Wanneer elektronen door een voorwaarts voorgespannen diodeverbinding stromen, zoals de basis-emitterovergang van een transistor, duurt het eigenlijk een niet-nul tijd voordat ze opnieuw combineren met gaten aan de P-kant en geneutraliseerd worden. / p>

In een NPN-transistor is het P-type basisgebied zo smal geconstrueerd dat de meeste elektronen erdoorheen gaan voordat deze recombinatie plaatsvindt. Zodra ze het uitputtingsgebied van de omgekeerde voorgespannen basis-collectorovergang bereiken, die een sterk elektrisch veld eroverheen heeft, worden ze snel helemaal weggevaagd uit het basisgebied, waardoor de collectorstroom ontstaat.

Het totaal stroom door de basis-emitterovergang wordt bestuurd door de basis-emitterspanning, die onafhankelijk is van de collectorspanning. Dit wordt beschreven door de beroemde Ebers-Moll-vergelijking. Als de collector een open circuit heeft, vloeit al deze stroom uit de basisaansluiting. Maar zolang er op zijn minst een kleine positieve afwijking is op de collector-basisovergang, wordt de meeste stroom naar de collector geleid en blijft er slechts een klein deel uit de basis stromen.

In een hoge -gain transistor, minder dan 1% van de elektronen recombineren daadwerkelijk in het basisgebied, waar ze blijven als de basis-emitterstroom, wat betekent dat de collectorstroom 100 × of meer de basisstroom kan zijn. Dit proces wordt geoptimaliseerd door zorgvuldige controle van zowel de geometrie van de drie regio's als de specifieke dopingniveaus die in elk van hen worden gebruikt.

Zolang de transistor voorgespannen is in deze bedrijfsmodus, veroorzaakt een kleine verandering in de basis-emitterspanning (en een overeenkomstig kleine verandering in de basis-emitterstroom) een veel grotere verandering in de collector-emitterstroom. Afhankelijk van de externe impedantie die op de collector is aangesloten, kan dit ook een grote verandering in de collectorspanning veroorzaken. Het totale circuit vertoont vermogenswinst omdat het uitgangsvermogen (ΔV _C × ΔI _C ) veel groter is dan het ingangsvermogen (ΔV _B × ΔI _B ). Afhankelijk van de specifieke circuitconfiguratie kan deze vermogensversterking worden gerealiseerd als spanningsversterking, stroomversterking of een combinatie van beide.

In wezen gebeurt hetzelfde in een PNP-transistor, maar nu moet je nadenken van de gaten (de afwezigheid van een elektron) als de drager van een positieve lading die helemaal door de N-type basis naar de collector drijft.

Lees en herlees Dave's uitstekende antwoord.

Keer dan mentaal om wat er aan de hand is ...

Je hebt een voorwaarts gerichte basis-emitterovergang en externe schakelingen zijn aangesloten naar de basis vereist een stroom Ib, die wordt geleverd door elektronen afkomstig van de emitter.

Maar wanneer een elektron het basisgebied binnendringt, ontmoet het een sterk elektrisch veld dat het naar de (positieve) collector trekt. De meerderheid (een groot en redelijk goed gedefinieerd deel) van deze elektronen gaat verloren (van de basisstroom) en komt tevoorschijn als collectorstroom, om de redenen die zo goed worden uitgelegd in het antwoord van Dave. Dus in plaats van een efficiënte versterker, zou je de transistor net zo goed kunnen zien als een hopeloos inefficiënte leverancier van basisstroom!

Vanuit dit oogpunt vraagt ​​het basiscircuit Ib en de emitter levert het. Maar als bijproduct gaat een veel grotere stroom (Ic = 100Ib) "verloren" aan de collector. Dat is natuurlijk wat we echt willen.

EDIT re: comment: Uiteindelijk (de meeste van, zeg 99%) de elektronen van de emitter komen het collectorgebied binnen.

Uiteindelijk de collectorstroom moet (iets) kleiner zijn dan de toevoer-emitterstroom.

Recht op beide.

Wat is het doel?

1) Een zeer kleine basisstroom regelt een grote collectorstroom, en de emitterstroom is de som van deze twee.

2) De verhouding Ic / Ib (hFE of stroomversterking) is ongeveer onafhankelijk van de collectorspanning Vce (totdat Vce laag is, zeg < 1V). Dit betekent dat voor een geschikte keuze van impedantie in het collectorcircuit een kleine verandering in Ib kan resulteren in een grote verandering in Ic en een grote verandering in Vce; hier komt de spanningsversterking vandaan.

