دانش پایه و اصول کار ترانزیستور

ویژگی مشترک آن این است که دارای سه الکترود است که منشاء مخفف آن است.ترانزیستوربه طور کلی، فضای داخلی ترانزیستور ساختاری سه لایه است که از نیمه هادی های نوع P و نیمه هادی های نوع N تشکیل شده است که بر اساس ترتیب سلسله مراتبی به نوع NPN و نوع PNP تقسیم می شوند.
ساختار سه لایه فوق الذکر سه ناحیه از ترانزیستور. لایه نازکتر در وسط ناحیه پایه است و دو لایه دیگر هر دو نوع N یا P هستند. در این میان، لایه ای با اندازه نسبتا کوچک و غلظت حامل اکثریت نسبتاً بالا، ناحیه امیتر و لایه دیگر ناحیه کلکتور است. این ویژگی ساختاری درونی ترانزیستور شرایط داخلی برای ترانزیستور تا بتوانیم تقویت کنیم.
هر یک از سه ناحیه به سه الکترود منتهی می شود که عبارتند از پایه (b)، امیتر (e) و کلکتور (c).
همانطور که در شکل b نشان داده شده است، ساختار سه لایه می تواند دو اتصال PN را تشکیل دهد که به آنها پیوند امیتر و اتصال جمع کننده می گویند. جهت فلش در ترانزیستور نماد جهت اتصال امیتر را نشان می دهد.
دو اتصال PN با رسانایی یک جهته در ساختار داخلی وجود دارد ترانزیستور، بنابراین البته می توان از آن به عنوان یک عنصر سوئیچینگ استفاده کرد، اما در عین حال، ترانزیستور همچنین یک عنصر تقویت کننده است. این ظاهر آن است که باعث پیشرفت سریع فناوری الکترونیکی می شود.

2. اثر تقویت فعلی از ترانزیستور
منبع ولتاژ DC Vcc باید بزرگتر از Vbb باشد، به طوری که مدار شرایط خارجی تقویت را برآورده می کند: اتصال امیتر بایاس رو به جلو و کلکتور بایاس معکوس است. تغییر مقاومت قابل تنظیم Rb، جریان پایه IB، جریان کلکتور Ic و جریان امیتر IE همه تغییر خواهند کرد، و نتایج زیر را می توان از نتایج اندازه گیری گرفت:
(1) IE = IB + IC (طبق قضیه فعلی Kirchhoff)
(2) آی سی ≈ IB ×؟ (? ضریب تقویت جریان نامیده می شود، که می تواند قابلیت تقویت فعلی را مشخص کند ترانزیستور)
(3) △ IC ≈ △ IB ×؟
از مطالب فوق می توان دریافت که ترانزیستور یک دستگاه آنالوگ با تقویت جریان است.

3. اصل تقویت از ترانزیستور
موارد زیر از NPN استفاده می کنند ترانزیستور به عنوان مثالی برای نشان دادن قانون حرکت حامل داخلی و اصل تقویت فعلی،
1. انتشار الکترون ها از ناحیه امیتر به ناحیه پایه: از آنجایی که اتصال امیتر در بایاس رو به جلو است، اکثر حامل ها (الکترون های آزاد) در ناحیه امیتر به انتشار به ناحیه پایه ادامه می دهند و به طور مداوم الکترون ها را از توان پر می کنند. عرضه، تشکیل دهنده جریان IE.
2. انتشار و بازترکیب الکترون ها در ناحیه پایه: از آنجایی که ناحیه پایه بسیار نازک است، غلظت حامل اکثریت (حفره) بسیار کم است، بنابراین تنها بخش کوچکی از الکترون های منتشر شده از امیتر می توانند با حفره های سطح پایه دوباره ترکیب شوند. برای تشکیل جریان پایه IB نسبتا کوچک است و بیشتر الکترون های باقی مانده می توانند به لبه اتصال جمع کننده پخش شوند.
3. ناحیه کلکتور الکترون های منتشر شده از ناحیه امیتر را جمع آوری می کند: به دلیل بایاس معکوس اتصال کلکتور، الکترون هایی که از ناحیه امیتر به ناحیه پایه منتشر می شوند و به لبه ناحیه کلکتور می رسند می توانند به ناحیه کلکتور کشیده شوند. در نتیجه یک IC جریان کلکتور بزرگتر تشکیل می شود.

