Grundlegende Funktionsweise eines Bipolartransistors
13
Ich habe mich sehr bemüht, das grundlegende Funktionsprinzip eines Transistors zu verstehen. Ich habe auf viele Bücher verwiesen und war in Foren, habe aber nie eine überzeugende Antwort erhalten.
Folgendes möchte ich verstehen:
Ein Transistor ähnelt einer in Sperrrichtung vorgespannten Diode, es sei denn, an der Basis liegt eine Spannung an. Da der Emitter-Base-Übergang in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, werden beispielsweise Elektronen (npn) geleitet. Was passiert dann? Trifft es zu, dass diese Elektronen von der Basis die Barriere des Kollektor-Basis-Übergangs durchbrechen und dann der kombinierte Strom zum Emitter fließt? (IB + IC = IE)
Und warum werden wir aktueller? Wo ist Verstärkung? Es kann nicht so sein, als ob man etwas aus dem Nichts erschafft. Ich weiß, dass mir hier ein entscheidender Punkt fehlt. Kann mich jemand mit einfachen Worten klar erklären?
Es ist eine Woche her, seit ich versuche, das zu verstehen. :(
Wenn Elektronen durch einen in Vorwärtsrichtung vorgespannten Diodenübergang fließen, wie beispielsweise den Basis-Emitter-Übergang eines Transistors, dauert es tatsächlich eine Zeit von ungleich Null, bis sie sich mit Löchern auf der P-Seite wieder vereinigen und neutralisiert sind.
In einem NPN-Transistor ist der Basisbereich vom P-Typ so eng aufgebaut, dass die meisten Elektronen tatsächlich den gesamten Weg durchlaufen, bevor diese Rekombination auftritt. Sobald sie den Verarmungsbereich des in Sperrrichtung vorgespannten Basis-Kollektor-Übergangs erreichen, über den sich ein starkes elektrisches Feld erstreckt, werden sie schnell vom Basisbereich weggespült, wodurch der Kollektorstrom erzeugt wird.
Der Gesamtstrom durch den Basis-Emitter-Übergang wird durch die Basis-Emitter-Spannung gesteuert, die von der Kollektorspannung unabhängig ist. Dies wird durch die berühmte Ebers-Moll-Gleichung beschrieben . Wenn der Kollektor im Leerlauf ist, fließt der gesamte Strom über den Basisanschluss. Solange jedoch mindestens eine geringe positive Vorspannung am Kollektor-Basis-Übergang vorliegt, wird der größte Teil des Stroms zum Kollektor umgeleitet und es bleibt nur ein kleiner Teil übrig, um aus der Basis herauszufließen.
In einem Transistor mit hoher Verstärkung rekombinieren tatsächlich weniger als 1% der Elektronen im Basisbereich, wo sie als Basis-Emitter-Strom verbleiben, was bedeutet, dass der Kollektorstrom das 100fache oder mehr des Basisstroms betragen kann. Dieser Prozess wird durch sorgfältige Kontrolle sowohl der Geometrie der drei Regionen als auch der jeweils verwendeten spezifischen Dotierungsniveaus optimiert.
Solange der Transistor in dieser Betriebsart vorgespannt ist, bewirkt eine kleine Änderung der Basis-Emitter-Spannung (und eine entsprechend kleine Änderung des Basis-Emitter-Stroms) eine viel größere Änderung des Kollektor-Emitter-Stroms. Abhängig von der an den Kollektor angeschlossenen externen Impedanz kann dies auch zu einer starken Änderung der Kollektorspannung führen. Die Gesamtschaltung weist eine Leistungsverstärkung auf, weil die Ausgangsleistung (ΔV C × ΔI C ) viel größer ist als die Eingangsleistung (ΔV B × & Dgr; I B ). Abhängig von der spezifischen Schaltungskonfiguration kann diese Leistungsverstärkung entweder als Spannungsverstärkung, Stromverstärkung oder eine Kombination aus beiden realisiert werden.
