Когда электроны протекают через диодный переход с прямым смещением, такой как переход транзистора между базой и эмиттером, им фактически требуется ненулевое время для рекомбинации с отверстиями на стороне P и нейтрализации.
В NPN-транзисторе базовая область P-типа сконструирована таким образом, чтобы быть настолько узкой, что большинство электронов фактически проходит весь путь через нее до того, как произойдет эта рекомбинация. Как только они достигают области истощения в обратном смещенном контакте база-коллектор, который имеет сильное электрическое поле, они быстро сметаются с базовой области, создавая ток коллектора.
Общий ток через соединение база-эмиттер контролируется напряжением база-эмиттер, которое не зависит от напряжения коллектора. Это описывается знаменитым уравнением Эберса-Молла . Если коллектор имеет разомкнутую цепь, весь этот ток выходит из базового соединения. Но до тех пор, пока на соединении коллектор-база имеется хотя бы небольшое положительное смещение, большая часть тока отводится на коллектор, и от основания остается только небольшая часть.
В транзисторе с высоким коэффициентом усиления менее 1% электронов фактически рекомбинируют в базовой области, где они остаются в качестве тока базового эмиттера, что означает, что ток коллектора может быть в 100 раз больше базового тока. Этот процесс оптимизирован благодаря тщательному контролю как геометрии трех областей, так и конкретных уровней легирования, используемых в каждой из них.
Пока транзистор смещен в этом режиме работы, незначительное изменение напряжения базы-эмиттера (и, соответственно, небольшое изменение тока базы-эмиттера) вызывает намного большее изменение тока коллектора-эмиттера. В зависимости от внешнего сопротивления, подключенного к коллектору, это также может привести к значительному изменению напряжения коллектора. Общая схема демонстрирует усиление мощности, потому что выходная мощность (ΔV C × ΔI C ) намного больше, чем входная мощность (ΔV B × ΔI B ). В зависимости от конкретной конфигурации схемы это усиление мощности может быть реализовано как усиление напряжения, усиление тока или их комбинация.
По сути, то же самое происходит в транзисторе PNP, но теперь вы должны думать о дырках (об отсутствии электрона) как о носителе положительного заряда, который дрейфует на всем пути через базу N-типа к коллектору.
Прочитайте и перечитайте отличный ответ Дэйва.
Тогда мысленно переверни то, что происходит ...
У вас имеется прямое смещение соединения база-эмиттер, а внешняя схема, соединенная с базой, требует тока Ib, который подается от электронов, излучаемых эмиттером.
Но когда электрон входит в базовую область, он сталкивается с сильным электрическим полем, притягивающим его к (положительному) коллектору. Большая часть (большая и довольно четко определенная пропорция) этих электронов теряется (из базового тока) и возникает как ток коллектора по причинам, хорошо объясненным в ответе Дейва. Таким образом, вместо эффективного усилителя, вы также можете рассматривать транзистор как безнадежно неэффективного поставщика тока базы!
С этой точки зрения базовая схема требует Ib, а эмиттер поставляет ее. Но в качестве побочного продукта гораздо больший ток (Ic = 100Ib) «теряется» для коллектора. Что, конечно, то, чего мы действительно хотим.
РЕДАКТИРОВАТЬ: комментарий: В конечном счете (большинство, скажем, 99%) электроны из эмиттера попадают в область коллектора.
В конечном итоге ток коллектора должен быть (немного) меньше тока эмиттера источника питания.
Право на оба из них.
Какова цель?
1) Очень маленький базовый ток контролирует большой ток коллектора, а ток эмиттера является суммой этих двух.
2) Отношение Ic / Ib (hFE или коэффициент усиления по току) приблизительно не зависит от напряжения коллектора Vce (до тех пор, пока Vce не станет низким, скажем, <1 В). Это означает, что для подходящего выбора полного сопротивления в цепи коллектора небольшое изменение Ib может привести к значительному изменению Ic и значительному изменению Vce; отсюда происходит увеличение напряжения.
Таким образом, обычный усилитель с «общим эмиттером» имеет нагрузку в цепи коллектора и имеет как высокое усиление тока, так и усиление высокого напряжения.
источник
Вот как я это вижу, я надеюсь, что это добавит что-то полезное для обсуждения:
ПОЛУПРОВОДНИКИ, ДИОДЫ И ТРАНЗИСТОРЫ
ЭЛЕКТРОНЫ И ДЫРЫ
Давайте подумаем о ряду монет, выложенных в линию, соприкасающихся по столу. Переместите правый конец копейки на ширину в один пенни вправо, оставляя зазор. Затем продолжайте перемещать пенни слева от пробела в пространство. По мере продвижения все пенни сдвигаются вправо, а зазор перемещается по столу влево. Теперь представьте себе пенни как электроны, и вы можете увидеть, как электроны, движущиеся в одном направлении через полупроводник, заставляют дырки двигаться в противоположном направлении.
Чтобы растянуть аналогию, мы могли бы использовать маленькие кучки копеек, поэтому многие должны двигаться вправо, прежде чем дыра продвинется влево. Или у нас может быть несколько копеек и много места, чтобы дырки легко перемещались, когда разреженные копейки перемещались через широкие промежутки. Эти два случая моделируют две формы легированного кремния, много добавленных электронов, и мы имеем N-тип, много дырок (удаленные электроны) и P-тип. Типы достигаются путем смешивания (легирования) кремния с небольшими количествами других металлов.
Поскольку электронам приходится преодолевать атомы полупроводника, его удельное сопротивление относительно велико. В ранних полупроводниках использовался германий, но, за исключением особых случаев, в настоящее время кремний является универсальным выбором.
