Struktur & Karakteristik Transistor

Sebuah Transistor bipolar dasarnya terdiri dari sepasang Dioda PN Junction yang tergabung back-to-back. Ini membentuk semacam sandwich dimana satu jenis semikonduktor diletakkan Peralihan dua orang lain. Ada karena itu dua jenis sandwich Bipolar, varietas NPN dan PNP. Tiga lapisan sandwich secara konvensional disebut Kolektor, Base, dan Emitter. Alasan nama-nama ini akan menjadi jelas nanti setelah kita melihat bagaimana transistor bekerja.

Beberapa sifat dasar dipamerkan oleh Transistor bipolar adalah segera dikenali sebagai dioda-suka. Namun, ketika 'mengisi' dari sandwich cukup tipis beberapa efek yang menarik menjadi mungkin yang memungkinkan kita untuk menggunakan Transistor sebagai penguat atau saklar. Untuk melihat bagaimana Transistor bipolar karya kita dapat berkonsentrasi pada berbagai NPN.

Gambar 1 menunjukkan tingkat energi dalam transistor NPN ketika kita tidak eksternal menerapkan tegangan apapun. Kita bisa melihat bahwa pengaturan tampak seperti sepasang back-to-back dari sambungan PN Dioda dengan jenis-tipis P mengisi antara dua iris N-jenis 'roti'. Pada masing-masing lapisan konduksi tipe N dapat dilakukan oleh pergerakan elektron bebas pada pita konduksi. Pada tipe-P (mengisi) lapisan konduksi dapat terjadi oleh pergerakan bebas lubang pada pita valensi. Namun, tidak adanya medan listrik expernally diterapkan, kita menemukan bahwa penipisan zona bentuk di kedua PN-Persimpangan, sehingga biaya tidak ada yang mau berpindah dari satu lapisan yang lain.

Pertimbangkan sekarang apa yang terjadi ketika kita menerapkan tegangan moderat antara bagian Kolektor dan Base dari transistor. Polaritas tegangan yang diberikan dipilih untuk meningkatkan kekuatan menarik elektron N-jenis dan lubang P-jenis terpisah. (yaitu kita membuat Kolektor positif sehubungan dengan Base.) Ini memperluas zona penipisan antara Kolektor dan dasar sehingga tidak ada arus akan mengalir. Akibatnya kami telah reverse-berat sebelah dioda sambungan Base-Collector. Nilai yang tepat dari tegangan Base-Kolektor kita memilih tidak terlalu peduli dengan apa yang terjadi asalkan kita tidak membuat terlalu besar dan meledakkan transistor! Jadi demi contoh kita dapat membayangkan menerapkan tegangan 10 Volt Base-Kolektor.

Sekarang perhatikan apa yang terjadi ketika kita menerapkan tegangan Emitter-Base polaritas relatif kecil yang dirancang untuk meneruskan-bias sambungan Emitter-Base. Ini 'mendorong' elektron dari emitter ke wilayah Base dan membuat sebuah arus melintasi batas Emitter-Base. Setelah elektron telah berhasil masuk ke wilayah Base mereka dapat merespon dengan gaya yang menarik dari daerah Kolektor positif-berat sebelah. Sebagai hasilnya elektron yang masuk ke Base bergerak cepat menuju Kolektor dan menyeberang ke wilayah Kolektor. Oleh karena itu kami melihat arus emitter-Kolektor yang besarnya ditetapkan oleh tegangan Emitter-Base dipilih kami telah diterapkan. Untuk menjaga mengalir melalui transistor kita harus terus menempatkan 'segar' elektron ke emitor dan menghapus pendatang baru dari Kolektor. Oleh karena itu kami melihat eksternal arus yang mengalir dalam rangkaian.

Nilai yang tepat dari tegangan Emitter-Base dipilih tidak penting untuk argumen kita di sini, tapi itu tidak menentukan jumlah saat ini kita akan lihat. Demi contoh kita telah memilih satu setengah volt. Karena sambungan Emitter-Base adalah PN dioda kita dapat mengharapkan untuk melihat suatu saat ketika kita menerapkan

tegangan maju semacam ini ukuran. Dalam prakteknya dengan transistor bipolar dibuat dengan menggunakan silikon kita dapat berharap untuk memiliki untuk menggunakan tegangan Emitter-Base dalam rentang sekitar setengah volt hingga hampir satu volt. Tegangan yang lebih tinggi cenderung menghasilkan begitu banyak saat ini yang mereka dapat merusak transistor!