Im Wesentlichen passiert das Gleiche in einem PNP-Transistor, aber jetzt muss man sich die Löcher (das Fehlen eines Elektrons) als Träger einer positiven Ladung vorstellen, die den ganzen Weg durch die N-Basis zum Kollektor driftet.
In Ordung. Aufgrund der engen Basis und der kürzeren Zeit findet keine Rekombination statt. Und die Elektronen driften in den Kollektorbereich, der den Kollektorstrom bildet. Aber ich verstehe nicht, wo und warum in diesem ganzen Prozess Verstärkung ist. Da der Kollektorstrom nichts anderes als ein Teil des Stroms im vorwärts vorgespannten np-Übergang ist, der von der Basis zum Kollektor fließt, von wo aus wir mehr Strom oder Stromverstärkung erhalten? Warum und wie verursacht die Änderung des Basisstroms eine Änderung des Kollektorstroms? Bitte erkläre es mir!
Aditya Patil
5
Die Verstärkung erfolgt nicht im Transistor. Verstärkung ist ein Konzept, das sich auf die gesamte Schaltung bezieht, in der es sich befindet. Der Punkt ist, dass der Transistor eine Vorrichtung ist, die große Änderungen des Kollektorstroms aufgrund kleiner Änderungen des Basisstroms verursachen kann. Diese Tatsache kann verwendet werden, um Schaltungen mit Spannungsverstärkung, Stromverstärkung oder beidem zu erstellen. In jedem Fall ist die Signalausgangsleistung größer als die Signaleingangsleistung. Die zusätzliche Leistung am Ausgang kommt von der Stromversorgung der Schaltung.
Dave Tweed
Hallo. Ich habe die gesamte obige Diskussion gelesen, in der es um Gleichströme in Transistoren geht, wenn kein externes Eingangssignal anliegt. Nehmen wir nun an, ich lege ein paar mV Signal zwischen Basis-Emitter-Übergang an. Erklären Sie bitte, wie dieses einige mV Eingangssignal im Transistor verstärkt wird.
Yuvi
@yuvi: Nein, ohne den Kontext einer bestimmten Schaltung ist eine solche Erklärung nicht möglich. Außerdem ist EE.SE nicht der Ort für eine solche Diskussion, die ganze Bücher füllen kann (und tut).
Dave Tweed
@ DaveTweed, sorry für die Verzögerung. Vielen Dank für Ihre wundervolle Antwort.
Aditya Patil
4
Lesen Sie Daves ausgezeichnete Antwort und wiederholen Sie sie.
Dann kehre mental um, was los ist ...
Sie haben einen in Vorwärtsrichtung vorgespannten Basis-Emitter-Übergang, und externe Schaltkreise, die mit der Basis verbunden sind, erfordern einen Strom Ib, der von Elektronen geliefert wird, die vom Emitter stammen.
Wenn jedoch ein Elektron in die Basisregion eintritt, trifft es auf ein starkes elektrisches Feld, das es in Richtung des (positiven) Kollektors zieht. Die Mehrheit (ein großer und ziemlich gut definierter Anteil) dieser Elektronen geht verloren (aus dem Basisstrom) und tritt aus den in Daves Antwort so gut erklärten Gründen als Kollektorstrom auf. Anstelle eines effizienten Verstärkers könnte man den Transistor also auch als einen hoffnungslos ineffizienten Basisstromlieferanten betrachten!
Unter diesem Gesichtspunkt fordert die Basisschaltung Ib an und der Emitter liefert es. Als Nebenprodukt geht dem Kollektor jedoch ein viel größerer Strom (Ic = 100 Ib) "verloren". Was wir natürlich wirklich wollen.
EDIT re: comment: Letztendlich (die meisten, sagen wir 99%) gelangen die Elektronen vom Emitter in die Kollektorregion.
Letztendlich muss der Kollektorstrom (geringfügig) kleiner sein als der Versorgungsemitterstrom.
Recht auf diese beiden.
Was ist der Zweck?