Dus de gebruikelijke "common emitter" -versterker heeft de belasting in het collectorcircuit en heeft zowel een hoge stroomversterking als een hoge spanningsversterking.

Dit is hoe ik het zie, ik hoop dat het iets nuttigs toevoegt aan de discussie:

HALFGELEIDERS, DIODEN EN TRANSISTOREN

ELEKTRONEN EN GATEN

Laten we denken aan een rij centen die in een lijn liggen, elkaar raken, over een tafel. Verplaats de rechter eindstuiver een cent breed naar rechts en laat een opening over. Blijf dan de cent links van de opening de ruimte in bewegen. Terwijl je verder gaat, zijn alle centen naar rechts verschoven en is de opening over de tafel naar links verschoven. Stel je nu de centen voor als elektronen, en je kunt zien hoe elektronen die in één richting over een halfgeleider bewegen, gaten in de tegenovergestelde richting laten bewegen.

Om de analogie uit te breiden, zouden we kleine stapels penningen kunnen gebruiken, dus veel moeten naar rechts voordat een hole naar links beweegt. Of we zouden een paar centen en veel ruimte kunnen hebben, zodat gaten gemakkelijk reizen als de schaarse centen over de brede gaten worden verplaatst. Deze twee gevallen modelleren de twee vormen van gedoteerd silicium, veel elektronen toegevoegd en we hebben N-type, veel gaten (elektronen verwijderd) en we hebben P-type. De typen worden bereikt door het silicium te mengen (doteren) met kleine hoeveelheden andere metalen.

Omdat de elektronen zich door de atomen van een halfgeleider moeten worstelen, is de soortelijke weerstand relatief hoog. Vroege halfgeleiders gebruikten germanium, maar, behalve in speciale gevallen, is silicium tegenwoordig de universele keuze.

Koperdraad kan worden gevisualiseerd als grote stapels centelektronen, allemaal dicht bij elkaar, dus een stroom is de beweging van de paar centjes boven aan de palen worden helemaal geen gaten gemaakt. Omdat er zoveel beschikbaar zijn voor de stroom, is de soortelijke weerstand, zoals we weten, laag.

DIODES

De meest voorkomende halfgeleiderdiode (er zijn andere gespecialiseerde typen) heeft een overgang tussen het N-type en het P-type. Als er een spanning op de diode wordt toegepast, positief voor het N-type uiteinde en negatief voor het andere, worden de elektronen allemaal naar het positieve uiteinde getrokken, waardoor er gaten achterblijven aan het negatieve uiteinde. Met nauwelijks elektronen in het midden kan er bijna geen stroom vloeien. De diode is "reverse biassed".

Wanneer de spanning op de andere manier wordt aangelegd, negatief naar het N-type uiteinde en positief naar het P-type, worden elektronen aangetrokken naar het midden en kunnen ze oversteken om te annuleren uit de gaten in het P-type, en stroom uit in de verbindingsdraad. Aan het andere uiteinde, negatieve spanning, worden elektronen afgestoten naar het midden van de diode, om te worden vervangen door de elektronen die vanuit de draad naar binnen stromen, zodat er over het algemeen gemakkelijk een stroom kan vloeien: de diode is voorwaarts voorgespannen.

De verbindingen met een diode worden de "Anode" genoemd, het positieve uiteinde wanneer de diode voorwaarts wordt voorgespannen, en de "Kathode", het negatieve uiteinde. Ik herinner me deze naar analogie met dezelfde termen voor kleppen, die een hoge positieve spanning nodig hebben (H.T. voor "High Tension" - houd je vingers eraf) bij de anode om stroom te laten stromen. Een goed geheugensteuntje voor de polariteit van een voorwaarts voorgespannen diode zou PPNN kunnen zijn: "Positief, P-type, N-type, Negatief".

Een varactordiode maakt gebruik van het feit dat twee gescheiden ladingsgebieden, positief en negatief, maak een ruwe condensator. Er zijn dus speciaal ontworpen diodes gemaakt om hiervan gebruik te maken, wanneer ze omgekeerd voorgespannen zijn. De aangelegde spanning trekt de ladingen uit elkaar en vormt een "uitputtingslaag" tussen de contacten. Door de toegepaste sperspanning te verhogen, wordt deze laag dikker, waardoor de capaciteit afneemt, en vice versa. Varactor-diodes worden vaak gebruikt in afgestemde circuits om de frequentie te variëren, ter vervanging van de vaned condensatoren die werden gebruikt in de dagen van kleppen.

