Elettronica di base - Transistor

Dopo aver avuto una buona conoscenza del funzionamento del diodo, che è una singola giunzione PN, proviamo a collegare due giunzioni PN che realizzano un nuovo componente chiamato Transistor. UNTransistor è un dispositivo semiconduttore a tre terminali che regola il flusso di corrente o tensione e funge da interruttore o porta per i segnali.

Perché abbiamo bisogno di transistor?

Supponiamo di avere un ricevitore FM che acquisisce il segnale desiderato. Il segnale ricevuto sarà ovviamente debole a causa dei disturbi che dovrebbe affrontare durante il suo viaggio. Ora, se questo segnale viene letto così com'è, non è possibile ottenere un output equo. Quindi dobbiamo amplificare il segnale.Amplification significa aumentare la potenza del segnale.

Questa è solo un'istanza. L'amplificazione è necessaria ovunque sia necessario aumentare la potenza del segnale. Questo viene fatto da un transistor. Un transistor funge anche daswitchper scegliere tra le opzioni disponibili. Ancheregulates l'arrivo current and voltage dei segnali.

Dettagli costruttivi di un transistor

Il transistor è un dispositivo a stato solido a tre terminali che si forma collegando due diodi schiena contro schiena. Quindi ha ottenutotwo PN junctions. Tre terminali vengono estratti dai tre materiali semiconduttori presenti in esso. Questo tipo di connessione offre due tipi di transistor. Loro sonoPNP e NPN il che significa che un materiale di tipo N tra due Ptypes e l'altro è un materiale di tipo P tra due N-type rispettivamente.

La costruzione dei transistor è come mostrato nella figura seguente che spiega l'idea discussa sopra.

I tre terminali prelevati dal transistor indicano i terminali Emettitore, Base e Collettore. Hanno le loro funzionalità come discusso di seguito.

Emettitore

Il lato sinistro della struttura mostrata sopra può essere inteso come Emitter.
Questo ha un moderate size ed è heavily doped poiché la sua funzione principale è quella di supply un numero di majority carriers, cioè elettroni o lacune.
Poiché emette elettroni, viene chiamato emettitore.
Questo è semplicemente indicato con la lettera E.

Base

Il materiale centrale nella figura sopra è il Base.
Questo è thin e lightly doped.
La sua funzione principale è quella di pass le portanti maggioritarie dall'emettitore al collettore.
Questo è indicato dalla lettera B.

Collettore

Il materiale del lato destro nella figura sopra può essere inteso come a Collector.
Il suo nome implica la sua funzione di collecting the carriers.
Questo è a bit largerdi dimensioni rispetto all'emettitore e alla base. Èmoderately doped.
Questo è indicato dalla lettera C.

I simboli dei transistor PNP e NPN sono come mostrato di seguito.

Il arrow-head nelle figure precedenti è indicato il emitterdi un transistor. Poiché il collettore di un transistor deve dissipare una potenza molto maggiore, viene ingrandito. A causa delle funzioni specifiche di emettitore e collettore, lo sononot interchangeable. Quindi i terminali devono essere sempre tenuti presenti durante l'utilizzo di un transistor.

In un pratico transistor, è presente una tacca vicino al cavo dell'emettitore per l'identificazione. I transistor PNP e NPN possono essere differenziati utilizzando un multimetro. La figura seguente mostra l'aspetto dei diversi transistor pratici.

Finora abbiamo discusso i dettagli costruttivi di un transistor, ma per capire il funzionamento di un transistor, dobbiamo prima conoscere il biasing.

Polarizzazione del transistor

Poiché sappiamo che un transistor è una combinazione di due diodi, qui abbiamo due giunzioni. Poiché una giunzione è tra l'emettitore e la base, viene chiamata comeEmitter-Base junction e allo stesso modo, l'altro è Collector-Base junction.

Biasingsta controllando il funzionamento del circuito fornendo alimentazione. La funzione di entrambe le giunzioni PN è controllata fornendo polarizzazione al circuito attraverso un'alimentazione cc. La figura seguente mostra come viene polarizzato un transistor.