1) Ein sehr kleiner Basisstrom steuert einen großen Kollektorstrom und der Emitterstrom ist die Summe dieser beiden.
2) Das Verhältnis Ic / Ib (hFE oder Stromverstärkung) ist ungefähr unabhängig von der Kollektorspannung Vce (bis Vce niedrig ist, beispielsweise <1 V). Dies bedeutet, dass für eine geeignete Wahl der Impedanz in der Kollektorschaltung eine kleine Änderung von Ib zu einer großen Änderung von Ic und einer großen Änderung von Vce führen kann; Hier kommt die Spannungsverstärkung her.
Der übliche "Common Emitter" -Verstärker hat also die Last in der Kollektorschaltung und hat sowohl eine hohe Stromverstärkung als auch eine hohe Spannungsverstärkung.
Vielen Dank, Brian. Ich denke, ich habe jetzt den tatsächlichen Prozess ganz verstanden. Die Definition der Verstärkung ist so verwirrend, dass ich dachte, dass ein interner Prozess tatsächlich mehr Ladungsträger in der Kollektorschaltung erzeugt. Ich habe jedoch noch einige Fragen. Letztendlich werden die vom Emitter emittierten Elektronen in die Kollektorregion gelangen? Was ist dann der Vorteil von all dem? Der Emitterstrom wird sich verzweigen und ein kleiner Teil davon ist Basisstrom und ein Großteil davon ist Kollektorstrom. Letztendlich muss der Kollektorstrom kleiner sein als der Versorgungsemitterstrom, oder?
Aditya Patil
Wenn dem so ist, was wird dann verstärkt? Können Sie mir ein Beispiel geben?
Aditya Patil
Richtig. Der Anteil des Emitterstroms, der den Kollektor erreicht, wird genanntαund ist in der Regel eine Zahl wie 0,99 oder mehr. Der Bruchteil des Emitterstroms, der tatsächlich aus der Basis kommt, ist1 - α, die 0,01 oder weniger sein würde. Das Verhältnis dieser beiden Ströme ist dasβoder Stromübertragungsverhältnis (Stromverstärkung) des Transistors. β= α1 - α= 99.
Dave Tweed
Was wird verstärkt? Basisstrom.
Brian Drummond
Hallo. Ich habe die gesamte obige Diskussion gelesen, in der es um Gleichströme in Transistoren geht, wenn kein externes Eingangssignal anliegt. Nehmen wir nun an, ich lege ein paar mV Signal zwischen Basis-Emitter-Übergang an. Erklären Sie bitte, wie dieses einige mV Eingangssignal im Transistor verstärkt wird.
Yuvi
0
So sehe ich es, ich hoffe, es fügt der Diskussion etwas Nützliches hinzu:
HALBLEITER, DIODEN UND TRANSISTOREN
Elektronen und Löcher
Stellen wir uns eine Reihe von Pfennigen vor, die in einer Reihe über einen Tisch verteilt sind und sich berühren. Bewegen Sie den rechten Endpfennig um einen Cent nach rechts und lassen Sie eine Lücke frei. Bewegen Sie dann den Cent weiter links von der Lücke in den Raum. Im weiteren Verlauf sind alle Pfennige nach rechts und die Lücke über den Tisch nach links verschoben. Stellen Sie sich die Pfennige nun als Elektronen vor, und Sie können sehen, wie Elektronen, die sich in eine Richtung über einen Halbleiter bewegen, Löcher in die entgegengesetzte Richtung bewegen.
Um die Analogie zu verdeutlichen, könnten wir kleine Stapel von Pfennigen verwenden, sodass sich eine Menge nach rechts bewegen muss, bevor sich ein Loch nach links bewegt. Oder wir könnten ein paar Pfennige und viel Platz haben, damit die Löcher leicht verlaufen, wenn die spärlichen Pfennige über die großen Lücken geschoben werden. Diese beiden Fälle modellieren die beiden Formen von dotiertem Silizium, viele hinzugefügte Elektronen und wir haben N-Typ, viele Löcher (Elektronen entfernt) und wir haben P-Typ. Die Typen werden durch Mischen (Dotieren) des Silikons mit kleinen Mengen anderer Metalle erreicht.
