Het apparaat en het werkingsprincipe van de transistor

Het praktische belang van de bipolaire transistor voor moderne elektronica en elektrotechniek kan niet genoeg worden benadrukt. Bipolaire transistors worden tegenwoordig overal gebruikt: om signalen op te wekken en te versterken, in elektrische omvormers, in ontvangers en zenders en op veel andere plaatsen, kan het heel lang worden vermeld.

Daarom zullen we in het kader van dit artikel niet ingaan op alle mogelijke toepassingsgebieden van bipolaire transistors, maar alleen kijken naar het apparaat en het algemene werkingsprincipe van dit prachtige halfgeleiderapparaat, dat vanaf de jaren vijftig de hele elektronica-industrie veranderde en sinds de jaren zeventig aanzienlijk bijgedragen tot de versnelling van de technische vooruitgang.

Een bipolaire transistor is een halfgeleiderapparaat met drie elektroden dat drie bases met variabele geleidbaarheid als basis bevat. Transistors zijn dus van het type NPN en PNP. Halfgeleidermaterialen waaruit transistors worden gemaakt, zijn voornamelijk: silicium, germanium, galliumarsenide en andere.

Silicium, germanium en andere stoffen zijn aanvankelijk diëlektrica, maar als je er onzuiverheden aan toevoegt, worden ze halfgeleiders. Toevoegingen aan silicium zoals fosfor (een elektronendonor) maken van silicium een ​​N-type halfgeleider, en als boor (een elektronenacceptor) aan silicium wordt toegevoegd, wordt het silicium een ​​P-type halfgeleider.

Dientengevolge hebben N-type halfgeleiders elektronengeleiding en hebben P-type halfgeleiders gatengeleiding. Zoals u begrijpt, wordt geleidbaarheid bepaald door het type actieve ladingsdragers.

Dus een drielaagse taart van P-type en N-type halfgeleiders is in wezen een bipolaire transistor. Aan elke laag zijn terminals bevestigd: Emitter, Collector en Base.

De basis is een geleidbaarheidsregelelektrode. De emitter is de bron van stroomdragers in het circuit. De collector is de plaats in de richting waarvan de stroomdragers onder invloed van de EMF die op het apparaat wordt toegepast, snel stromen.

De symbolen voor bipolaire NPN- en PNP-transistors zijn verschillend in de diagrammen. Deze aanduidingen weerspiegelen alleen het apparaat en het werkingsprincipe van de transistor in het elektrische circuit. De pijl wordt altijd getekend tussen de zender en de basis. De richting van de pijl is de richting van de stuurstroom die in het basisemittercircuit wordt gevoerd.

Dus in een NPN-transistor wijst de pijl van de basis naar de emitter, wat betekent dat in actieve modus elektronen van de emitter naar de collector zullen stromen, terwijl de stuurstroom van de basis naar de emitter moet worden geleid.

Bij een PNP-transistor is het net omgekeerd: de pijl wordt van de emitter naar de basis gestuurd, wat betekent dat in actieve modus de gaten van de emitter naar de collector snellen, terwijl de stuurstroom van de emitter naar de baseren.

Laten we eens kijken waarom dit gebeurt. Wanneer een constante positieve spanning wordt toegepast op de basis van een NPN-transistor (in het gebied van 0,7 volt) ten opzichte van zijn emitter, is de basis-emitter pn-overgang van deze NPN-transistor (zie afbeelding) voorwaarts voorgespannen en de potentiaalbarrière tussen de collectorovergang -basis en de basisemitter nemen af, nu kunnen elektronen erdoorheen bewegen onder invloed van de EMF in het collector-emittercircuit.

Bij voldoende basisstroom zal in deze schakeling een collector-emitterstroom ontstaan ​​die zich verzamelt met de basis-emitterstroom. De NPN-transistor gaat aan.

De relatie tussen de collectorstroom en de stuurstroom (basis) wordt de stroomversterking van de transistor genoemd. Deze parameter wordt gegeven in de transistordocumentatie en kan variëren van eenheden tot enkele honderden.

Wanneer een constante negatieve spanning wordt toegepast op de basis van een PNP-transistor (in het gebied van -0,7 volt) ten opzichte van zijn emitter, is de np-basis-emitterovergang van deze PNP-transistor voorwaarts voorgespannen en de potentiaalbarrière tussen de collector- basis en basisovergang -emitter neemt af, nu kunnen er gaten doorheen bewegen onder invloed van de EMF in het collector-emittercircuit.

Let op de polariteit van de voeding naar het collectorcircuit. Bij voldoende basisstroom zal in deze schakeling een collector-emitterstroom ontstaan ​​die zich verzamelt met de basis-emitterstroom. De PNP-transistor gaat aan.

Bipolaire transistors worden vaak gebruikt in verschillende apparaten in versterker, barrière of schakelaar.

In de boost-modus daalt de basisstroom nooit onder de houdstroom, waardoor de transistor te allen tijde in een open geleidende toestand blijft. In deze modus initiëren lage basisstroomoscillaties overeenkomstige oscillaties bij een veel hogere collectorstroom.

In de sleutelmodus schakelt de transistor van een gesloten naar een open toestand en fungeert als een snelle elektronische schakelaar. In de barrièremodus wordt, door de basisstroom te wijzigen, de belastingsstroom in het collectorcircuit geregeld.

Zie ook:Transistor elektronische schakelaar - werkingsprincipe en schema