Điện tử cơ bản - Bóng bán dẫn

Sau khi có kiến thức tốt về hoạt động của diode, đó là một điểm nối PN đơn, chúng ta hãy thử kết nối hai điểm nối PN tạo thành một thành phần mới được gọi là Transistor. ATransistor là một thiết bị bán dẫn ba đầu cuối điều chỉnh dòng điện hoặc dòng điện áp và hoạt động như một công tắc hoặc cổng cho tín hiệu.

Tại sao chúng ta cần bóng bán dẫn?

Giả sử rằng bạn có một bộ thu FM lấy tín hiệu bạn muốn. Tín hiệu nhận được rõ ràng sẽ yếu do những nhiễu động mà nó phải đối mặt trong quá trình di chuyển. Bây giờ nếu tín hiệu này được đọc như nó vốn có, bạn không thể có được đầu ra công bằng. Do đó chúng ta cần khuếch đại tín hiệu.Amplification nghĩa là tăng cường độ tín hiệu.

Đây chỉ là một ví dụ. Khuếch đại là cần thiết ở bất kỳ nơi nào cần tăng cường độ tín hiệu. Điều này được thực hiện bởi một bóng bán dẫn. Một bóng bán dẫn cũng hoạt động như mộtswitchđể chọn giữa các tùy chọn có sẵn. Nó cũngregulates sự đến current and voltage của các tín hiệu.

Chi tiết cấu tạo của một bóng bán dẫn

Transistor là một thiết bị trạng thái rắn ba đầu cuối được hình thành bằng cách kết nối hai điốt ngược lại với nhau. Do đó nó đã cótwo PN junctions. Ba thiết bị đầu cuối được rút ra từ ba vật liệu bán dẫn có trong nó. Loại kết nối này cung cấp hai loại bóng bán dẫn. họ đangPNP và NPN có nghĩa là vật liệu loại N nằm giữa hai loại và loại kia là vật liệu loại P giữa hai loại N.

Cấu tạo của các bóng bán dẫn như trong hình sau giải thích ý tưởng đã thảo luận ở trên.

Ba thiết bị đầu cuối được rút ra từ bóng bán dẫn chỉ ra các đầu cuối Emitter, Base và Collector. Chúng có chức năng như được thảo luận bên dưới.

Máy phát

Phía bên trái của cấu trúc được hiển thị ở trên có thể được hiểu là Emitter.
Điều này có một moderate size và là heavily doped vì chức năng chính của nó là supply một số majority carriers, tức là electron hoặc lỗ trống.
Khi nó phát ra các electron, nó được gọi là Emitter.
Điều này được chỉ ra đơn giản bằng chữ cái E.

Căn cứ

Vật liệu ở giữa trong hình trên là Base.
Đây là thin và lightly doped.
Chức năng chính của nó là pass phần lớn các sóng mang từ bộ phát đến bộ thu.
Điều này được biểu thị bằng chữ cái B.

Người sưu tầm

Vật liệu bên phải trong hình trên có thể được hiểu là Collector.
Tên của nó ngụ ý chức năng của nó collecting the carriers.
Đây là a bit largervề kích thước so với emitter và base. Nó làmoderately doped.
Điều này được biểu thị bằng chữ cái C.

Các ký hiệu của bóng bán dẫn PNP và NPN như hình dưới đây.

Các arrow-head trong các hình trên chỉ ra emittercủa một bóng bán dẫn. Vì bộ thu của bóng bán dẫn phải tiêu tán công suất lớn hơn nhiều, nên nó được làm lớn. Do các chức năng cụ thể của bộ phát và bộ thu, chúngnot interchangeable. Do đó, các thiết bị đầu cuối luôn được ghi nhớ khi sử dụng bóng bán dẫn.

Trong một bóng bán dẫn thực tế, có một vết khía gần dây dẫn phát để xác định. Các bóng bán dẫn PNP và NPN có thể được phân biệt bằng cách sử dụng Đồng hồ vạn năng. Hình sau đây cho thấy các bóng bán dẫn thực tế khác nhau như thế nào.

Cho đến nay chúng ta đã thảo luận về các chi tiết cấu tạo của một bóng bán dẫn, nhưng để hiểu hoạt động của bóng bán dẫn, trước tiên chúng ta cần biết về xu hướng.

Xu hướng bóng bán dẫn

Như chúng ta biết rằng bóng bán dẫn là sự kết hợp của hai điốt, chúng ta có hai điểm nối ở đây. Vì một điểm nối giữa bộ phát và đế, nên được gọi làEmitter-Base junction và tương tự, cái khác là Collector-Base junction.

Biasinglà điều khiển hoạt động của mạch bằng cách cung cấp nguồn điện. Chức năng của cả hai điểm nối PN được điều khiển bằng cách cung cấp phân cực cho mạch thông qua một số nguồn cung cấp một chiều. Hình dưới đây cho thấy một bóng bán dẫn được phân cực như thế nào.