Da sich die Elektronen durch die Atome eines Halbleiters kämpfen müssen, ist sein spezifischer Widerstand relativ hoch. Frühe Halbleiter verwendeten Germanium, doch bis auf Sonderfälle ist Silizium heutzutage die universelle Wahl.
Kupferdraht weist große Stapel von Penny-Elektronen auf, die alle nahe beieinander liegen. Ein Strom ist also die Bewegung der wenigen Pennys auf den Pfahloberseiten. Es werden überhaupt keine Löcher erzeugt. Wie wir wissen, ist der spezifische Widerstand gering, da so viele für den Strom verfügbar sind.
DIODEN
Die üblichste Halbleiterdiode (es gibt andere spezialisierte Typen) hat einen Übergang zwischen dem N-Typ und dem P-Typ. Wenn eine Spannung an die Diode angelegt wird, die positiv zum N-Typ-Ende und negativ zum anderen ist, werden alle Elektronen zum positiven Ende gezogen, wobei Löcher am negativen Ende verbleiben. Da sich kaum Elektronen in der Mitte befinden, kann fast kein Strom fließen. Die Diode ist "verpolt"
Wenn die Spannung in die andere Richtung angelegt wird, negativ zum N-Typ-Ende und positiv zum P-Typ, werden Elektronen zur Mitte angezogen und können sich kreuzen, um die Löcher im P-Typ aufzulösen und in den zu fließen Verbindungskabel. Am anderen Ende der negativen Spannung werden Elektronen in die Mitte der Diode abgestoßen, um durch die vom Draht einfließenden Elektronen ersetzt zu werden, sodass insgesamt ein Strom leicht fließen kann: Die Diode ist in Durchlassrichtung vorgespannt.
Die Verbindungen zu einer Diode werden als "Anode" bezeichnet, die das positive Ende ist, wenn die Diode in Durchlassrichtung vorgespannt ist, und als "Kathode", die das negative Ende ist. Ich erinnere mich an diese analog zu den gleichen Begriffen für Ventile, die eine hohe positive Spannung (HT für "High Tension" - Finger weg) an der Anode benötigen, damit Strom fließt. Eine gute Mnemonik für die Polarität einer vorwärts vorgespannten Diode könnte PPNN sein: "Positiv, P-Typ, N-Typ, Negativ".
Eine Varaktordiode nutzt die Tatsache aus, dass zwei getrennte Ladungsbereiche, positiv und negativ, einen Rohkondensator bilden. Daher werden speziell entworfene Dioden hergestellt, um dies auszunutzen, wenn sie umgekehrt vorgespannt sind. Die angelegte Spannung zieht die Ladungen auseinander und bildet eine "Verarmungsschicht" zwischen den Kontakten. Durch Erhöhen der angelegten Sperrspannung wird diese Schicht dicker, wodurch die Kapazität verringert wird, und umgekehrt. Varaktordioden werden üblicherweise in abgestimmten Schaltkreisen verwendet, um die Frequenz zu variieren. Sie ersetzen die Kondensatoren mit Flügelzellen, die zu Zeiten von Ventilen verwendet wurden.
BIPOLARE TRANSISTOREN
Ein Bipolartransistor ist einer, dessen Betrieb sowohl von Elektronen als auch von Löchern abhängt. Es besteht aus zwei Dioden, die sich hintereinander eine gemeinsame zentrale Schicht teilen. Einer der äußeren Anschlüsse ist der Kollektor C und der andere der Emitter E. Der zentrale Anschluss ist die Basis B und ist Teil der CB- und BE-Diode. Also haben wir ein dreischichtiges Sandwich. Bei normaler Verwendung ist die Diode zwischen C und B in Sperrichtung vorgespannt, so dass ohne das Vorhandensein der BE-Diode und deren Wirkung kein Strom fließen würde, da alle Elektronen bis zu einem Ende des CB-Abschnitts und die Löcher bis gezogen werden das andere Ende, wie bei einer Diode, durch die anliegende Spannung.