BIPOLAIRE TRANSISTOREN

Een bipolaire transistor is een transistor waarvan de werking afhangt van zowel elektronen als gaten. Het bestaat uit twee diodes rug aan rug die een gemeenschappelijke centrale laag delen. Een van de buitenste terminals is de Collector C en de andere is de Emitter E. De centrale verbinding is de Base B en maakt deel uit van zowel de CB- als BE-diodes. Dus we hebben een drielaagse sandwich. Bij normaal gebruik heeft de diode tussen C en B een tegengestelde voorspanning, dus zonder de aanwezigheid van de BE-diode en het effect ervan zou er geen stroom vloeien, omdat alle elektronen naar een uiteinde van de CB-sectie worden getrokken en de gaten naar het andere uiteinde, zoals in een diode, door de aangelegde spanning.

De BE-diode is voorwaarts voorgespannen, zodat er stroom kan vloeien en het externe circuit is ingesteld om dit te beperken tot een vrij kleine waarde, maar er stromen nog steeds veel gaten en elektronen door de basis en de emitter.

Nu het slimme stukje. De gemeenschappelijke verbinding van de CB- en BE-diodes aan de basis is erg dun gemaakt, dus de stroom van elektronen en gaten in het BE-deel vervangt degene die de omgekeerde collectorspanning heeft weggetrokken, en er kan nu een stroom door deze CB-diode lopen de omgekeerde richting, en dan verder door de voorwaarts voorgespannen BE-junctie naar de zender en naar buiten in het externe circuit.

Ik denk dat het duidelijk is dat je geen transistor kunt maken door twee diodes rug aan rug te solderen vereist de actie dat de dunne laag in het silicium nauw wordt gedeeld.

De collectorstroom hangt af van het feit dat er een basisstroom vloeit, en de transistor is zo ontworpen dat een kleine stroom in de BE-diode de manier voor een veel grotere stroom in de CB-kruising. We hebben dus huidige versterking. Door spanningsvallen over externe weerstanden te gebruiken, kan dit worden omgezet in spanningsversterking.

Deze transistors worden "bipolair" genoemd omdat ze in feite twee knooppunten hebben.

Ik heb zorgvuldig vermeden om het type materiaal in de CB- en BE-diodes te noemen, de ideeën zijn hetzelfde voor beide en we kunnen NPN of PNP als mogelijke lagen hebben. De pijl op de emitter in het symbool, dat de richting aangeeft van de conventionele collectorstroom (het tegenovergestelde van elektronenstroom), wijst in de richting van de negatieve kant van de aangelegde CE-spanning, dus de stroom is 'uit P of in N bij de zender ".

VELDEFFECT TRANSISTORS, of FET's

Er zijn veel verschillende ontwerpen van FET, en dit is een zeer simplistische kijk naar hun basisprincipe.

Dit zijn "unipolaire" transistors, hoewel de term niet vaak wordt gebruikt, omdat hun werking alleen afhangt van elektronen en elektrische velden, niet van gaten.

Hier we hebben een enkel blok gedoteerd silicium, het "kanaal", met brokken van het tegenovergestelde type aan de zijkanten, of als een omringende ring. We hebben dus maar één diodeovergang, de zogenaamde Gate G, tussen de klonten of ring en het kanaal. Het kanaal fungeert als een weerstand, waarbij de stroom van het ene uiteinde, de bron S, naar het andere uiteinde loopt, de afvoer D. De overgang tussen poort en kanaal heeft een omgekeerde voorspanning, dus er vloeit geen stroom, maar er is een elektrisch veld opgezet dat trekt ladingen, elektronen of gaten naar de zijkanten van het kanaal, waardoor er minder beschikbaar is voor de SD-stroom. Dus we hebben de SD-stroom geregeld door de spanning op de poort.

Merk op dat dit een spanningsgestuurd apparaat is, er loopt vrijwel geen stroom in of uit de poort. Denk aan de wet van Ohm: weerstand = volt / ampère, en we zien dat een zeer lage stroom een ​​zeer hoge weerstand betekent, dus de FET zou een zeer hoge ingangsimpedantie hebben - het belangrijkste voordeel ten opzichte van bipolair, waar, door Daarentegen is er weinig spanning nodig om de stroom door de basis te sturen, waardoor deze een lage ingangsimpedantie heeft