Principi teorici
I transistor (di seguito denominati transistor) sono classificati in due tipi in base ai materiali: transistor al germanio e transistor al silicio. Ciascun tipo ha due forme strutturali: NPN e PNP. Tuttavia, i più comunemente usati sono i transistor NPN al silicio e PNP al germanio. (Dove N sta per carica negativa; i semiconduttori di tipo N- sono realizzati aggiungendo fosforo al silicio ad elevata-purezza per sostituire alcuni atomi di silicio, generando elettroni liberi per condurre l'elettricità sotto stimolazione di tensione. P sta per carica positiva; il boro viene aggiunto per sostituire il silicio, generando un gran numero di lacune per facilitare la conduzione.) A parte la differenza nella polarità dell'alimentazione, i loro principi di funzionamento sono gli stessi. Quanto segue introduce solo l'attuale principio di amplificazione dei transistor al silicio NPN.
Un transistor NPN è costituito da due semiconduttori di tipo N- che racchiudono un semiconduttore di tipo P-. La giunzione PN formata tra le regioni dell'emettitore e della base è chiamata giunzione dell'emettitore, mentre la giunzione PN formata tra le regioni del collettore e della base è chiamata giunzione del collettore. I tre conduttori sono chiamati emettitore (e), base (b) e collettore (c).
Quando il potenziale nel punto b è qualche decimo di volt superiore al potenziale nel punto e, la giunzione dell'emettitore è polarizzata direttamente. Al contrario, quando il potenziale nel punto C è di alcuni volt superiore al potenziale nel punto b, la giunzione del collettore è polarizzata inversamente. Pertanto l'alimentazione di collettore Ec deve essere maggiore dell'alimentazione di base Eb.
Nella produzione dei transistor, la concentrazione dei portatori maggioritari nella regione dell'emettitore è intenzionalmente maggiore di quella nella regione della base. Allo stesso tempo, la regione di base viene resa molto sottile e il contenuto di impurità viene rigorosamente controllato. Pertanto, una volta applicata l'alimentazione, a causa della polarizzazione diretta della giunzione dell'emettitore, i portatori maggioritari (elettroni) nella regione dell'emettitore e i portatori maggioritari (lacune) nella regione della base si diffondono facilmente tra loro attraverso la giunzione dell'emettitore. Tuttavia, poiché la concentrazione degli elettroni è significativamente maggiore di quella delle lacune, la corrente che attraversa la giunzione dell'emettitore è principalmente un flusso di elettroni; questo flusso di elettroni è chiamato corrente dell'elettrone emettitore.
Poiché la regione di base è molto sottile e, a causa della polarizzazione inversa della giunzione del collettore, la maggior parte degli elettroni iniettati nella regione di base attraversano la giunzione del collettore ed entrano nella regione del collettore, formando la corrente di collettore Icn. Solo un piccolo numero (1-10%) di elettroni si ricombina con le lacune nella regione di base. Le lacune perse nella ricombinazione vengono riempite dall'alimentatore di base Eb, formando così la corrente di base Ibn. Secondo il principio della continuità attuale:
Cioè=Ib + Ic
Ciò significa che aggiungendo una Ib molto piccola alla base, si può ottenere una Ic maggiore al collettore. Questo è il cosiddetto-effetto di amplificazione della corrente. Ic e Ib mantengono un certo rapporto proporzionale, ovvero:
1=Ic/Ib
Dove: 1 -- chiamato fattore di amplificazione CC,
Il rapporto tra la variazione della corrente di collettore ΔIc e la variazione della corrente di base ΔIb è:
= △Ic/△Ib In questa formula, è chiamato fattore di amplificazione della corrente CA. Poiché i valori di 1 e non differiscono significativamente alle basse frequenze, a volte non vengono distinti rigorosamente per comodità e il valore di varia da circa decine a oltre cento.
1=Ic/Ie (Ic e Ie sono le grandezze della corrente nel percorso CC)
In questa formula: 1 è anche chiamato fattore di amplificazione CC, generalmente utilizzato nei circuiti amplificatori di base-comuni, che descrive la relazione tra la corrente dell'emettitore e la corrente del collettore.
=△Ic/△Ie
In questa espressione, è il fattore di amplificazione della corrente di base comune AC-. Allo stesso modo, e 1 non sono significativamente diversi per ingressi di segnale piccoli.
Esiste la seguente relazione tra i due fattori di amplificazione che descrivono le relazioni attuali:
L'effetto di amplificazione di corrente di un transistor utilizza in realtà una piccola variazione nella corrente di base per controllare una variazione maggiore nella corrente del collettore.
Un transistor è un dispositivo di amplificazione di corrente, ma nelle applicazioni pratiche viene spesso utilizzato un resistore per convertire l'effetto di amplificazione di corrente del transistor in un effetto di amplificazione di tensione.
Principio di amplificazione
1. Emissione di elettroni dall'emettitore alla base
L'alimentazione Ub viene applicata alla giunzione dell'emettitore tramite il resistore Rb, polarizzando-direttamente la giunzione dell'emettitore. I portatori maggioritari (elettroni liberi) nella regione dell'emettitore attraversano continuamente la giunzione dell'emettitore nella regione della base, formando la corrente di emettitore Ie. Contemporaneamente, i portatori maggioritari nella regione di base si diffondono anche nella regione di emettitore. Tuttavia, poiché la concentrazione del portatore maggioritario è molto inferiore a quella della regione di emettitore, questa corrente può essere ignorata. Pertanto, la giunzione dell’emettitore può essere considerata principalmente un flusso di elettroni.
2. Diffusione e ricombinazione degli elettroni nella regione di base
Dopo essere entrati nella regione di base, gli elettroni si concentrano inizialmente vicino alla giunzione dell'emettitore, formando gradualmente un gradiente di concentrazione di elettroni. Sotto l'influenza di questo gradiente, il flusso di elettroni si diffonde dalla regione di base verso la giunzione del collettore, dove viene attirato nella regione del collettore dal campo elettrico della giunzione del collettore, formando la corrente di collettore Ic. Una piccola porzione di elettroni (a causa della regione di base sottile) si ricombina con le lacune nella regione di base. Il rapporto tra il flusso di elettroni diffuso e il flusso di elettroni di ricombinazione determina la capacità di amplificazione del transistor.
3. Raccolta degli elettroni nella regione dei collettori
A causa della grande tensione inversa applicata alla giunzione del collettore, il campo elettrico generato da questa tensione inversa impedirà agli elettroni di diffondere dalla regione del collettore alla regione di base. Allo stesso tempo, attirerà gli elettroni che si sono diffusi in prossimità della giunzione del collettore nella regione del collettore, formando così la corrente di collettore principale Icn. Inoltre, anche i portatori minoritari (lacune) nella regione del collettore si sposteranno verso la regione di base, formando una corrente di saturazione inversa, indicata con Icbo. Il suo valore è molto piccolo, ma è estremamente sensibile alla temperatura.