Die BE-Diode ist in Durchlassrichtung vorgespannt, sodass ein Strom fließen kann, und der externe Stromkreis ist so eingerichtet, dass er diesen Wert auf einen relativ kleinen Wert begrenzt. Es fließen jedoch immer noch viele Löcher und Elektronen durch die Basis und den Emitter.
Nun das clevere Stück. Die gemeinsame Verbindung der CB- und BE-Dioden an der Basis ist sehr dünn ausgeführt, sodass die Flut von Elektronen und Löchern im BE-Teil diejenigen ersetzt, die die Sperrkollektorspannung weggezogen hat, und jetzt ein Strom durch diese CB-Diode fließen kann in umgekehrter Richtung und dann weiter durch den vorwärts vorgespannten BE-Übergang zum Emitter und hinaus in den externen Stromkreis.
Ich denke, es ist offensichtlich, dass Sie keinen Transistor herstellen können, indem Sie zwei Dioden hintereinander verlöten. Die Aktion erfordert das innige Teilen der dünnen Schicht im Inneren des Silikons.
Der Kollektorstrom hängt davon ab, ob ein Basisstrom fließt, und der Transistor ist so ausgelegt, dass ein kleiner Strom in der BE-Diode den Weg für einen viel größeren Strom im CB-Übergang frei macht. Somit haben wir eine Stromverstärkung. Durch Spannungsabfälle an externen Widerständen kann dies in eine Spannungsverstärkung umgewandelt werden.
Diese Transistoren werden "bipolar" genannt, weil sie effektiv zwei Übergänge haben.
Ich habe es sorgfältig vermieden, die Art des Materials in den CB- und BE-Dioden zu erwähnen, die Ideen sind für beide gleich, und wir können NPN oder PNP als mögliche Schichten haben. Der Pfeil auf dem Emitter im Symbol, der die Richtung des herkömmlichen Kollektorstroms (das Gegenteil des Elektronenflusses) anzeigt, zeigt in die Richtung der negativen Seite der angelegten CE-Spannung, sodass der Strom "außerhalb von P" ist oder in N am Emitter ".
FELDEFFEKTTRANSISTOREN oder FETs
Es gibt viele verschiedene FET-Designs, und dies ist eine sehr vereinfachte Betrachtung ihres Grundprinzips.
Dies sind "unipolare" Transistoren, obwohl der Begriff nicht oft verwendet wird, da ihre Funktionsweise nur von Elektronen und elektrischen Feldern abhängt, nicht von Löchern.
Hier haben wir einen einzelnen Block aus dotiertem Silizium, den "Kanal", mit Klumpen des entgegengesetzten Typs an den Seiten oder als umlaufenden Ring. Wir haben also nur einen Diodenübergang, der als Gate G bezeichnet wird, zwischen den Klumpen oder dem Ring und dem Kanal. Der Kanal wirkt als Widerstand, wobei der Strom von einem Ende über die Source S zum anderen über den Drain D fließt. Die Verbindung zwischen Gate und Kanal ist in Sperrrichtung vorgespannt, so dass kein Strom fließt, sondern ein elektrisches Feld aufgebaut wird Zieht Ladungen, Elektronen oder Löcher an die Seiten des Kanals und lässt weniger für den SD-Strom verfügbar. Somit haben wir den SD-Strom durch die Spannung am Gate gesteuert.
Beachten Sie, dass dies ein spannungsgesteuertes Gerät ist und praktisch kein Strom in oder aus dem Gate fließt. Denken Sie an das Ohmsche Gesetz: Widerstand = Volt / Ampere, und wir sehen, dass ein sehr niedriger Strom einen sehr hohen Widerstand bedeutet, so dass der FET eine sehr hohe Eingangsimpedanz haben soll - sein Hauptvorteil gegenüber Bipolar, womit Im Gegensatz dazu wird nur eine geringe Spannung benötigt, um den Strom durch die Basis zu leiten, was zu einer niedrigen Eingangsimpedanz führt
Lesen Sie Daves ausgezeichnete Antwort und wiederholen Sie sie.
