Basiskennis en werkingsprincipe van transistor

Het gemeenschappelijke kenmerk is dat het drie elektroden heeft, wat de oorsprong is van de afkorting "transistor". Over het algemeen is het interieur van de transistor is een drielaagse structuur bestaande uit halfgeleiders van het P-type en halfgeleiders van het N-type, die volgens de hiërarchische volgorde zijn onderverdeeld in NPN-type en PNP-type.
De bovengenoemde drielaagse structuur zijn de drie regio's van de transistor. De dunnere laag in het midden is het basisgebied en de andere twee lagen zijn zowel N-type als P-type. Daaronder bevindt zich de laag met een relatief kleine omvang en een relatief hoge meerderheidsdragerconcentratie. Het emittergebied en de andere laag is het collectorgebied. Dit interne structurele kenmerk van de transistor is de interne voorwaarde voor de transistor te kunnen versterken.
Elk van de drie gebieden leidt naar drie elektroden, namelijk basis (b), emitter (e) en collector (c).
Zoals weergegeven in figuur b kan de drielaagse structuur twee PN-overgangen vormen, die de emitterovergang en de collectorovergang worden genoemd. De richting van de pijl in de transistor Het symbool geeft de richting van de emitterovergang aan.
Er zijn twee PN-overgangen met unidirectionele geleidbaarheid in de interne structuur van de transistor, dus natuurlijk kan het als schakelelement worden gebruikt, maar tegelijkertijd is de transistor is ook een versterkend element. Het is zijn uiterlijk dat de snelle ontwikkeling van elektronische technologie bevordert.

2. Het huidige versterkingseffect van de transistor
De gelijkspanningsbron Vcc moet groter zijn dan Vbb, zodat het circuit voldoet aan de externe versterkingsvoorwaarden: de emitterovergang is voorwaarts voorgespannen en de collector is voorgespannen. Het veranderen van de instelbare weerstand Rb, de basisstroom IB, de collectorstroom Ic en de emitterstroom IE zullen allemaal veranderen, en uit de meetresultaten kunnen de volgende conclusies worden getrokken:
(1) IE = IB + IC (volgens de huidige stelling van Kirchhoff)
(2) IC ≈ IB ×? (? wordt de huidige versterkingsfactor genoemd, die het huidige versterkingsvermogen van de transistor)
(3) △ IC ≈ △ IB ×?
Uit het bovenstaande blijkt dat de transistor is een analoog apparaat met stroomversterking.

3. Versterkingsprincipe van transistor
Het volgende maakt gebruik van NPN transistor als voorbeeld om de wet op de interne dragerbeweging en het huidige versterkingsprincipe te illustreren,
1. Diffusie van elektronen van het emittergebied naar het basisgebied: Omdat de emitterovergang in voorwaartse richting is, blijft het merendeel van de dragers (vrije elektronen) in het emittergebied naar het basisgebied diffunderen en voortdurend elektronen aanvullen vanuit de stroomvoorziening voeding, waardoor de emitterstroom IE ontstaat.
2. Diffusie en recombinatie van elektronen in het basisgebied: Omdat het basisgebied erg dun is, is de concentratie van de meerderheidsdragers (gaten) erg laag, dus slechts een klein deel van de elektronen die door de emitter worden verspreid, kan recombineren met de gaten in het basisgebied te vormen De basisstroom IB is relatief klein en de meeste resterende elektronen kunnen naar de rand van de collectorovergang diffunderen.
3. Het collectorgebied verzamelt elektronen die vanuit het emittergebied worden verspreid: als gevolg van de omgekeerde bias van de collectorovergang kunnen elektronen die van het emittergebied naar het basisgebied diffunderen en de rand van het collectorgebied bereiken, in het collectorgebied worden getrokken, waardoor een grotere collectorstroom IC ontstaat.

4. Ingangs- en uitgangskarakteristieken van transistor
Het invoerkenmerk van de transistor verwijst naar de relatiecurve tussen de basisstroom IB en de basis-emitterspanning UBE wanneer de collector-emitterspanning UCE constant is.
Voor siliciumbuizen geldt dat wanneer UCE groter is dan 1V, de collectorovergang voldoende tegengestelde voorspanning heeft bereikt om de meeste elektronen die van het emittergebied naar het basisgebied zijn gediffundeerd naar het collectorgebied te trekken. Als UCE op dit moment wordt verhoogd, zal IB in principe onveranderd blijven, zolang UBE ongewijzigd blijft (het aantal elektronen dat wordt uitgezonden vanuit het emissiegebied naar het basisgebied constant). Dat wil zeggen dat wanneer UCE groter is dan 1V, de ingangskarakteristieken in principe samenvallen.
Uit de figuur blijkt dat, net als de volt-ampèrekarakteristiek van de diode, de ingangskarakteristiek van de transistor heeft ook een dode zone. Alleen als UBE groter is dan de dode zone-spanning, wordt de basisstroom IB van de transistor zal verschijnen. Gewoonlijk bedraagt de spanning in de dode zone van de siliciumbuis ongeveer 0.5 V, en die van de germaniumbuis ongeveer 0.1 V. Onder normale werkomstandigheden is de emitterovergangsspanning UBE van de NPN-siliciumbuis 0.6 tot 0.7 V, en de emitterovergangsspanning UBE van de PNP-germaniumbuis is -0.2 tot -0.3 V.
De uitgangskarakteristiek van de transistor verwijst naar de relatiecurve tussen de collectorstroom IC en de collector-emitterspanning UCE wanneer de basisstroom IB constant is. Onder verschillende IB's kunnen verschillende curven worden verkregen, zodat de uitgangskarakteristieken van de transistor zijn een reeks curven. Gewoonlijk is de uitgangskarakteristiek verdeeld in drie werkgebieden:
1. Vergrotingsgebied: Het vrijwel horizontale deel van de uitgangskarakteristiek is het vergrotingsgebied. In het versterkingsgebied, IC = IB ×?, omdat de huidige versterkingscoëfficiënten ongeveer gelijk zijn onder verschillende IB's, wordt het versterkingsgebied ook wel het lineaire gebied genoemd. Voor de transistor om in het versterkingsgebied te kunnen werken, moet de emitterovergang in voorwaartse voorspanning staan en de collectorovergang in tegengestelde richting. Voor siliciumbuizen moeten UBE>0 en UBC<0 worden gemaakt.
2. Afkapgebied: Het gebied onder de curve van IB = 0 wordt het afkapgebied genoemd. In feite begint de NPN-siliciumbuis, wanneer UBE <0.5V, af te snijden, maar om de transistor betrouwbaar afgesneden, wordt vaak UBE≤0V gebruikt. Op dit moment bevinden zowel de emitterovergang als de collectorovergang zich in tegengestelde richting.
3. Verzadigingsgebied: Het steile deel van de uitgangskarakteristiek is het verzadigingsgebied. Op dit moment heeft de verandering van IB weinig invloed op IC, en de ? van het versterkingsgebied is niet langer van toepassing op het verzadigingsgebied. In het verzadigingsgebied is UCE