Kako tranzistor koristi metale i električnu struju elektrone
Kako tranzistori koriste metale i elektrone struje?
Tranzistori su poluprovodnički uređaji pred uglom primene za pojačavanje signala ili upravljanje krugovima. Iako unutarnji mehanizam tranzistora uključuje poluprovodničke materijale (poput silicijuma ili germanijuma), oni ne direktno koriste metale i elektrone struje da bi funkcionišali. Međutim, proizvodnja i rad tranzistora uključuju neke metalne komponente i koncepte vezane za tok elektrona. U nastavku se nalazi detaljno objašnjenje rada tranzistora i njihove veze sa metaliima i elektronima struje.
Osnovna struktura i način rada tranzistora
1. Osnovna struktura
Tranzistori dolaze u tri glavne vrste: Bipolarni spojni tranzistori (BJT), Poluprovodnički tranzistori s poljem (FET) i Metal-oksidi-poluprovodnički tranzistori s poljem (MOSFET). Ovdje će biti fokusirani na najčešću vrstu, NPN BJT:
Emiter (E): Obično visoko dopiran, pruža veliki broj slobodnih elektrona.
Baza (B): Manje intenzivno dopirana, kontrolira struju.
Kolektor (C): Manje intenzivno dopirana, prihvata elektrone emitovane iz emitra.
2. Način rada
Spoonik emitra-baza (E-B spoonik): Kada je baza pozitivno napajena u odnosu na emitra, E-B spoonik provodi, omogućavajući tok elektrona od emitra do baze.
Spoonik baza-kolektor (B-C spoonik): Kada je kolektor negativno napajen u odnosu na bazu, B-C spoonik je u režimu isključenja. Međutim, ako postoji dovoljno bazne struje, velika struja teče između kolektora i emitra.
Uloga metala i elektrona struje
1. Metalne kontakte
Vodiči: Emiter, baza i kolektor tranzistora obično su povezani sa spoljašnjim krugovima putem metalnih vodiča. Ovi metalni vodiči osiguravaju pouzdano prebacivanje struje.
Metalizacijske slojeve: U integrativnim krugovima, različite regije tranzistora (poput emitra, baze i kolektora) često su internim pomoću metalizacijskih slojeva (obično aluminijum ili bakar).
2. Elektroni struje
Tok elektrona: Unutar tranzistora, struja se stvara pokretanjem elektrona. Na primer, u NPN BJT, kada je baza pozitivno napajena, elektroni teku od emitra do baze, a većina ovih elektrona nastavlja da teče ka kolektoru.
Tok lukica: U p-tipa poluprovodnika, struja može biti nosena i lukicama, koje su praznine gde nedostaju elektroni i mogu se smatrati pozitivnim nosiocima naboja.
Specifični primeri
1. NPN BJT
Pozitivno napajanje: Kada je baza pozitivno napajena u odnosu na emitra, E-B spoonik provodi, a elektroni teku od emitra do baze.
Negativno napajanje: Kada je kolektor negativno napajen u odnosu na bazu, B-C spoonik je u režimu isključenja. Međutim, zbog prisutnosti bazne struje, velika struja teče između kolektora i emitra.
2. MOSFET
Brana (G): Izolovana od poluprovodničkog kanala izolacionim slojem (obično dioksid silicijuma), napona brane kontroliše provodljivost kanala.
Izvor (S) i otvor (D): Povezani sa spoljašnjim krugovima putem metalnih vodiča, struja između izvora i otvora kontrolise se naponom brane.
Rezime
Iako je osnovni način rada tranzistora uglavnom zasnovan na pokretanju elektrona i lukica unutar poluprovodničkih materijala, metali imaju ključnu ulogu u proizvodnji i radu tranzistora. Metalni vodiči i metalizacijski slojevi osiguravaju pouzdano prebacivanje struje, a elektroni struje su temelj rada poluprovodničkih uređaja. Preko ovih mehanizama, tranzistori efektivno mogu pojačavati signale ili upravljati krugovima.
