Kami menggunakannya setiap hari dan mereka yang tahu sepenuhnya memahami karakteristik fungsional transistor BJT. Ada banyak dokumen dan tautan yang menjelaskan matematika operasional. Bahkan ada banyak video bagus yang menjelaskan teori saat ini tentang cara kerjanya secara fisik. (Sebagian besar yang terakhir diberikan oleh orang-orang yang berbicara "Bahasa Inggris Tele-marketer" untuk beberapa alasan.)
Namun, saya harus mengakui, bahkan setelah 40+ tahun, banyak yang harus saya terima pada nilai nominal, karena deskripsi tentang bagaimana persimpangan kolektor cocok dengan persamaan selalu sedikit bergelombang.
Bagaimanapun, selain itu, ada satu sisi yang saya benar-benar tidak mengerti. Tampaknya menentang hukum fisika, Hukum Kirchhoff et.al.
Saya sedang berbicara tentang sirkuit emitor umum jenuh standar Anda.
Diketahui, dan kami menerima, bahwa ketika jenuh, tegangan kolektor akan lebih kecil dari tegangan basis. Kami jelas menggunakannya untuk keuntungan kami di sirkuit dan memilih bagian untuk memberi kami serendah Vce-Sat mungkin untuk arus beban tertentu.
mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab
Semuanya bagus dan keren, sampai Anda melihat mode klasik dari transistor NPN yang khas ...
Bagaimana bisa kolektor menjadi tegangan lebih rendah dari pangkalan di sandwich itu?
Bahkan jika Anda menambahkan beberapa tegangan tipe EMF di sana untuk memperhitungkannya, arus kolektor akan salah jalan melalui persimpangan basis-kolektor ..
sumber
Jawaban:
Dalam transistor bipolar, emitor memiliki doping yang jauh lebih tinggi daripada basisnya. Ketika Anda menerapkan bias maju ke dioda basis-emitor, arus akan mengalir, dan karena doping yang lebih tinggi dalam emitor, lebih banyak elektron mengalir dari emitor ke dalam basis daripada lubang mengalir dari basis ke dalam emitor.
Arus dalam semikonduktor dapat mengalir melalui dua mekanisme utama: Ada arus "melayang", di mana medan listrik mempercepat elektron ke arah tertentu. Itulah cara sederhana arus yang kita semua terbiasa. Ada juga arus "difusi", di mana elektron-elektron bergerak dari area-area dengan konsentrasi elektron yang lebih tinggi ke area-area dengan konsentrasi yang lebih rendah, seperti halnya air yang meresap ke dalam spons. Namun, elektron-elektron yang menyebar itu tidak dapat bergerak selamanya karena mereka pada suatu saat akan mengenai lubang dan bergabung kembali. Itu berarti difusi (bebas) elektron dalam semikonduktor memiliki waktu paruh dan panjang difusi, yang merupakan jarak rata-rata yang mereka tempuh sebelum bergabung kembali dengan sebuah lubang.
Difusi adalah mekanisme di mana persimpangan dioda menciptakan daerah penipisannya.
Sekarang, jika dioda basis-emitor bias maju, daerah penipisan dioda basis-emitor semakin kecil dan elektron mulai berdifusi dari persimpangan ini ke dalam basis. Namun, karena transistor dibangun sehingga panjang difusi dari elektron-elektron tersebut lebih panjang dari basis yang luas, banyak dari elektron-elektron tersebut yang benar-benar dapat berdifusi menembus dasar tanpa mengkombinasikan dan keluar pada kolektor, secara efektif "tunneling" melalui pangkalan dengan tidak berinteraksi dengan lubang-lubang di sana. (Rekombinasi adalah proses acak dan tidak terjadi segera, itulah sebabnya difusi ada di tempat pertama.)
Jadi pada akhirnya, beberapa elektron berakhir di kolektor dengan gerakan acak. Sekarang mereka ada di sana, elektron hanya dapat kembali ke basis ketika mereka mengatasi tegangan bias maju dari dioda basis-kolektor, menyebabkan mereka "menumpuk" di kolektor, mengurangi tegangan di sana, sampai mereka dapat mengatasi persimpangan basis-kolektor dan mengalir kembali. (Pada kenyataannya, proses ini adalah keseimbangan, tentu saja.)
Dengan voltase yang Anda terapkan pada basis, emitor, dan kolektor, Anda hanya membuat medan listrik di semikonduktor yang menyebabkan penyimpangan elektron menuju daerah penipisan, mengubah konsentrasi elektron dalam kristal, yang kemudian menghasilkan arus difusi yang mengalir melalui mendasarkan. Sementara elektron tunggal dipengaruhi oleh medan listrik yang diciptakan oleh tegangan pada terminal transistor, mereka sendiri tidak memiliki tegangan, hanya tingkat energi. Di dalam bagian kristal yang umumnya pada tegangan yang sama, elektron dapat (dan akan) memiliki energi berbeda. Faktanya, tidak ada dua elektron yang dapat memiliki tingkat energi yang sama.
Ini juga menjelaskan mengapa transistor dapat bekerja secara terbalik, tetapi dengan kenaikan arus jauh lebih sedikit: Lebih sulit bagi elektron untuk berdifusi ke dalam daerah emitor yang sangat diolah daripada ke dalam kolektor yang diolah dengan ringan karena konsentrasi elektron sudah cukup tinggi di sana. Itu membuat jalur ini kurang menguntungkan untuk elektron daripada di transistor yang tidak terbalik, sehingga lebih banyak elektron mengalir langsung dari basis dan penguatannya lebih rendah.
sumber
Oleh karena itu, pertanyaan Anda yang sebenarnya mungkin: Mengingat voltase yang diberikan, mengapa hukum fisika memungkinkan arus kolektor mengalir ke kolektor?
