Принцип роботи транзистора

Існують різні типи транзисторівна ринку, але для розуміння ми розглянемо загальний емітерний режим транзистора NPN. Для цього нагадаємо основні структурні особливості транзистора npn біполярного переходу. Його емітерна область сильно легована і ширше, отже, велика кількість вільних електронів (більшості носіїв) тут велика. Регіон колектора також ширший, але він помірно легований, отже, кількість вільних електронів не настільки велика, як емітерний регіон. Базова область розсіюється між ширшим випромінювачем і колекторною областю, але основна область є досить тонкою порівняно з зовнішнім емітером і областю колектора, а також дуже легко легується, так що кількість отворів (більшості носіїв) тут досить мало.

Тепер ми підключаємо одну батарею між емітеромі колектор. Емітерний термінал транзистора з'єднаний з негативним висновком батареї. Отже, перемикання базового випромінювача перетворюється вперед вперед, а перехід базового колектора стає зворотним зміщенням. У цьому стані не протікає струмпристрій. Перед переходом до фактичної роботи пристрою нагадаємо конструкційні і допінгові деталі транзистора NPN. Тут область емітера ширша і дуже сильно легована. Тому концентрація більшості носіїв (вільних електронів) в цій області транзистора дуже висока. Базова область, з іншого боку, дуже тонка вона знаходиться в діапазоні від декількох мікрометрів, тоді як випромінювач і область колектора знаходяться в діапазоні міліметра. Легування середнього шару р-типу дуже низьке, і в результаті цього в цій області є дуже маленька кількість отворів. Регіон колектора ширший, як ми вже говорили, і легування тут є помірним і, отже, помірним числом вільних електронів, присутніх у цьому регіоні.

Вся напруга, що подається між емітером іколектор опускається в двох місцях. Один знаходиться в прямому бар'єрному потенціалі по переходу емітер-база, і це приблизно 0,7 вольт у випадку кремнієвих транзисторів. Решту частини прикладеної напруги відкидають як зворотний бар'єр через перехід основи-колектора. Яким би не було напруга на пристрої, потенціал прямого бар'єру по переходу емітер-база завжди залишається 0,7 вольт, а інша напруга джерела падає через перехід базу-колектор як зворотний потенціал бар'єру. Це означає, що жодна з напруг колектора не може подолати потенціал прямого бар'єру. Тому в ідеалі жоден з вільних електронів у емітерній області не може перетнути прямий бар'єрний потенціал і може прийти до базової області. В результаті транзистор буде вести себе як вимикач.

NB: - Оскільки при цьому умові транзистор не працюєпроводити будь-який струм в ідеалі, не буде ніякого падіння напруги на зовнішньому опорі, отже, вся напруга джерела (V) буде падати через переходи, як показано на малюнку вище.

Тепер давайте подивимося, що станеться, якщо ми застосуємо aпозитивне напруга на базовому терміналі пристрою. У цій ситуації підключення базового емітера отримує напругу вперед індивідуально і, звичайно, він може подолати прямий потенційний бар'єр і, отже, більшість носіїв, тобто вільні електрони в емітерній області перетнуть перехід і прийдуть в базову область, де вони потрапляють дуже мало число отворів для рекомбінації. Але внаслідок електричного поля через перехід вільні електрони, що мігрують з емітерної області, отримують кінетичну енергію. Основна область настільки тонка, що вільні електрони, що надходять від емітера, не отримують достатнього часу для рекомбінації і, отже, перетинають зону зворотного зміщення і в кінцевому підсумку надходять в зону колектора. Оскільки існує зворотний бар'єр через перехід основи-колектора, він не буде перешкоджати потоку вільних електронів від основи до колектора, оскільки вільні електрони в базовій області є мінорними носіями.

Таким чином, електрони протікають від емітера дозбирач і, отже, колекторний емітерний струм починає текти. Оскільки в базовій області є кілька отворів, деякі з електронів, що надходять з області емітера, будуть рекомбінуватися з цими отворами і сприятимуть струму бази. Цей струм бази є набагато меншим, ніж струм колектора до емітера. Оскільки деякі з електронів, що мігрують з емітерного регіону, вносять базовий струм, основна частина їх вносить струм через область колектора. Струм через емітер називається струмом випромінювача, струм через колектор називається струмом колектора, а крихітний струм, що протікає через базовий термінал, називається струмом бази. Звідси випливає, що струм випромінювача є сумою базового струму і струму колектора.

Тепер давайте збільшимо застосовувану базову напругу. У цій ситуації через збільшене пряме напруга на перехідному-базовому переході пропорційно більше вільних електронів вийде з області емітера на базову область з більшою кінетичної енергією. Це викликає пропорційне збільшення струму колектора. Таким чином, керуючи невеликим базовим сигналом, ми можемо керувати досить великим колекторним сигналом. Це основний принцип роботи транзистора.