Θεωρητικές Αρχές
Τα τρανζίστορ (εφεξής καλούμενα τρανζίστορ) ταξινομούνται σε δύο τύπους με βάση τα υλικά: τρανζίστορ γερμανίου και τρανζίστορ πυριτίου. Κάθε τύπος έχει δύο δομικές μορφές: NPN και PNP. Ωστόσο, τα πιο συχνά χρησιμοποιούμενα είναι τα τρανζίστορ πυριτίου NPN και γερμανίου PNP. (Όπου N σημαίνει αρνητικό φορτίο. Οι ημιαγωγοί τύπου N-κατασκευάζονται με την προσθήκη φωσφόρου σε πυρίτιο υψηλής-καθαρότητας για να αντικαταστήσουν ορισμένα άτομα πυριτίου, δημιουργώντας ελεύθερα ηλεκτρόνια για να μεταφέρουν ηλεκτρισμό υπό διέγερση τάσης. πολικότητα, οι αρχές λειτουργίας τους είναι οι ίδιες. Τα παρακάτω εισάγουν μόνο την τρέχουσα αρχή ενίσχυσης των τρανζίστορ πυριτίου NPN.
Για ένα τρανζίστορ NPN, αποτελείται από δύο ημιαγωγούς τύπου N-που ενσωματώνουν έναν ημιαγωγό τύπου P-. Η σύνδεση PN που σχηματίζεται μεταξύ των περιοχών εκπομπού και βάσης ονομάζεται σύνδεση εκπομπού και η σύνδεση PN που σχηματίζεται μεταξύ των περιοχών συλλέκτη και βάσης ονομάζεται διασταύρωση συλλέκτη. Τα τρία καλώδια ονομάζονται πομπός (e), βάση (b) και συλλέκτης (c).
Όταν το δυναμικό στο σημείο b είναι μερικά δέκατα του βολτ υψηλότερο από το δυναμικό στο σημείο e, η διασταύρωση του εκπομπού είναι πολωμένη προς τα εμπρός. Αντίθετα, όταν το δυναμικό στο σημείο C είναι μερικά βολτ υψηλότερο από το δυναμικό στο σημείο b, η διασταύρωση του συλλέκτη έχει αντίστροφη πόλωση. Επομένως, το τροφοδοτικό του συλλέκτη Ec πρέπει να είναι υψηλότερο από το τροφοδοτικό βάσης Eb.
Στην κατασκευή τρανζίστορ, η συγκέντρωση του πλειοψηφικού φορέα στην περιοχή εκπομπού γίνεται σκόπιμα μεγαλύτερη από αυτή στην περιοχή βάσης. Ταυτόχρονα, η περιοχή βάσης γίνεται πολύ λεπτή και η περιεκτικότητα σε ακαθαρσίες ελέγχεται αυστηρά. Έτσι, από τη στιγμή που εφαρμόζεται η ισχύς, λόγω της πόλωσης προς τα εμπρός της διασταύρωσης εκπομπού, οι πλειοψηφικοί φορείς (ηλεκτρόνια) στην περιοχή εκπομπού και οι πλειοψηφικοί φορείς (οπές) στην περιοχή βάσης διαχέονται εύκολα μεταξύ τους κατά μήκος της διασταύρωσης εκπομπού. Ωστόσο, επειδή η συγκέντρωση των ηλεκτρονίων είναι σημαντικά μεγαλύτερη από αυτή των οπών, το ρεύμα μέσω της διασταύρωσης του εκπομπού είναι κυρίως μια ροή ηλεκτρονίων. αυτή η ροή ηλεκτρονίων ονομάζεται ρεύμα ηλεκτρονίου εκπομπού.
Επειδή η περιοχή βάσης είναι πολύ λεπτή και λόγω της αντίστροφης πόλωσης της διασταύρωσης συλλέκτη, τα περισσότερα από τα ηλεκτρόνια που εγχέονται στην περιοχή βάσης διασχίζουν τη διασταύρωση του συλλέκτη και εισέρχονται στην περιοχή συλλέκτη, σχηματίζοντας το ρεύμα συλλέκτη Icn. Μόνο ένας μικρός αριθμός (1-10%) ηλεκτρονίων ανασυνδυάζεται με οπές στην περιοχή βάσης. Οι οπές που χάνονται στον ανασυνδυασμό αναπληρώνονται από το τροφοδοτικό της βάσης Eb, σχηματίζοντας έτσι το ρεύμα βάσης Ibn. Σύμφωνα με την αρχή της τρέχουσας συνέχειας:
Δηλ.=Ib + Ic
Αυτό σημαίνει ότι προσθέτοντας ένα πολύ μικρό Ib στη βάση, μπορεί να ληφθεί μεγαλύτερο Ic στον συλλέκτη. Αυτό είναι το λεγόμενο-φαινόμενο τρέχουσας ενίσχυσης. Το Ic και το Ib διατηρούν μια ορισμένη αναλογική σχέση, π.χ.
1=Ic/Ib
Όπου: 1 -- ονομάζεται συντελεστής ενίσχυσης DC,
Ο λόγος της μεταβολής του ρεύματος συλλέκτη ΔIc προς τη μεταβολή του ρεύματος βάσης ΔIb είναι:
= △Ic/△Ib Σε αυτόν τον τύπο, ονομάζεται συντελεστής ενίσχυσης ρεύματος AC. Δεδομένου ότι οι τιμές του 1 και δεν διαφέρουν σημαντικά σε χαμηλές συχνότητες, μερικές φορές δεν διακρίνονται αυστηρά για λόγους ευκολίας και η τιμή του είναι περίπου δεκάδες έως πάνω από εκατό.
