Arbeitsprinzip des Transistors

Es gibt verschiedene Arten von Transistorenauf dem Markt, aber zum besseren Verständnis betrachten wir einen gemeinsamen Emittermodus des NPN-Transistors. Lassen Sie uns dazu die grundlegenden strukturellen Merkmale des npn-bipolaren Sperrschichttransistors in Erinnerung rufen. Sein Emitterbereich ist stark dotiert und breiter, daher ist die Anzahl der freien Elektronen (Majoritätsträger) hier groß. Der Kollektorbereich ist ebenfalls breiter, aber er ist mäßig dotiert, daher ist die Anzahl der freien Elektronen nicht so groß wie der Emitterbereich. Das Basisgebiet ist zwischen dem breiteren Emitter- und Kollektorgebiet diffundiert, aber das Basisgebiet ist im Vergleich zum äußeren Emitter- und Kollektorgebiet ziemlich dünn und außerdem sehr schwach dotiert, so dass die Anzahl der Löcher (Majoritätsträger) hier recht klein ist.

Jetzt schließen wir eine Batterie zwischen Emitter anund Sammler. Der Emitteranschluss des Transistors ist mit dem negativen Anschluss der Batterie verbunden. Somit wird der Emitter-Basis-Übergang in Vorwärtsrichtung vorgespannt und der Basis-Kollektor-Übergang in Rückwärtsrichtung. In diesem Zustand fließt kein Strom durchdas Gerät. Bevor wir zum eigentlichen Betrieb des Geräts gehen, lassen Sie uns die Konstruktions- und Dotierungsdetails eines NPN-Transistors in Erinnerung rufen. Hier ist der Emitterbereich breiter und sehr stark dotiert. Daher ist die Konzentration der Majoritätsladungsträger (der freien Elektronen) in diesem Bereich des Transistors sehr hoch. Andererseits ist der Basisbereich sehr dünn, er liegt im Bereich von wenigen Mikrometern, während der Emitter- und Kollektorbereich im Bereich von Millimetern liegen. Die Dotierung der mittleren Schicht vom p-Typ ist sehr gering, und in diesem Bereich ist eine sehr kleine Anzahl von Löchern vorhanden. Die Kollektorregion ist breiter, wie wir bereits gesagt haben, und die Dotierung ist hier eine gemäßigte und daher moderate Anzahl freier Elektronen in dieser Region.

Die gesamte Spannung liegt zwischen Emitter undSammler wird an zwei Stellen abgeworfen. Einer befindet sich am Durchlassbarrierenpotential über dem Emitter-Basis-Übergang, und dieser Wert beträgt im Fall von aus Silizium hergestellten Transistoren etwa 0,7 Volt. Der Ruheteil der angelegten Spannung fällt als Sperrschicht über den Basis-Kollektor-Übergang ab. Was auch immer die Spannung über der Vorrichtung sein mag, das Durchlasssperrpotential über dem Emitter-Basis-Übergang bleibt immer 0,7 Volt und der Rest der Quellenspannung fällt über den Basis-Kollektor-Übergang als Rückwärts-Sperrpotential ab. Das bedeutet, dass keine der Kollektorspannung das Durchlassbarrierenpotenzial überwinden kann. Daher kann im Idealfall keines der freien Elektronen im Emitterbereich das Vorwärtssperrpotential durchqueren und kann in den Basisbereich gelangen. Infolgedessen verhält sich der Transistor wie ein Ausschalter.

NB: - In diesem Zustand ist dies nicht der FallIdealerweise leiten Sie jeden Strom, so dass am externen Widerstand kein Spannungsabfall auftritt. Daher fällt die gesamte Quellenspannung (V) an den Übergängen ab, wie in der obigen Abbildung dargestellt.

Lassen Sie uns nun sehen, was passiert, wenn wir einpositive Spannung am Basisanschluss des Geräts. In dieser Situation erhält der Basis-Emitter-Übergang individuell eine Vorwärtsspannung und sicherlich kann er die Vorwärtspotentialbarriere und somit die Majoritätsträger überwinden, dh freie Elektronen im Emitterbereich werden den Übergang überqueren und kommen in den Basisbereich, wo sie hinkommen sehr wenige Anzahlen von Löchern zur Rekombination. Aufgrund des elektrischen Feldes über den Übergang erhalten die aus dem Emitterbereich wandernden freien Elektronen jedoch kinetische Energie. Der Basisbereich ist so dünn, dass die freien Elektronen, die vom Emitter kommen, keine ausreichende Zeit zur Rekombination haben und somit den in Sperrrichtung vorgespannten Verarmungsbereich durchqueren und schließlich in die Kollektorzone gelangen. Da über dem Basis-Kollektor-Übergang eine Sperrbarriere vorhanden ist, wird der Fluss der freien Elektronen von der Basis zum Kollektor nicht behindert, da die freien Elektronen im Basisbereich Minoritätsträger sind.

Auf diese Weise fließen Elektronen von Emitter zuKollektor und damit Kollektor-Emitter-Strom beginnt zu fließen. Da im Basisbereich nur wenige Löcher vorhanden sind, rekombinieren einige der aus dem Emitterbereich kommenden Elektronen mit diesen Löchern und tragen zum Basisstrom bei. Dieser Basisstrom ist ziemlich kleiner als der Kollektor-Emitter-Strom. Da einige der gesamten Elektronen, die aus dem Emitterbereich wandern, einen Basisstrom beitragen, trägt der Hauptteil der Elektronen zum Strom durch den Kollektorbereich bei. Der Strom durch den Emitter wird als Emitterstrom bezeichnet, der Strom durch den Kollektor wird als Kollektorstrom bezeichnet und der winzige Strom, der durch den Basisanschluss fließt, wird als Basisstrom bezeichnet. Der Emitterstrom ist hier also die Summe aus Basisstrom und Kollektorstrom.

Lassen Sie uns nun die angelegte Basisspannung erhöhen. In dieser Situation werden aufgrund der erhöhten Durchlassspannung über dem Emitter-Basis-Übergang proportional mehr freie Elektronen vom Emitterbereich zum Basisbereich mit mehr kinetischer Energie kommen. Dies bewirkt einen proportionalen Anstieg des Kollektorstroms. Auf diese Weise können wir durch Steuern eines kleinen Basissignals ein ziemlich großes Kollektorsignal steuern. Dies ist das grundlegende Arbeitsprinzip eines Transistors.