4. مشخصات ورودی و خروجی از ترانزیستور
مشخصه ورودی از ترانزیستور به منحنی رابطه بین جریان پایه IB و ولتاژ پایه-امیتر UBE زمانی که ولتاژ کلکتور-امیتر UCE ثابت است، اشاره دارد.
برای لوله های سیلیکونی، زمانی که UCE از 1 ولت بیشتر شود، اتصال جمع کننده به اندازه کافی بایاس معکوس رسیده است تا بیشتر الکترون های منتشر شده از ناحیه امیتر به ناحیه پایه را به ناحیه کلکتور بکشد. اگر UCE در این زمان افزایش یابد، تا زمانی که UBE بدون تغییر باقی بماند (تعداد الکترونهای ساطع شده از ناحیه انتشار به ناحیه پایه ثابت است)، IB اساساً بدون تغییر باقی میماند. یعنی وقتی UCE از 1 ولت تجاوز کند، منحنی های مشخصه ورودی اساساً منطبق می شوند.
از شکل می توان دریافت که مانند مشخصه ولت آمپر دیود، مشخصه ورودی دیود ترانزیستور همچنین دارای یک منطقه مرده است. تنها زمانی که UBE بزرگتر از ولتاژ منطقه مرده باشد، جریان پایه IB از ترانزیستور پدیدار خواهد شد. معمولاً ولتاژ منطقه مرده لوله سیلیکونی حدود 0.5 ولت و ولتاژ لوله ژرمانیوم حدود 0.1 ولت است. در شرایط کاری عادی، ولتاژ اتصال امیتر UBE لوله سیلیکونی NPN 0.6 تا 0.7 ولت و ولتاژ اتصال امیتر UBE لوله ژرمانیوم PNP 0.2- تا 0.3- ولت است.
مشخصه خروجی از ترانزیستور به منحنی رابطه بین آی سی جریان کلکتور و ولتاژ کلکتور-امیتر UCE زمانی که جریان پایه IB ثابت است اشاره دارد. تحت IB های مختلف، منحنی های مختلف را می توان به دست آورد، بنابراین ویژگی های خروجی از ترانزیستور مجموعه ای از منحنی ها هستند. معمولاً منحنی مشخصه خروجی به سه ناحیه کاری تقسیم می شود:
1. ناحیه بزرگ شدن: قسمت تقریباً افقی منحنی مشخصه خروجی ناحیه بزرگ شدن است. در ناحیه تقویت، IC = IB ×?، چون ضرایب تقویت جریان در IB های مختلف تقریباً برابر است، منطقه تقویت را ناحیه خطی نیز می نامند. برای ترانزیستور برای کار در ناحیه تقویت، اتصال امیتر باید در بایاس رو به جلو باشد و اتصال جمع کننده باید در بایاس معکوس باشد. برای لوله های سیلیکونی، UBE>0 و UBC<0 باید ساخته شود.
2. ناحیه برش: به ناحیه زیر منحنی IB = 0 ناحیه برش گفته می شود. در واقع، برای لوله سیلیکونی NPN، زمانی که UBE<0.5V شروع به قطع شدن می کند، اما برای اینکه ترانزیستور قطع قابل اعتماد، UBE≤0V اغلب استفاده می شود. در این زمان، هر دو اتصال امیتر و اتصال جمع کننده در بایاس معکوس هستند.
3. ناحیه اشباع: قسمت شیب دار منحنی مشخصه خروجی ناحیه اشباع است. در این زمان، تغییر IB تأثیر کمی بر IC دارد و ? از ناحیه تقویت دیگر برای ناحیه اشباع قابل استفاده نیست. در ناحیه اشباع، UCE