Dann kehre mental um, was los ist ...
Sie haben einen in Vorwärtsrichtung vorgespannten Basis-Emitter-Übergang, und externe Schaltkreise, die mit der Basis verbunden sind, erfordern einen Strom Ib, der von Elektronen geliefert wird, die vom Emitter stammen.
Wenn jedoch ein Elektron in die Basisregion eintritt, trifft es auf ein starkes elektrisches Feld, das es in Richtung des (positiven) Kollektors zieht. Die Mehrheit (ein großer und ziemlich gut definierter Anteil) dieser Elektronen geht verloren (aus dem Basisstrom) und tritt aus den in Daves Antwort so gut erklärten Gründen als Kollektorstrom auf. Anstelle eines effizienten Verstärkers könnte man den Transistor also auch als einen hoffnungslos ineffizienten Basisstromlieferanten betrachten!
Unter diesem Gesichtspunkt fordert die Basisschaltung Ib an und der Emitter liefert es. Als Nebenprodukt geht dem Kollektor jedoch ein viel größerer Strom (Ic = 100 Ib) "verloren". Was wir natürlich wirklich wollen.
EDIT re: comment: Letztendlich (die meisten, sagen wir 99%) gelangen die Elektronen vom Emitter in die Kollektorregion.
Letztendlich muss der Kollektorstrom (geringfügig) kleiner sein als der Versorgungsemitterstrom.
Recht auf diese beiden.
Was ist der Zweck?
1) Ein sehr kleiner Basisstrom steuert einen großen Kollektorstrom und der Emitterstrom ist die Summe dieser beiden.
2) Das Verhältnis Ic / Ib (hFE oder Stromverstärkung) ist ungefähr unabhängig von der Kollektorspannung Vce (bis Vce niedrig ist, beispielsweise <1 V). Dies bedeutet, dass für eine geeignete Wahl der Impedanz in der Kollektorschaltung eine kleine Änderung von Ib zu einer großen Änderung von Ic und einer großen Änderung von Vce führen kann; Hier kommt die Spannungsverstärkung her.
Der übliche "Common Emitter" -Verstärker hat also die Last in der Kollektorschaltung und hat sowohl eine hohe Stromverstärkung als auch eine hohe Spannungsverstärkung.
quelle
So sehe ich es, ich hoffe, es fügt der Diskussion etwas Nützliches hinzu:
HALBLEITER, DIODEN UND TRANSISTOREN
Elektronen und Löcher
Stellen wir uns eine Reihe von Pfennigen vor, die in einer Reihe über einen Tisch verteilt sind und sich berühren. Bewegen Sie den rechten Endpfennig um einen Cent nach rechts und lassen Sie eine Lücke frei. Bewegen Sie dann den Cent weiter links von der Lücke in den Raum. Im weiteren Verlauf sind alle Pfennige nach rechts und die Lücke über den Tisch nach links verschoben. Stellen Sie sich die Pfennige nun als Elektronen vor, und Sie können sehen, wie Elektronen, die sich in eine Richtung über einen Halbleiter bewegen, Löcher in die entgegengesetzte Richtung bewegen.
Um die Analogie zu verdeutlichen, könnten wir kleine Stapel von Pfennigen verwenden, sodass sich eine Menge nach rechts bewegen muss, bevor sich ein Loch nach links bewegt. Oder wir könnten ein paar Pfennige und viel Platz haben, damit die Löcher leicht verlaufen, wenn die spärlichen Pfennige über die großen Lücken geschoben werden. Diese beiden Fälle modellieren die beiden Formen von dotiertem Silizium, viele hinzugefügte Elektronen und wir haben N-Typ, viele Löcher (Elektronen entfernt) und wir haben P-Typ. Die Typen werden durch Mischen (Dotieren) des Silikons mit kleinen Mengen anderer Metalle erreicht.
