트랜지스터의 기본 작동 원리를 이해하려고 열심히 노력했습니다. 많은 책을 언급하고 포럼을 방문했지만 설득력있는 답변을 얻지 못했습니다.
이해하고 싶은 것은 다음과 같습니다.
트랜지스터는 전압이베이스에인가되지 않는 한 역 바이어스 다이오드와 유사합니다. 이미 터-베이스 접합이 순방향 바이어스이기 때문에 전자 (npn)의 전도가 발생합니다. 그러면 어떻게됩니까? 베이스의 전자가 콜렉터-베이스 접합의 장벽을 뚫고 결합 된 전류가 이미 터로 전달되는 것이 사실입니까? (IB + IC = IE)
그리고 왜 우리가 더 많은 정보를 얻고 있습니까? 증폭은 어디에 있습니까? 아무것도 아닌 무언가를 만드는 것과 같을 수 없습니다. 나는 여기서 중요한 점을 놓치고 있다는 것을 안다. 누군가 간단한 용어로 명확하게 설명 할 수 있습니까?
나는 이것을 이해하려고 노력하고있는 주일이었다. :(
답변:
전자가 트랜지스터의베이스-이미 터 접합과 같은 순방향 바이어스 다이오드 접합을 통해 흐를 때, 실제로는 P 측의 홀과 재결합하여 중화되는 데 실제로는 0이 아닌 시간이 걸립니다.
NPN 트랜지스터에서, P 형베이스 영역은 이러한 재결합이 발생하기 전에 대부분의 전자가 실제로 그것을 통과 할 수 있도록 좁도록 구성된다. 일단 역전 된베이스-컬렉터 접합부의 공핍 영역에 도달하면 (전역에 강한 전기장을 가짐) 컬렉터 전류를 생성하여베이스 영역에서 빠르게 스윕됩니다.
베이스-이미 터 접합을 통한 총 전류는 콜렉터 전압과 무관 한베이스-이미 터 전압에 의해 제어됩니다. 이것은 유명한 Ebers-Moll 방정식으로 설명됩니다 . 콜렉터가 개방 회로 인 경우이 모든 전류가 기본 연결로 흘러갑니다. 그러나 컬렉터-베이스 접합에 최소한의 양의 바이어스가있는 한 대부분의 전류는 컬렉터로 전환되고베이스에서 흘러 나오는 작은 부분 만 남습니다.
고 이득 트랜지스터에서, 전자의 1 % 미만이 실제로베이스 영역에서 재결합하여베이스-이미 터 전류로 유지되는데, 이는 컬렉터 전류가베이스 전류의 100 배 이상일 수 있음을 의미한다. 이 프로세스는 3 개 영역의 지오메트리와 각 영역에 사용 된 특정 도핑 레벨을 세 심하게 제어하여 최적화됩니다.
트랜지스터가이 동작 모드에서 바이어스되는 한,베이스 이미 터 전압의 작은 변화 (및 이에 상응하는베이스 이미 터 전류의 작은 변화)는 컬렉터-이미 터 전류의 훨씬 더 큰 변화를 야기한다. 콜렉터에 연결된 외부 임피던스에 따라 콜렉터 전압이 크게 변할 수도 있습니다. 출력 전력 (ΔV C × ΔI C )이 입력 전력 (ΔV B × ΔI B ) 보다 훨씬 크기 때문에 전체 회로는 전력 이득을 나타냅니다 . 특정 회로 구성에 따라이 전력 이득은 전압 이득, 전류 이득 또는이 둘의 조합으로 실현 될 수 있습니다.
본질적으로 PNP 트랜지스터에서 똑같은 일이 발생하지만 이제는 구멍 (전자가 없음)을 N 형베이스를 통해 컬렉터로 드리프트하는 양전하의 캐리어라고 생각해야합니다.
Dave의 훌륭한 답변을 읽고 다시 읽습니다.
그런 다음 상황을 정신적으로 바꾼다.
순방향 바이어스 된베이스 이미 터 접합이 있고베이스에 연결된 외부 회로에는 전류 Ib가 필요하며이 Ib는 이미 터가 공급하는 전자에서 공급됩니다.
그러나 전자가베이스 영역에 들어가면 강한 전기장이 발생하여 (양의) 컬렉터쪽으로 끌어 당깁니다. Dave의 답변에서 잘 설명 된 이유로, 이들 전자의 대다수 (대규모로 정의 된 비율)는 (기저 전류에서) 손실되고 컬렉터 전류로 나타납니다. 따라서 효율적인 앰프 대신 트랜지스터를 절망적으로 비효율적 인베이스 전류 공급 업체로 볼 수 있습니다!
이러한 관점에서,베이스 회로는 Ib를 요구하고 이미 터가이를 공급한다. 그러나 부산물로서 훨씬 더 큰 전류 (Ic = 100Ib)가 수집기에 "손실"됩니다. 물론 우리가 정말로 원하는 것입니다.