Ini adalah satu-satunya kendala yang diberikan fisika pada voltase dan arus terminal dalam kasing statis. Seperti yang Anda lihat, semua kondisi di atas berlaku untuk BJT jenuh.
Kebingungan Anda mungkin berasal dari asumsi implisit perangkat linier , yang bukan BJT.
sumber
Perlu diingat bahwa basis tidak memiliki voltase yang sama di seluruh area. Ada resistensi "lembaran" yang tidak dapat direduksi yang terkait dengan pangkalan, yang koneksi eksternalnya harus berada di ujung struktur dalam arti tertentu. Karena ada distribusi arus dalam "lembar" itu, ada juga distribusi tegangan.
Jadi, dalam kejenuhan, arus yang mengalir ke terminal basis melewati kedua persimpangan dioda maju-maju (BE dan BC), dekat terminal dasar. Arus yang mengalir ke kolektor kemudian mengalir ke emitor melalui bagian berbeda dari pangkalan yang lebih jauh dari terminal pangkalan.
Pada dasarnya, penurunan tegangan melintasi resistansi dasar yang melekat inilah yang memungkinkan distribusi tegangan yang kita lihat di terminal eksternal.
sumber
BJT adalah perangkat saat ini. Ketika di daerah aktif, banyak elektron (emitor sangat diolah dan lebih negatif dari basis) emitor masuk ke basis (didoping ringan) dan beberapa jatuh ke dalam lubang dasar yang lebih sedikit, tetapi sebagian besar menyebar ke kolektor, menyebabkan Ic . Ketika jenuh, pengumpul juga lebih negatif dari pada dasarnya, sehingga memberikan kontribusi beberapa elektron ke dasar. Karena kolektor berkontribusi lebih banyak elektron ke pangkalan (Vbc lebih positif), maka arus kolektor-emitor akan lebih rendah. Saat Vbc semakin kecil (Vce (sat) lebih tinggi), arus saturasi bisa lebih tinggi. Jadi sekali dalam saturasi, tegangan kolektor naik dengan arus kolektor.
Anda dapat menjalankan transistor dengan kolektor dan emitor terbalik. Karena kolektor didoping ringan dibandingkan dengan emitor, penguatannya buruk, tetapi Vce (sat) akan turun dalam kisaran mV tunggal. Di era pra-FET, kami menggunakan pendekatan ini untuk memasukkan input analog ke dalam sampel dan penyimpanan, dll.
sumber
Ini adalah pembawa yang berbeda dan mode pergerakan yang berbeda. Berbicara tentang NPN.
Ketika Anda meningkatkan tegangan basis, Lubang mulai bergerak melintasi penghalang potensial persimpangan BE dan Anda mendapatkan lebih banyak elektron kembali. Elektron bergerak melintasi basa dengan difusi, bergerak dari konsentrasi tinggi ke konsentrasi rendah, mereka tidak digerakkan oleh tegangan.
Anda berakhir dengan sekelompok elektron bebas di persimpangan BC membentuk daerah bermuatan negatif dan mereka tersapu oleh tegangan positif pada kolektor.
sumber
POTENSI JUNCTION YANG TIDAK RECTIFYING. Itulah triknya.
Semua orang kehilangan fakta sederhana yang sangat mendasar. (Kebanyakan buku teks pemula juga melewatkan ini. Bahkan beberapa pakar teknik tampaknya tidak mengerti.) Fakta: persimpangan selalu memiliki tegangan melintanginya, bahkan ketika tidak bertenaga, bahkan ketika itu logam-silikon tanpa efek dioda ... dan bahkan ketika persimpangannya besi-tembaga, krom-alumel, dll.
Dengan kata lain, jika kita ingin memahami segala sesuatu tentang dioda dan transistor, kita tidak boleh mengabaikan fisika termokopel dan JUNCTIONS NON-RECTIFYING. Jika kita melakukannya, maka Vce menjadi tidak bisa dijelaskan, sebuah misteri kelam rekayasa.
[akan datang lebih banyak lagi]
sumber
Idealnya Vbe cocok dengan Vcb dan keduanya meneruskan perilaku dengan Vce (sat) = 0 di Imax dan Ic / Ib = 10.
Seperti yang ditunjukkan oleh Dave T., ketahanan penyebaran dasar Vbe (alias seri efektif R atau ESR) tidak seragam tetapi dengan membuat beberapa sumur basis sempit secara paralel kinerjanya meningkat.
Ketika ESR dari persimpangan BE yang lebih tinggi dan lebih tinggi lebih tinggi dari ESR yang lebih besar dari persimpangan CB, kita mendapatkan Vbe yang lebih tinggi daripada Vcb sehingga Vce (sat) naik. Keuntungan saat ini sekarang telah turun menjadi sekitar 10% dari maks.
Zetex menemukan sekitar 100 paten proses di sekitar teknologi epitaxial ini dan sekarang karena Diodes Inc memiliki banyak produk meskipun lebih mahal memiliki ukuran cetakan yang serupa dengan Rce dalam 10-an miliohm, jauh dari kaleng TO-3 yang usang dengan Rce dalam kisaran 1 Ohm. Ini mengurangi pembuangan panas pada arus tinggi secara signifikan.
ON Semi juga memiliki komponen VCE (sat) rendah.
SOT-23 ini memiliki volume <13 sen dan memiliki Rce = 45 mOhm maks. Vce maks = 12V
sumber