Khi nhìn vào hình trên, có thể hiểu rằng

Vật liệu loại N được cung cấp nguồn âm và vật liệu loại P được cung cấp nguồn dương để tạo mạch Forward bias.
Vật liệu loại N được cung cấp nguồn dương và vật liệu loại P được cung cấp nguồn âm để tạo mạch Reverse bias.

Bằng cách áp dụng sức mạnh, emitter base junction luôn luôn forward biasedvì điện trở của máy phát rất nhỏ. Cáccollector base junction Là reverse biasedvà sức đề kháng của nó cao hơn một chút. Một phân cực thuận nhỏ là đủ ở đường giao nhau của bộ phát trong khi phân cực ngược cao phải được áp dụng ở đường giao nhau của bộ thu.

Chiều của dòng điện được chỉ ra trong các mạch ở trên, còn được gọi là Conventional Current, là chuyển động của dòng điện lỗ trống là opposite to the electron current.

Hoạt động Transistor PNP

Hoạt động của bóng bán dẫn PNP có thể được giải thích bằng cách nhìn vào hình sau, trong đó mối nối cơ sở phát được phân cực thuận và mối nối cơ sở thu được phân cực ngược.

Điện áp V_EEcung cấp một điện thế dương tại bộ phát, đẩy lùi các lỗ trên vật liệu loại P và các lỗ này băng qua đường giao nhau của bộ phát-đế, để đến vùng cơ sở. Có một tỷ lệ rất thấp các lỗ trống tái kết hợp với các điện tử tự do của vùng N. Điều này cung cấp dòng điện rất thấp tạo thành dòng điện cơ bảnI_B. Các lỗ còn lại băng qua đường giao nhau của bộ thu - đế, để tạo thành dòng điện của bộ thuI_C, là dòng điện lỗ.

Khi một lỗ trống đi tới cực thu, một điện tử từ cực âm của pin sẽ lấp đầy không gian trong bộ thu. Dòng này tăng từ từ và dòng điện thiểu số điện tử chạy qua bộ phát, nơi mỗi điện tử đi vào cực dương củaV_EE, được thay thế bằng một lỗ bằng cách di chuyển về phía đường giao nhau của bộ phát. Điều này tạo thành hiện tại phátI_E.

Do đó chúng ta có thể hiểu rằng -

Sự dẫn truyền trong bóng bán dẫn PNP diễn ra qua các lỗ.
Dòng thu nhỏ hơn một chút so với dòng phát.
Việc tăng hoặc giảm dòng phát ảnh hưởng đến dòng thu.

Hoạt động Transistor NPN

Hoạt động của bóng bán dẫn NPN có thể được giải thích bằng cách quan sát hình sau, trong đó mối nối cơ sở phát được phân cực thuận và mối nối cơ sở thu được phân cực ngược.

Điện áp V_EEcung cấp một điện thế âm tại bộ phát đẩy các điện tử trong vật liệu loại N và các điện tử này vượt qua đường giao nhau của chất phát-gốc, để đến vùng cơ sở. Có một tỷ lệ rất thấp các điện tử tái kết hợp với các lỗ trống tự do của vùng P. Điều này cung cấp dòng điện rất thấp tạo thành dòng điện cơ bảnI_B. Các lỗ còn lại băng qua đường giao nhau của bộ thu-đế, để tạo thành dòng điện cực thuI_C.

Khi một điện tử vươn ra khỏi cực thu và đi vào cực dương của pin, một điện tử từ cực âm của pin V_EEvào vùng phát. Dòng này tăng từ từ và dòng điện tử chạy qua bóng bán dẫn.

Do đó chúng ta có thể hiểu rằng -

Sự dẫn điện trong bóng bán dẫn NPN diễn ra thông qua các điện tử.
Dòng thu cao hơn dòng phát.
Việc tăng hoặc giảm dòng phát ảnh hưởng đến dòng thu.

Ưu điểm

Có nhiều ưu điểm của bóng bán dẫn như -

Tăng điện áp cao.
Điện áp cung cấp thấp hơn là đủ.
Thích hợp nhất cho các ứng dụng công suất thấp.
Nhỏ hơn và trọng lượng nhẹ hơn.
Cơ học mạnh hơn ống chân không.
Không cần gia nhiệt bên ngoài như ống chân không.
Rất thích hợp để tích hợp với điện trở và điốt để sản xuất IC.

Có một số nhược điểm như chúng không thể được sử dụng cho các ứng dụng công suất cao do tiêu hao công suất thấp hơn. Chúng có trở kháng đầu vào thấp hơn và chúng phụ thuộc vào nhiệt độ.