dụng cho thiết bị, điện áp rào cản thuận chiều giữa vùng phát và cơ sở luôn là 0,7 volt, và phần còn lại của điện áp nguồn giảm trên mối nối cơ sở-thu như điện áp rào cản nghịch chiều.

Điều này có nghĩa là điện áp thu không thể vượt qua điện áp rào cản thuận chiều. Do đó, electron tự do trong vùng phát không thể vượt qua vào vùng cơ sở. Kết quả là, transistor hoạt động như một công tắc tắt.

Lưu ý: - Trong điều kiện này, transistor lý tưởng không dẫn bất kỳ dòng điện nào, do đó sẽ không có điện áp giảm trên điện trở bên ngoài, vì vậy toàn bộ điện áp nguồn (V) sẽ giảm trên các mối nối như được hiển thị trong hình trên.

Bây giờ, hãy xem điều gì xảy ra nếu chúng ta áp dụng một điện áp dương vào cực cơ sở của thiết bị. Trong tình huống này, mối nối cơ sở-phát nhận được điện áp thuận riêng lẻ, và chắc chắn, nó có thể vượt qua điện áp rào cản thuận chiều, do đó các hạt đa số, tức là electron tự do trong vùng phát, sẽ vượt qua mối nối và đến vùng cơ sở, nơi chúng gặp rất ít lỗ để tái hợp.

Nhưng do trường điện qua mối nối, electron tự do di chuyển từ vùng phát nhận được năng lượng động. Vùng cơ sở rất mỏng, nên electron tự do từ vùng phát không có đủ thời gian để tái hợp và do đó vượt qua vùng hao phí nghịch chiều và cuối cùng đến vùng thu. Do có rào cản nghịch chiều trên mối nối cơ sở-thu, nó sẽ không cản trở dòng electron tự do từ vùng cơ sở đến vùng thu, vì electron tự do trong vùng cơ sở là các hạt thiểu số.

Theo cách này, electron chảy từ vùng phát đến vùng thu và do đó dòng điện từ vùng thu đến vùng phát bắt đầu chảy. Do có một số lỗ hiện diện trong vùng cơ sở, một số electron từ vùng phát sẽ tái hợp với những lỗ này và đóng góp vào dòng cơ sở. Dòng cơ sở này khá nhỏ so với dòng thu-pha.

Một số electron từ vùng phát đóng góp vào dòng cơ sở, trong khi hầu hết đi qua vùng thu. Dòng phát là tổng của dòng cơ sở và dòng thu. Do đó, dòng phát là tổng của dòng cơ sở và dòng thu.

Bây giờ, hãy tăng điện áp cơ sở được áp dụng. Trong tình huống này, do điện áp thuận tăng trên mối nối cơ sở-phát, tỷ lệ electron tự do từ vùng phát đến vùng cơ sở sẽ tăng với năng lượng động lớn hơn. Điều này gây ra sự tăng tỷ lệ dòng thu. Theo cách này, bằng cách kiểm soát một tín hiệu cơ sở nhỏ, chúng ta có thể kiểm soát một tín hiệu thu lớn. Đây là nguyên lý cơ bản hoạt động của transistor.