Δράσεις του τρανζίστορ

Το τρανζίστορ είναι μια συσκευή που λειτουργεί ως διακόπτης ή πύλη για ηλεκτρονικά σήματα και ρυθμίζει τη ροή ρεύματος ή τάσης. Τρία στρώματα ενός υλικού ημιαγωγού συνθέτουν ένα τρανζίστορ, το καθένα ικανό να μεταφέρει ρεύμα.

Τρεις επιστήμονες στα εργαστήρια Bell επινόησαν το τρανζίστορ το 1947 και γρήγορα αντικατέστησε τον σωλήνα κενού ως ρυθμιστή ηλεκτρονικού σήματος. Ένα τρανζίστορ λειτουργεί ως διακόπτης ή πύλη για ένα ηλεκτρονικό σήμα, ρυθμίζοντας τη ροή ρεύματος ή τάσης. Τρία στρώματα υλικού ημιαγωγού συνθέτουν ένα τρανζίστορ, το καθένα ικανό να μεταφέρει ρεύμα. Ένας ημιαγωγός, όπως το γερμάνιο ή το πυρίτιο, είναι μια ουσία που άγει τον ηλεκτρισμό με «ημι-ενθουσιώδη» τρόπο.

Τρανζίστορ

Ένα τρανζίστορ δημιουργείται όταν προστίθεται ένα τρίτο στοιχείο με πρόσμιξη σε μια κρυσταλλική δίοδο, με αποτέλεσμα τον σχηματισμό δύο συνδέσεων PN.

Ένα τρανζίστορ αποτελείται από δύο συνδέσεις PN, οι οποίες κατασκευάζονται με την τοποθέτηση ενός ημιαγωγού τύπου p ή n μεταξύ δύο ημιαγωγών τύπου n ή τύπου p.

Υπάρχουν δύο τύποι τρανζίστορ, συγκεκριμένα:

1. Τρανζίστορ N-P-N  

2. Τρανζίστορ P-N-P

Δύο ημιαγωγοί τύπου n χωρίζονται από ένα λεπτό στρώμα ημιαγωγού τύπου p σε ένα τρανζίστορ n-p-n, όπως φαίνεται στο Σχ. 1(i). Σε ένα τρανζίστορ p-n-p, όπως φαίνεται στο Σχήμα 1, δύο ημιαγωγοί τύπου p χωρίζονται από ένα λεπτό στρώμα ημιαγωγού τύπου n (ii).

Εικ.1(i)

Εικ.1 (ii)

Κάθε τύπος τρανζίστορ έχει τα ακόλουθα χαρακτηριστικά:

1. Πρόκειται για ένα ζεύγος διασταυρώσεων PN. Ως αποτέλεσμα, ένα τρανζίστορ μπορεί να θεωρηθεί ως ένα ζεύγος διόδων συνδεδεμένων πλάτη με πλάτη.

2.  Υπάρχουν τρία τερματικά, ένα για κάθε τύπο ημιαγωγού.

3. Το μεσαίο στρώμα είναι πολύ λεπτό. Αυτή είναι η πιο κρίσιμη πτυχή της λειτουργίας ενός τρανζίστορ.

Τρία κομμάτια ντοπαρισμένων ημιαγωγών συνθέτουν ένα τρανζίστορ (NPN ή PNP). Το τμήμα στη μία πλευρά είναι γνωστό ως εκπομπός, ενώ το τμήμα στην άλλη πλευρά είναι γνωστό ως συλλέκτης. Η βάση είναι το κεντρικό τμήμα και συνδέει τον πομπό και τον συλλέκτη σε δύο σημεία.

1. Πομπός:Ο πομπός είναι το τμήμα στη μία πλευρά που τροφοδοτεί φορείς φορτίου (ηλεκτρόνια ή οπές). Για την παροχή ενός μεγάλου αριθμού πλειοψηφικών φορέων, ο πομπός έχει πάντα κλίση προς τα εμπρός σε σχέση με τη βάση. Ο πομπός (τύπου p) ενός τρανζίστορ PNP ωθείται προς τα εμπρός στο σχήμα 2 (i) και παρέχει οπές στη διασταύρωση βάσης. Ο πομπός (n-type) ενός τρανζίστορ NPN έχει μπροστινή πόλωση και παρέχει ελεύθερα ηλεκτρόνια στη διασταύρωσή του με τη βάση, όπως φαίνεται στο σχ. 2 (ii)

Εικ.2(i)

Εικ.2 (ii)

2. Συλλέκτης:Ο πομπός είναι το τμήμα στη μία πλευρά που τροφοδοτεί φορείς φορτίου (ηλεκτρόνια ή οπή). Για την παροχή ενός μεγάλου αριθμού πλειοψηφικών φορέων, ο πομπός έχει πάντα κλίση προς τα εμπρός σε σχέση με τη βάση. Ο πομπός (τύπου p) ενός τρανζίστορ PNP ωθείται προς τα εμπρός στο σχήμα 2 (1) και παρέχει οπές στη διασταύρωση βάσης. Ο εκπομπός (n-τύπου) ενός τρανζίστορ NPN έχει μπροστινή πόλωση και παρέχει ελεύθερα ηλεκτρόνια στη διασταύρωση του με τη βάση, όπως φαίνεται στο σχήμα 2 (ii).

3. Βάση:Η βάση είναι το κεντρικό τμήμα μεταξύ του πομπού και του συλλέκτη που σχηματίζει δύο διασταυρώσεις PN. Επειδή η διασταύρωση βάσης-εκπομπού ωθείται προς τα εμπρός, το κύκλωμα εκπομπού έχει χαμηλή αντίσταση. Η διασταύρωση βάσης-συλλέκτη πιέζεται αντίστροφα και παρέχει υψηλή αντίσταση στο κύκλωμα συλλέκτη.