Perlu dicatat bahwa besarnya arus yang kita lihat adalah tidak benar-benar dipengaruhi oleh tegangan Base-Kolektor dipilih. Hal ini karena saat ini terutama ditentukan oleh betapa mudahnya bagi elektron untuk mendapatkan dari emitter ke wilayah Base. Sebagian besar (tapi tidak semua!) elektron yang masuk ke Base bergerak langsung pada ke Kolektor memberikan tegangan Kolektor positif cukup untuk menarik mereka keluar dari wilayah Base. Yang mengatakan, beberapa elektron mendapatkan 'hilang' dalam perjalanan di Base. Proses ini diilustrasikan pada Gambar 4

Beberapa elektron bebas persimpangan Base menemukan sebuah lubang dan 'drop ke dalamnya'. Akibatnya, kawasan Base kehilangan salah satu muatan positif nya (lubang) setiap kali ini terjadi. Jika kita tidak melakukan apa-apa tentang ini kita akan menemukan bahwa potensi Base akan menjadi lebih negatif (yaitu 'kurang positif' karena penghapusan lubang) sampai negatif cukup untuk mengusir setiap elektron lebih banyak dari persimpangan Emitter-Base persimpangan. Aliran saat kemudian akan berhenti.

Untuk mencegah hal ini terjadi kita menggunakan tegangan Emitter-Base diterapkan untuk menghapus elektron diambil dari Base dan mempertahankan jumlah lubang di dalamnya. Ini mempunyai efek keseluruhan yang kita lihat beberapa elektron yang masuk transistor melalui Emitter muncul lagi dari Base daripada Kolektor. Bagi sebagian besar Transistor bipolar praktis hanya sekitar 1% dari elektron bebas yang mencoba untuk menyeberang wilayah Base terjebak dalam cara ini. Oleh karena itu kami melihat Base Lancar, IB, yang biasanya sekitar seratus kali lebih kecil daripada Lancar Emitter, IE.

Dilihat dari 'luar' transistor kita dapat menggambarkan perilakutersebut dalam kaitannya dengan Keuntungan Lancar, Beta. Hal inididefinisikan dalam istilah rasio jumlah elektron yang mengelolauntuk menyeberang transistor untuk mereka yang tertangkap. Kita

sekarang dapat memperlakukan transistor sebagai penguat Lancarsejak kapan kita meletakkan 'dalam' (yaitu ke Base) suatu, arus IB,kita mendapatkan 'keluar' (yakni dari Emitter dan Kolektor) suatu,arus IC atau IB, yang jauh lebih besar dan yang nilainya kita dapatmengontrol dengan mengubah IB.

Hal ini membawa kita ke tampilan 'konvensional' dari Bipolar Transistor sebagaimana diwakili dalam buku-buku elektronik yang paling. Diagram di atas menunjukkan dua perubahan: Kami sekarang lihat potensi Kolektor ke Emitter (VCE) daripada ke Base, dan kami sekarang merupakan arus dalam istilah konvensional - lewat dari positif ke negatif. Karena tegangan Kolektor tepat tidak banyak berpengaruh pada arus, bergerak tempat kami referensi dari ini tidak terlalu penting dan pandangan baru yang lebih nyaman dalam praktek. Mengubah untuk konvensional (positif ke negatif) aliran arus memungkinkan kita untuk cocok dengan tampilan normal elektronik. Perhatikan juga bahwa, untuk kemudahan, kita biasanya bisa berasumsi bahwa nilai dari Kolektor dan arus emitter pada dasarnya identik karena mereka hanya berbeda dengan persen atau lebih.

Dengan mengingat bahwa Base-Emitter adalah dioda junction baissed maju dan mengambil uraian diatas ke account kita dapat merumuskan dua 'aturan jempol' kasar untuk perilaku Transistor bipolar ketika menggunakannya sebagai amplifier, dll:

•Tegangan Base-Emitter, VBE akan selalu sekitar setengah voltseorang.•Arus, IE = IC = 100 × IB

Tak satu pun dari aturan ini adalah sepenuhnya benar dalam praktek (jadi jangan katakan apapun fisika solid-state tentang mereka!), tapi mereka memungkinkan kita untuk mendapatkan cara yang mengejutkan panjang dalam memahami, menganalisis, dan merancang rangkaian yang menggunakan Transistor Bipolar!