편집 : 의견 : 궁극적으로 (대부분 99 %) 이미 터의 전자가 수집기 영역으로 들어갑니다.
궁극적으로 콜렉터 전류는 공급 이미 터 전류보다 (약간) 작아야합니다.
둘 다 맞습니다.
목적은 무엇입니까?
1) 매우 작은베이스 전류는 큰 콜렉터 전류를 제어하며 이미 터 전류는이 두 가지의 합입니다.
2) Ic / Ib 비율 (hFE 또는 전류 이득)은 컬렉터 전압 Vce와 거의 무관합니다 (Vce가 낮을 때까지, <1V). 이는 컬렉터 회로에서 적절한 임피던스 선택을 위해 Ib의 작은 변화가 Ic의 큰 변화와 Vce의 큰 변화를 초래할 수 있음을 의미합니다. 여기에서 전압 게인이 발생합니다.
따라서 일반적인 "공통 이미 터"증폭기는 컬렉터 회로에 부하가 있으며 높은 전류 이득과 높은 전압 이득을 모두 가지고 있습니다.
이것이 내가 보는 방식이므로 토론에 유용한 것을 추가하기를 바랍니다.
반도체, 다이오드 및 트랜지스터
전자와 구멍
줄을 서서 한 줄로 뻗어있는 페니 행을 생각해 봅시다. 오른쪽 끝 페니를 1 페니 너비만큼 오른쪽으로 움직이면 간격이 남습니다. 그런 다음 페니를 공간의 왼쪽으로 계속 움직입니다. 계속 진행하면서 모든 동전이 오른쪽으로 이동하고 간격이 테이블을 가로 질러 왼쪽으로 이동했습니다. 이제 동전을 전자로 묘사하면 전자가 반도체를 가로 질러 한 방향으로 움직이면서 구멍이 반대 방향으로 움직이는 방식을 알 수 있습니다.
비유를 늘리려면 작은 동전 더미를 사용할 수 있으므로 구멍이 왼쪽으로 움직이기 전에 많은 것을 움직여야합니다. 또는 작은 페니가 넓은 간격을 가로 질러 움직일 때 구멍이 쉽게 이동하도록 몇 개의 페니와 많은 공간을 확보 할 수 있습니다. 이 두 가지 사례는 두 가지 형태의 도핑 된 실리콘, 많은 전자가 추가되었으며 우리는 N 형, 많은 홀 (전자 제거) 및 P 형을 가지고 있습니다. 이 유형은 실리콘을 소량의 다른 금속과 혼합 (도핑)함으로써 달성됩니다.
전자가 반도체의 원자를 통해 고투해야하기 때문에, 저항은 비교적 높다. 초기 반도체는 게르마늄을 사용했지만 특수한 경우를 제외하고는 오늘날 실리콘이 보편적 인 선택입니다.
구리 와이어는 페니 전자의 큰 더미가 모두 서로 가까이있는 것으로 시각화 될 수 있으므로 전류는 더미의 상단에있는 몇 개의 동전의 움직임이며 구멍이 전혀 생성되지 않습니다. 우리가 알고 있듯이 전류에 사용할 수있는 많은 것들이 있기 때문에 저항은 낮습니다.
다이오드
가장 일반적인 반도체 다이오드 (다른 특수 유형이 있음)는 N 형과 P 형 사이에 접합부가 있습니다. 전압이 다이오드에인가되고, N 형 단부에 양의, 다른쪽에 음의 경우, 전자는 모두 양의 단부로 끌어 당겨 져서, 음극의 끝에 구멍이 남는다. 중간에 전자가 거의 없으므로 전류가 거의 흐르지 않습니다. 다이오드가 "역 바이어스 됨"
전압이 다른 방식으로 적용되면, N 형 종단에 음수이고 P 형에 양수이면 전자가 중간으로 끌어 당겨 P 형의 구멍을 제거하기 위해 교차 할 수 있습니다. 연결 와이어. 다른 한편으로, 음의 전압, 끝, 전자는 다이오드의 중간으로 반발되어 와이어에서 플러딩되는 것으로 대체되어 전반적인 전류가 쉽게 흐를 수 있습니다. 다이오드는 순방향 바이어스됩니다.
다이오드에 대한 연결은 다이오드가 순방향 바이어스 될 때 양의 끝인 "애노드"와 음의 끝인 "캐소드"라고합니다. 나는 전류가 흐르기 위해 양극에서 높은 양의 전압 ( "고 장력"의 경우 HT-손가락을 막으십시오)이 필요한 밸브와 동일한 용어와 유사하게 이것을 기억합니다. 순방향 바이어스 다이오드의 극성에 대한 좋은 니모닉은 PPNN : "Positive, P-type, N-type, Negative"입니다.