Медная проволока может быть визуализирована как имеющая большие кучи копеечных электронов, все близко друг к другу, поэтому ток - это движение нескольких копеек на верхушках свай, никаких отверстий вообще не возникает. С таким количеством доступных для тока удельное сопротивление, как мы знаем, низкое.
ДИОДЫ
Самый распространенный полупроводниковый диод (есть другие специализированные типы) имеет соединение между N-типом и P-типом. Если на диод подается напряжение, положительное на конце N-типа и отрицательное на другом, все электроны тянутся к положительному концу, оставляя отверстия на отрицательном конце. Если в середине практически нет электронов, ток почти не может течь. Диод с "обратным смещением"
Когда напряжение прикладывается другим способом, отрицательным к концу N-типа и положительным к P-типу, электроны притягиваются к середине и могут пересекаться, чтобы исключить отверстия в P-типе, и вытекать в соединительный провод. С другой стороны, отрицательное напряжение, конец, электроны отталкиваются в середину диода, чтобы заменить их затоплениями из провода, так что в целом ток может течь легко: диод смещен вперед.
Соединения с диодом называются «анодом», который является положительным концом, когда диод имеет прямое смещение, и «катодом», который является отрицательным концом. Я помню их по аналогии с теми же терминами для клапанов, которым необходимо высокое положительное напряжение (HT для «High Tension» - держите пальцы подальше) на аноде для протекания тока. Хорошей мнемоникой для полярности диода прямого смещения может быть PPNN: «Положительный, P-тип, N-тип, Отрицательный».
Варакторный диод использует тот факт, что две разделенные области заряда, положительная и отрицательная, образуют сырой конденсатор. Таким образом, специально разработанные диоды сделаны, чтобы использовать это, когда обратное смещение. Приложенное напряжение разъединяет заряды, образуя «обедненный слой» между контактами. Увеличение приложенного обратного напряжения делает этот слой более толстым, что снижает емкость, и наоборот. Варакторные диоды обычно используются в настроенных цепях для изменения частоты, заменяя лопастные конденсаторы, которые использовались во времена вентилей.
Биполярные транзисторы
Биполярный транзистор - это транзистор, работа которого зависит как от электронов, так и от дырок. Он состоит из двух диодов, имеющих общий центральный слой. Один из внешних выводов - это коллектор C, а другой - эмиттер E. Центральное соединение - это база B, и оно является частью диодов CB и BE. Итак, у нас есть трехслойный бутерброд. При нормальном использовании диод между C и B имеет обратное смещение, поэтому без присутствия диода BE и его эффекта ток не будет течь, потому что все электроны вытянуты до одного конца секции CB, а отверстия для другой конец, как в диоде, приложенным напряжением.
Диод BE имеет прямое смещение, поэтому ток может течь, и внешняя цепь настроена так, чтобы ограничить его достаточно малым значением, но все еще много дырок и электронов, протекающих через базу и эмиттер.
Теперь умный бит. Общее соединение диодов CB и BE на базе выполнено очень тонким, поэтому поток электронов и дырок в части BE заменяет те, которые снял напряжение обратного коллектора, и теперь через этот диод CB может течь ток. обратное направление, а затем через прямое смещение BE-соединения к эмиттеру и наружу во внешнюю цепь.
Я думаю, что очевидно, что вы не можете сделать транзистор, паяя два диода спина к спине, для этого требуется тесное разделение тонкого слоя внутри кремния.
Ток коллектора зависит от протекающего тока базы, а транзистор спроектирован таким образом, что небольшой ток в диоде BE открывает путь для гораздо большего тока в CB-переходе. Таким образом, мы имеем усиление тока. Используя падение напряжения на внешних резисторах, это можно преобразовать в усиление напряжения.
Эти транзисторы называются «биполярными», потому что они эффективно имеют два перехода.
Я тщательно избегал упоминания типа материала в диодах CB и BE, идеи одинаковы для обоих, и у нас могут быть NPN или PNP в качестве возможных слоев. Стрелка на эмиттере в символе, который показывает направление обычного тока коллектора (противоположного потоку электронов), указывает в направлении отрицательной стороны приложенного напряжения CE, поэтому ток «вне P или в N у эмитента ".
ПОЛЕЗНЫЕ ЭФФЕКТНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ, или FET
Существует множество различных конструкций FET, и это очень упрощенный взгляд на их основной принцип.
Это «униполярные» транзисторы, хотя этот термин используется не часто, поскольку их работа зависит только от электронов и электрических полей, а не от дырок.
Здесь у нас есть один блок из легированного кремния, «канал», с шишками противоположного типа по бокам или в виде окружающего кольца. Таким образом, у нас есть только один диодный переход, который называется Gate G, между шинами или кольцом и каналом. Канал действует как резистор с током, протекающим через один конец, источник S, к другому стоку D. Соединение между затвором и каналом имеет обратное смещение, поэтому ток не течет, но есть электрическое поле, которое настроено так, что тянет заряды, электроны или дыры к сторонам канала, оставляя менее доступным для тока SD. Таким образом, ток SD контролируется напряжением на затворе.
Обратите внимание, что это устройство, управляемое напряжением, практически не пропускает ток в затвор или из него Подумайте о законе Ома: сопротивление = вольт / ампер, и мы видим, что очень низкий ток означает очень высокое сопротивление, поэтому говорят, что FET имеет очень высокий входной импеданс - его главное преимущество перед Bi-Polar, где, по напротив, для передачи тока через базу требуется небольшое напряжение, что приводит к низкому входному сопротивлению
источник