Kurva Transistor Bipolar

Dari penjelasan tentang bagaimana Bipolar Transistor bekerja, kita bisa mengharapkan karakteristik utama dari Transistor bipolar untuk menjadi nilai Keuntungan Lancar. Dalam prakteknya nilai ini tidak 'universal konstan', tapi tergantung pada berbagai faktor: misalnya suhu transistor, ukuran dan bentuk wilayah Base nya, cara itu berbagai bagian yang diolah untuk membuat mereka menjadi semikonduktor, dll

Ilustrasi di atas menunjukkan bagaimana, untuk transistor 'khas', yang kini Keuntungan bervariasi dengan tingkat Kolektor Lancar, IC. dari grafik ini kita dapat melihat bahwa proporsi elektron 'tertangkap' oleh sementara lubang mencoba menyeberangi wilayah Base tidak sedikit bervariasi tergantung pada tingkat saat ini. Perhatikan bahwa grafik tidak menunjukkan nilai beta transistor, itu

menunjukkan angka istimewa yang disebut keuntungan Kecil transistor Sinyal saat ini, HFE. Hal ini sama dengan nilai beta, tetapi didefinisikan dalam hal perubahan kecil pada tingkat saat ini. Parameter ini lebih berguna dari nilai beta ketika mempertimbangkan menggunakan transistor penguat sinyal di mana kita tertarik pada bagaimana perangkat menanggapi perubahan tegangan dan arus diterapkan.

Cara kedua kita dapat mencirikan perilaku Transistor bipolar adalah dengan berhubungan tegangan Base-Emitter, VBE, kita berlaku untuk arus Base, IB, menghasilkan. Seperti yang dapat Anda harapkan dari sifat dioda-seperti sambungan Base-Emitter tegangan ini / kurva karakteristik arus memiliki bentuk eksponensial seperti mirip dengan dioda PN Junction normal.

Seperti dengan kurva sebelumnya, grafik yang ditampilkan di sini hanya akan dianggap sebagai contoh yang 'khas' sebagai hasil yang tepat akan bervariasi sedikit dari perangkat ke perangkat dan dengan suhu, dll

Dalam situasi praktis yang paling kita dapat mengharapkan Kolektor Berlaku untuk hampir seluruhnya ditetapkan oleh tegangan Base-Emitter dipilih. Namun, hal ini hanya benar jika tegangan Base-Kolektor kita menerapkan adalah 'cukup

besar' untuk segera menarik ke Kolektor pun elektron bebas yang masuk wilayah Basis dari Emitter.

Plot kurva karakteristik di atas memberikan gambaran yang lebih lengkap dari apa yang bisa kita harapkan dari transistor Bipolar kerja. Setiap kurva menunjukkan bagaimana kolektor saat, IC, bervariasi dengan tegangan Collector-emitter, VCE, untuk suatu nilai tetap tertentu dari arus Base, IB. Jenis 'keluarga' kurva karakteristik adalah salah satu yang paling berguna ketika datang ke amplifier bangunan, dll, dengan menggunakan Transistor bipolar karena mengandung cukup banyak informasi rinci.

'cukup besar' Bila tingkat VCE yang digunakan adalah (biasanya di atas volt dua atau tiga, ditampilkan sebagai kawasan dengan warna biru) Kolektor mampu untuk menghilangkan elektron bebas dari Base hampir secepat mereka Emitter menyuntikkan mereka. Oleh karena itu kami mendapatkan arus yang ditetapkan oleh tegangan Base-Emitter dan melihat nilai keuntungan saat ini yang tidak mengubah sangat banyak jika kita berubah baik dasar saat ini atau potensial Kolektor diterapkan.