버 랙터 다이오드는 양과 음의 두 개의 분리 된 충전 영역이 조잡한 커패시터를 만든다는 사실을 이용합니다. 따라서 역 바이어스 된 경우 특수 설계된 다이오드를 사용하여이를 활용할 수 있습니다. 인가 된 전압은 전하를 분리하여 접점 사이에 "고갈 층"을 형성한다. 적용된 역 전압을 높이면이 층이 더 두껍게되어 용량이 줄어 듭니다. 버 랙터 다이오드는 일반적으로 튜닝 회로에서 주파수를 변경하여 밸브 시대에 사용 된 베인 커패시터를 대체하여 사용됩니다.
양극성 트랜지스터
바이폴라 트랜지스터는 작동이 전자와 정공에 의존하는 것입니다. 공통 중앙 레이어를 공유하는 두 개의 다이오드를 연속적으로 공유합니다. 외부 단자 중 하나는 수집기 C이고 다른 하나는 이미 터 E입니다. 중앙 연결은베이스 B이며 CB 및 BE 다이오드의 일부입니다. 그래서 우리는 3 층 샌드위치를 가지고 있습니다. 정상적인 사용에서 C와 B 사이의 다이오드는 역 바이어스되므로 BE 다이오드가 존재하지 않고 그 효과가 없으면 전류가 흐르지 않습니다. 모든 전자가 CB 섹션의 한쪽 끝으로 당겨지고 다이오드에서와 같이 다른 쪽 끝은인가 된 전압에 의해 이루어진다.
BE 다이오드는 순방향 바이어스되므로 전류가 흐를 수 있으며 외부 회로는이를 매우 작은 값으로 제한하도록 설정되어 있지만 여전히베이스와 이미 터를 통해 흐르는 많은 정공과 전자가 있습니다.
이제 영리한 비트입니다. 베이스에서 CB 및 BE 다이오드의 공통 연결은 매우 얇아서 BE 부분의 전자 및 정공 범람이 역 콜렉터 전압이 끌어온 것을 대체하고이 CB 다이오드를 통해 전류가 흐를 수 있습니다. 반대 방향으로 향한 다음 순방향 바이어스 된 BE 접합을 통해 이미 터와 외부 회로로 나옵니다.
나는 두 개의 다이오드를 연속적으로 납땜하여 트랜지스터를 만들 수 없다는 것이 분명하다고 생각합니다.이 작업을 위해서는 실리콘 내부의 얇은 층을 밀접하게 공유해야합니다.
콜렉터 전류는베이스 전류가 흐르는 것에 의존하며, 트랜지스터는 BE 다이오드의 작은 전류가 CB 접합에서 훨씬 더 큰 전류의 길을 열도록 설계되었습니다. 따라서 현재 증폭이 있습니다. 외부 저항에서 전압 강하를 사용하면 전압 증폭으로 변환 할 수 있습니다.
이 트랜지스터는 효과적으로 두 개의 접합을 갖기 때문에 "바이폴라"라고합니다.
CB 및 BE 다이오드의 재료 유형은 언급하지 않았으며 아이디어는 둘 다 동일하며 NPN 또는 PNP를 가능한 레이어로 사용할 수 있습니다. 이미 터의 화살표는 기존 수집기 전류의 방향 (전자 흐름의 반대 방향)을 나타내는 화살표가 적용된 CE 전압의 음의 방향을 가리 키므로 전류는 "P에서 벗어남" 또는 이미 터에서 N으로 "
전계 효과 트랜지스터 또는 FET
다양한 FET 디자인이 있으며 이는 기본 원리를 매우 단순하게 보여줍니다.
이들의 동작은 정공이 아닌 전자와 전기장에만 의존하기 때문에이 용어는 자주 사용되지는 않지만 "단 극성"트랜지스터입니다.
여기에 도핑 된 실리콘의 단일 블록 인 "채널"이 측면에 반대 유형의 덩어리가 있거나 주위를 둘러싸고 있습니다. 따라서 우리는 덩어리 또는 링과 채널 사이에 게이트 G라고하는 다이오드 접합을 하나만 가지고 있습니다. 채널은 한쪽 끝, 소스 S에서 다른 쪽 드레인 D로 흐르는 전류와 저항의 역할을합니다. 게이트와 채널 사이의 접합부는 역 바이어스되므로 전류가 흐르지 않지만 전기장은 설정됩니다. 전하, 전자 또는 정공을 채널 측면으로 끌어 당겨 SD 전류에 대한 가용성을 줄입니다. 따라서 게이트의 전압에 의해 SD 전류가 제어됩니다.
이것은 전압 제어 장치이며 게이트에 전류가 흐르지 않습니다. 옴의 법칙을 생각하십시오. 저항 = 전압 / 암페어, 그리고 매우 낮은 전류는 매우 높은 저항을 의미하므로 FET는 매우 높은 입력 임피던스를 갖는 것으로 알려져 있습니다. 대조적으로,베이스를 통해 전류를 보내는 데 전압이 거의 들지 않아 입력 임피던스가 낮습니다.