Dando uno sguardo alla figura sopra, si capisce che

Al materiale di tipo N viene fornita alimentazione negativa e al materiale di tipo P viene fornita alimentazione positiva per realizzare il circuito Forward bias.
Al materiale di tipo N viene fornita alimentazione positiva e al materiale di tipo P viene fornita alimentazione negativa per realizzare il circuito Reverse bias.

Applicando la potenza, il emitter base junction è sempre forward biasedpoiché la resistenza dell'emettitore è molto piccola. Ilcollector base junction è reverse biasede la sua resistenza è un po 'più alta. Una piccola polarizzazione in avanti è sufficiente alla giunzione dell'emettitore mentre una polarizzazione inversa elevata deve essere applicata alla giunzione del collettore.

La direzione della corrente indicata nei circuiti sopra, chiamata anche Conventional Current, è il movimento della corrente del foro che è opposite to the electron current.

Transistor PNP di funzionamento

Il funzionamento di un transistor PNP può essere spiegato osservando la figura seguente, in cui la giunzione emettitore-base è polarizzata in avanti e la giunzione collettore-base è polarizzata inversamente.

La tensione V_EEfornisce un potenziale positivo all'emettitore che respinge i fori nel materiale di tipo P e questi fori attraversano la giunzione emettitore-base, per raggiungere la regione di base. Una percentuale molto bassa di lacune si ricombina con gli elettroni liberi della regione N. Ciò fornisce una corrente molto bassa che costituisce la corrente di baseI_B. I restanti fori attraversano la giunzione collettore-base, per costituire la corrente di collettoreI_C, che è la corrente del foro.

Quando un buco raggiunge il terminale del collettore, un elettrone dal terminale negativo della batteria riempie lo spazio nel collettore. Questo flusso aumenta lentamente e la corrente di minoranza elettronica scorre attraverso l'emettitore, dove ogni elettrone entra nel terminale positivo diV_EE, viene sostituito da un foro spostandosi verso la giunzione dell'emettitore. Ciò costituisce la corrente dell'emettitoreI_E.

Quindi possiamo capire che -

La conduzione in un transistor PNP avviene tramite fori.
La corrente del collettore è leggermente inferiore alla corrente dell'emettitore.
L'aumento o la diminuzione della corrente dell'emettitore influisce sulla corrente del collettore.

Transistor NPN di funzionamento

Il funzionamento di un transistor NPN può essere spiegato osservando la figura seguente, in cui la giunzione emettitore-base è polarizzata in avanti e la giunzione collettore-base è polarizzata inversamente.

La tensione V_EEfornisce un potenziale negativo all'emettitore che respinge gli elettroni nel materiale di tipo N e questi elettroni attraversano la giunzione emettitore-base, per raggiungere la regione di base. C'è una percentuale molto bassa di elettroni ricombina con buchi liberi della regione P. Ciò fornisce una corrente molto bassa che costituisce la corrente di baseI_B. I restanti fori attraversano la giunzione collettore-base, per costituire la corrente del collettoreI_C.

Quando un elettrone esce dal terminale del collettore ed entra nel terminale positivo della batteria, un elettrone dal terminale negativo della batteria V_EEentra nella regione dell'emettitore. Questo flusso aumenta lentamente e la corrente di elettroni scorre attraverso il transistor.

Quindi possiamo capire che -

La conduzione in un transistor NPN avviene tramite elettroni.
La corrente del collettore è superiore alla corrente dell'emettitore.
L'aumento o la diminuzione della corrente dell'emettitore influisce sulla corrente del collettore.

Vantaggi

Ci sono molti vantaggi di un transistor come:

Guadagno ad alta tensione.
È sufficiente una tensione di alimentazione inferiore.
Ideale per applicazioni a bassa potenza.
Più piccolo e leggero.
Meccanicamente più forte dei tubi a vuoto.
Nessun riscaldamento esterno richiesto come i tubi a vuoto.
Molto adatto per l'integrazione con resistori e diodi per produrre circuiti integrati.

Ci sono pochi svantaggi come non possono essere utilizzati per applicazioni ad alta potenza a causa della minore dissipazione di potenza. Hanno un'impedenza di ingresso inferiore e dipendono dalla temperatura.