Namun, ketika kita mengurangi potensi Kolektor sehingga VCE kurang dari beberapa volt, kita menemukan bahwa itu tidak lagi dapat efisien menghilangkan elektron dari Base. Ini menghasilkan semacam efek 'hambatan' parsial di mana elektron bebas cenderung untuk menggantung tentang di wilayah Base. (krim berwarna wilayah) ini membuat wilayah Base tampak 'lebih negatif' untuk setiap elektron dalam Emitter dan cenderung mengurangi aliran arus keseluruhan melalui perangkat. Seperti kita menurunkan potensi Kolektor menjadi hampir sama dengan yang dari Base dan Emitter akhirnya berhenti menggambar elektron keluar dari perangkat dan arus Kolektor jatuh menuju nol.

Tegangan yang tepat di mana Kolektor berhenti menjadi 'kolektor elektron' yang efektif bergantung pada suhu dan rincian manufaktur dari transisor tersebut. Secara umum kita dapat berharap paling Transistor bipolar untuk bekerja efisien asalkan kita mengatur nilai VCE paling sedikit dua atau tiga volt - dan lebih lima volt atau lebih. Alat tersebut dapat digunakan sebagai penguat yang efektif. Tegangan yang lebih rendah dapat mencegah dari bekerja dengan benar.

Perhatikan bahwa grafik yang ditampilkan di halaman ini hanya dimaksudkan sebagai panduan umum. Beberapa transistor dapat bekerja dengan arus jauh lebih tinggi, atau memiliki keuntungan saat ini jauh lebih tinggi, dll Namun, pola umum perilaku semua Bipolars pada dasarnya sama seperti yang dijelaskan dalam halaman ini.

Satu-satunya hal penting lainnya kita sering harus ketahui adalah bahwa transistor PNP adalah semacam 'citra cermin' dari 'NPN'. Karena membalikkan peran elektron bebas dan lubang bekerja dengan cara yang sama, tetapi dengan tegangan dan arus terbalik. Jadi dalam diagram seperti yang ditunjukkan pada halaman ini, jika kita menggantikan transistor NPN dengan PNP kita hanya bisa membalikkan polaritas dari tegangan yang diterapkan dan arah panah saat ini dan mendapatkan hasil yang tepat!

Darimana nama-nama berasal…

Sekarang kita telah melihat bagaimana sebuah Transistor bipolar karya kita bisa mengerti mengapa tiga bagian memiliki nama-nama mereka telah diberikan. Sejauh transistor yang bersangkutan,

•yang Emitter 'memancarkan' elektron yang melewati melalui perangkat

•Kolektor 'mengumpulkan' mereka lagi setelah the've melewati Base

•... dan Base? ...

Nah, Base diberi bahwa nama dari cara awal Transistor bipolar dibuat. Ini dimulai dengan sepotong dasar semikonduktor dan 're-doped' lalu dua bit untuk menciptakan Emitter dan Kolektor. Hasil dari proses ini ditunjukkan dalam ilustrasi di atas. Dari gambar ini kita bisa melihat bahwa 'Base' diberi nama karena elektrik bagian dari sepotong besar bahan semikonduktor kami mulai dengan. Nama 'Base' mengingatkan pembuat transistor awal bahwa ini adalah mekanik dan elektronik titik awal dari proses manufaktur. Untuk membangun sebuah transistor NPN Anda mulai dengan segumpal bahan P-jenis dan kembali ganja dua bagian dekat satu sama lain untuk membuat mereka N-tipe. Untuk membangun sebuah transistor PNP Anda melakukannya sebaliknya. Hari-hari ini Bipolar Transistor adalah membuat banyak cara yang berbeda, sehingga nama 'Base' tidak lagi memberitahu kita banyak tentang bagaimana perangkat tertentu dibuat. Nama ini semacam warisan sejarah ...

Idealnya, Anda perlu untuk mendapatkan ketebalan daerah Basis dimodifikasi tepat. Terlalu tipis, dan Base dasarnya akan lenyap. Para Emitter dan Kolektor kemudian akan membentuk sepotong terus semikonduktor, sehingga arus akan

mengalir di antara mereka apapun potensi dasar. Terlalu tebal, dan elektron memasuki Base dari Emitter tidak akan memperhatikan Kolektor karena akan menjadi terlalu jauh. Jadi, saat ini semua akan antara emitter dan Base, dan tidak akan ada Emitter-Kolektor saat ini. Untuk alasan ini desain yang tepat dari transistor Bipolar jauh lebih kompleks daripada yang kita telah dijelaskan di sini, tapi masih bekerja dalam cara kita saksikan.