Δράση τρανζίστορ

Προτού προχωρήσετε σε λεπτομέρειες σχετικά με τη δράση του τρανζίστορ, είναι σημαντικό να θυμάστε τα ακόλουθα στοιχεία σχετικά με τα τρανζίστορ:

1. Ο πομπός, η βάση και ο συλλέκτης είναι τα τρία τμήματα του τρανζίστορ. Ο πομπός είναι πολύ πιο λεπτός από τη βάση και ο συλλέκτης είναι πολύ πιο φαρδύς και από τους δύο. Ωστόσο, για λόγους απλότητας, ο εκπομπός και ο συλλέκτης συνήθως απεικονίζονται σαν να έχουν το ίδιο μέγεθος.

2. Ο πομπός είναι εκτεταμένος ντοπαρισμένος ώστε να επιτρέπεται η έγχυση μεγάλου αριθμού φορέων φορτίου στη βάση.

3.  Η βάση είναι αρκετά λεπτή και ασθενώς ντοπαρισμένη. Προκειμένου λιγότερο από το 5% των φορέων φορτίου από τον πομπό να ανασυνδυαστούν στη βάση. Μπορεί επίσης να περάσει τους περισσότερους από τους φορείς φόρτισης που εγχέονται από τον πομπό στον συλλέκτη.

4. Ο συλλέκτης είναι ντοπαρισμένος σε κάποιο βαθμό.

5. Επειδή το τρανζίστορ περιέχει δύο συνδέσεις PN, λειτουργεί παρόμοια με δύο διόδους. Η δίοδος εκπομπού βάσης, ή απλά η δίοδος εκπομπού, είναι η διασταύρωση μεταξύ του πομπού και της βάσης. Η δίοδος βάσης συλλέκτη ή απλά δίοδος συλλέκτη αναφέρεται στη διασταύρωση μεταξύ της βάσης και του συλλέκτη.

6.  Η δίοδος συλλέκτη είναι πάντα αντίστροφη, ενώ η δίοδος εκπομπής είναι πάντα μερική προς τα εμπρός.

7. Σε σύγκριση με τη δίοδο συλλέκτη, η δίοδος εκπομπής έχει πολύ χαμηλή αντίσταση. Ως αποτέλεσμα, η πόλωση προς τα εμπρός στη δίοδο εκπομπού είναι συνήθως πολύ χαμηλή, ενώ η αντίστροφη πόλωση στη δίοδο συλλέκτη είναι συνήθως πολύ μεγαλύτερη.

Λειτουργία του τρανζίστορ NPN

Τα ηλεκτρόνια στον πομπό τύπου n ρέουν προς τη βάση λόγω της μπροστινής πόλωσης. Το ρεύμα εκπομπού IE αποτελείται από αυτό.

Αυτά τα ηλεκτρόνια τείνουν να ενώνονται με οπές όταν περνούν από τη βάση τύπου p. Επειδή η βάση είναι ελαφρώς ντοπαρισμένη και λεπτή, λίγα μόνο ηλεκτρόνια, λιγότερο από  5%, αναμιγνύονται με οπές για να σχηματιστεί το ρεύμα βάσης IB.

Περισσότερο από το 95% των υπολοίπων ηλεκτρονίων περνούν στην περιοχή του συλλέκτη για να σχηματίσουν IC ρεύματος συλλέκτη.

Το κύκλωμα συλλέκτη λαμβάνει σχεδόν όλο το ρεύμα του εκπομπού με αυτόν τον τρόπο.

Το σύνολο των ρευμάτων συλλέκτη και βάσης είναι το ρεύμα εκπομπού.

IE=IB+IC

Χρησιμοποιημένα τρανζίστορ NPN

Σε εφαρμογές κυκλώματος ενίσχυσης, χρησιμοποιούνται τρανζίστορ NPN. Στα κυκλώματα ζεύγους Darlington, τα τρανζίστορ NPN χρησιμοποιούνται για την ενίσχυση των ασθενών σημάτων. Σε εφαρμογές όπου απαιτείται ρεύμα βύθισης, χρησιμοποιούνται τρανζίστορ NPN. Τα τρανζίστορ NPN, όπως τα κυκλώματα ενισχυτών "push-pull", χρησιμοποιούνται σε ορισμένα κλασικά κυκλώματα ενισχυτών.

Συμπέρασμα

Το τρανζίστορ είναι μια συσκευή που ρυθμίζει τη ροή ρεύματος ή τάσης λειτουργώντας ως διακόπτης ή πύλη για ηλεκτρονικά σήματα. Ένα τρανζίστορ αποτελείται από τρία στρώματα ημιαγωγού υλικού, το καθένα ικανό να μεταφέρει ρεύμα.

Το 1947, τρεις επιστήμονες του Bell Laboratories επινόησαν το τρανζίστορ, το οποίο αντικατέστησε γρήγορα τον σωλήνα κενού ως ρυθμιστή ηλεκτρονικού σήματος. Ένα τρανζίστορ ελέγχει τη ροή ρεύματος ή τάσης λειτουργώντας ως διακόπτης ή πύλη για ηλεκτρικά σήματα.

Όταν προστίθεται ένα τρίτο στοιχείο με πρόσμιξη σε μια κρυσταλλική δίοδο, σχηματίζονται δύο συνδέσεις PN, με αποτέλεσμα ένα τρανζίστορ.