Da sich die Elektronen durch die Atome eines Halbleiters kämpfen müssen, ist sein spezifischer Widerstand relativ hoch. Frühe Halbleiter verwendeten Germanium, doch bis auf Sonderfälle ist Silizium heutzutage die universelle Wahl.
Kupferdraht weist große Stapel von Penny-Elektronen auf, die alle nahe beieinander liegen. Ein Strom ist also die Bewegung der wenigen Pennys auf den Pfahloberseiten. Es werden überhaupt keine Löcher erzeugt. Wie wir wissen, ist der spezifische Widerstand gering, da so viele für den Strom verfügbar sind.
DIODEN
Die üblichste Halbleiterdiode (es gibt andere spezialisierte Typen) hat einen Übergang zwischen dem N-Typ und dem P-Typ. Wenn eine Spannung an die Diode angelegt wird, die positiv zum N-Typ-Ende und negativ zum anderen ist, werden alle Elektronen zum positiven Ende gezogen, wobei Löcher am negativen Ende verbleiben. Da sich kaum Elektronen in der Mitte befinden, kann fast kein Strom fließen. Die Diode ist "verpolt"
Wenn die Spannung in die andere Richtung angelegt wird, negativ zum N-Typ-Ende und positiv zum P-Typ, werden Elektronen zur Mitte angezogen und können sich kreuzen, um die Löcher im P-Typ aufzulösen und in den zu fließen Verbindungskabel. Am anderen Ende der negativen Spannung werden Elektronen in die Mitte der Diode abgestoßen, um durch die vom Draht einfließenden Elektronen ersetzt zu werden, sodass insgesamt ein Strom leicht fließen kann: Die Diode ist in Durchlassrichtung vorgespannt.
Die Verbindungen zu einer Diode werden als "Anode" bezeichnet, die das positive Ende ist, wenn die Diode in Durchlassrichtung vorgespannt ist, und als "Kathode", die das negative Ende ist. Ich erinnere mich an diese analog zu den gleichen Begriffen für Ventile, die eine hohe positive Spannung (HT für "High Tension" - Finger weg) an der Anode benötigen, damit Strom fließt. Eine gute Mnemonik für die Polarität einer vorwärts vorgespannten Diode könnte PPNN sein: "Positiv, P-Typ, N-Typ, Negativ".
Eine Varaktordiode nutzt die Tatsache aus, dass zwei getrennte Ladungsbereiche, positiv und negativ, einen Rohkondensator bilden. Daher werden speziell entworfene Dioden hergestellt, um dies auszunutzen, wenn sie umgekehrt vorgespannt sind. Die angelegte Spannung zieht die Ladungen auseinander und bildet eine "Verarmungsschicht" zwischen den Kontakten. Durch Erhöhen der angelegten Sperrspannung wird diese Schicht dicker, wodurch die Kapazität verringert wird, und umgekehrt. Varaktordioden werden üblicherweise in abgestimmten Schaltkreisen verwendet, um die Frequenz zu variieren. Sie ersetzen die Kondensatoren mit Flügelzellen, die zu Zeiten von Ventilen verwendet wurden.
BIPOLARE TRANSISTOREN
Ein Bipolartransistor ist einer, dessen Betrieb sowohl von Elektronen als auch von Löchern abhängt. Es besteht aus zwei Dioden, die sich hintereinander eine gemeinsame zentrale Schicht teilen. Einer der äußeren Anschlüsse ist der Kollektor C und der andere der Emitter E. Der zentrale Anschluss ist die Basis B und ist Teil der CB- und BE-Diode. Also haben wir ein dreischichtiges Sandwich. Bei normaler Verwendung ist die Diode zwischen C und B in Sperrichtung vorgespannt, so dass ohne das Vorhandensein der BE-Diode und deren Wirkung kein Strom fließen würde, da alle Elektronen bis zu einem Ende des CB-Abschnitts und die Löcher bis gezogen werden das andere Ende, wie bei einer Diode, durch die anliegende Spannung.