1=Ic/Ie (Ic και Ie είναι τα μεγέθη του ρεύματος στη διαδρομή συνεχούς ρεύματος)
Σε αυτόν τον τύπο: το 1 ονομάζεται επίσης συντελεστής ενίσχυσης DC, ο οποίος χρησιμοποιείται γενικά σε κοινά κυκλώματα-ενισχυτών βάσης, περιγράφοντας τη σχέση μεταξύ του ρεύματος εκπομπού και του ρεύματος συλλέκτη.
=△Ic/△Δηλ
Σε αυτήν την έκφραση, είναι ο κοινός-συντελεστής ενίσχυσης ρεύματος AC. Ομοίως, και 1 δεν διαφέρουν σημαντικά σε μικρές εισόδους σήματος.
Η ακόλουθη σχέση υπάρχει μεταξύ των δύο παραγόντων ενίσχυσης που περιγράφουν τις τρέχουσες σχέσεις:
Το φαινόμενο ενίσχυσης ρεύματος ενός τρανζίστορ στην πραγματικότητα χρησιμοποιεί μια μικρή αλλαγή στο ρεύμα βάσης για να ελέγξει μια μεγαλύτερη αλλαγή στο ρεύμα του συλλέκτη.
Ένα τρανζίστορ είναι μια συσκευή ενίσχυσης ρεύματος, αλλά σε πρακτικές εφαρμογές, μια αντίσταση χρησιμοποιείται συχνά για να μετατρέψει το φαινόμενο ενίσχυσης ρεύματος του τρανζίστορ σε εφέ ενίσχυσης τάσης.
Αρχή Ενίσχυσης
1. Εκπομπή ηλεκτρονίων από τον εκπομπό στη βάση
Το τροφοδοτικό Ub εφαρμόζεται στη διασταύρωση εκπομπού μέσω της αντίστασης Rb, ωθώντας προς τα εμπρός-τη διασταύρωση εκπομπού. Οι περισσότεροι φορείς (ελεύθερα ηλεκτρόνια) στην περιοχή εκπομπού διασχίζουν συνεχώς τη διασταύρωση του εκπομπού στην περιοχή βάσης, σχηματίζοντας το ρεύμα εκπομπού, δηλαδή. Ταυτόχρονα, οι περισσότεροι φορείς στην περιοχή βάσης διαχέονται επίσης στην περιοχή εκπομπού. Ωστόσο, δεδομένου ότι η συγκέντρωση του πλειοψηφικού φορέα είναι πολύ χαμηλότερη από αυτή στην περιοχή εκπομπού, αυτό το ρεύμα μπορεί να αγνοηθεί. Επομένως, η διασταύρωση εκπομπού μπορεί να θεωρηθεί κυρίως ροή ηλεκτρονίων.
2. Διάχυση και ανασυνδυασμός ηλεκτρονίων στην περιοχή βάσης
Αφού εισέλθουν στην περιοχή βάσης, τα ηλεκτρόνια συγκεντρώνονται αρχικά κοντά στη διασταύρωση του εκπομπού, σχηματίζοντας σταδιακά μια βαθμίδα συγκέντρωσης ηλεκτρονίων. Υπό την επίδραση αυτής της βαθμίδας, η ροή ηλεκτρονίων διαχέεται από την περιοχή βάσης προς τη διασταύρωση συλλέκτη, όπου έλκεται στην περιοχή συλλέκτη από το ηλεκτρικό πεδίο της διασταύρωσης συλλέκτη, σχηματίζοντας το ρεύμα συλλέκτη Ic. Ένα μικρό τμήμα ηλεκτρονίων (λόγω της περιοχής λεπτής βάσης) ανασυνδυάζεται με οπές στην περιοχή βάσης. Η αναλογία της διάχυτης ροής ηλεκτρονίων προς τη ροή ηλεκτρονίων ανασυνδυασμού καθορίζει την ικανότητα ενίσχυσης του τρανζίστορ.
3. Συλλογή Ηλεκτρονίων στην Περιφέρεια Συλλεκτών
Λόγω της μεγάλης αντίστροφης τάσης που εφαρμόζεται στη διασταύρωση του συλλέκτη, το ηλεκτρικό πεδίο που δημιουργείται από αυτήν την αντίστροφη τάση θα εμποδίσει τη διάχυση των ηλεκτρονίων από την περιοχή συλλέκτη στην περιοχή βάσης. Ταυτόχρονα, θα τραβήξει ηλεκτρόνια που έχουν διαχυθεί στην περιοχή του συλλέκτη στην περιοχή του συλλέκτη, σχηματίζοντας έτσι το κύριο ρεύμα συλλέκτη Icn. Επιπλέον, οι μειοψηφικοί φορείς (οπές) στην περιοχή του συλλέκτη θα μετακινηθούν επίσης προς την περιοχή βάσης, σχηματίζοντας ένα αντίστροφο ρεύμα κορεσμού, που υποδηλώνεται με Icbo. Η τιμή του είναι πολύ μικρή, αλλά είναι εξαιρετικά ευαίσθητο στη θερμοκρασία.