Die BE-Diode ist in Durchlassrichtung vorgespannt, sodass ein Strom fließen kann, und der externe Stromkreis ist so eingerichtet, dass er diesen Wert auf einen relativ kleinen Wert begrenzt. Es fließen jedoch immer noch viele Löcher und Elektronen durch die Basis und den Emitter.
Nun das clevere Stück. Die gemeinsame Verbindung der CB- und BE-Dioden an der Basis ist sehr dünn ausgeführt, sodass die Flut von Elektronen und Löchern im BE-Teil diejenigen ersetzt, die die Sperrkollektorspannung weggezogen hat, und jetzt ein Strom durch diese CB-Diode fließen kann in umgekehrter Richtung und dann weiter durch den vorwärts vorgespannten BE-Übergang zum Emitter und hinaus in den externen Stromkreis.
Ich denke, es ist offensichtlich, dass Sie keinen Transistor herstellen können, indem Sie zwei Dioden hintereinander verlöten. Die Aktion erfordert das innige Teilen der dünnen Schicht im Inneren des Silikons.
Der Kollektorstrom hängt davon ab, ob ein Basisstrom fließt, und der Transistor ist so ausgelegt, dass ein kleiner Strom in der BE-Diode den Weg für einen viel größeren Strom im CB-Übergang frei macht. Somit haben wir eine Stromverstärkung. Durch Spannungsabfälle an externen Widerständen kann dies in eine Spannungsverstärkung umgewandelt werden.
Diese Transistoren werden "bipolar" genannt, weil sie effektiv zwei Übergänge haben.
Ich habe es sorgfältig vermieden, die Art des Materials in den CB- und BE-Dioden zu erwähnen, die Ideen sind für beide gleich, und wir können NPN oder PNP als mögliche Schichten haben. Der Pfeil auf dem Emitter im Symbol, der die Richtung des herkömmlichen Kollektorstroms (das Gegenteil des Elektronenflusses) anzeigt, zeigt in die Richtung der negativen Seite der angelegten CE-Spannung, sodass der Strom "außerhalb von P" ist oder in N am Emitter ".
FELDEFFEKTTRANSISTOREN oder FETs
Es gibt viele verschiedene FET-Designs, und dies ist eine sehr vereinfachte Betrachtung ihres Grundprinzips.
Dies sind "unipolare" Transistoren, obwohl der Begriff nicht oft verwendet wird, da ihre Funktionsweise nur von Elektronen und elektrischen Feldern abhängt, nicht von Löchern.
Hier haben wir einen einzelnen Block aus dotiertem Silizium, den "Kanal", mit Klumpen des entgegengesetzten Typs an den Seiten oder als umlaufenden Ring. Wir haben also nur einen Diodenübergang, der als Gate G bezeichnet wird, zwischen den Klumpen oder dem Ring und dem Kanal. Der Kanal wirkt als Widerstand, wobei der Strom von einem Ende über die Source S zum anderen über den Drain D fließt. Die Verbindung zwischen Gate und Kanal ist in Sperrrichtung vorgespannt, so dass kein Strom fließt, sondern ein elektrisches Feld aufgebaut wird Zieht Ladungen, Elektronen oder Löcher an die Seiten des Kanals und lässt weniger für den SD-Strom verfügbar. Somit haben wir den SD-Strom durch die Spannung am Gate gesteuert.
Beachten Sie, dass dies ein spannungsgesteuertes Gerät ist und praktisch kein Strom in oder aus dem Gate fließt. Denken Sie an das Ohmsche Gesetz: Widerstand = Volt / Ampere, und wir sehen, dass ein sehr niedriger Strom einen sehr hohen Widerstand bedeutet, so dass der FET eine sehr hohe Eingangsimpedanz haben soll - sein Hauptvorteil gegenüber Bipolar, womit Im Gegensatz dazu wird nur eine geringe Spannung benötigt, um den Strom durch die Basis zu leiten, was zu einer niedrigen Eingangsimpedanz führt
quelle