Aliran lubang pada transistor?

Transistor bipolar dikatakan memiliki aliran elektron dan aliran lubang. Pergerakan elektron dapat dipahami, tetapi lubang adalah bagian yang tetap dari struktur atom / kristal. Bagaimana kita bisa menggambarkan gerakan mereka?

Lubang adalah ruang di mana elektron bisa tetapi saat ini tidak. Seperti lubang di dunia makroskopis, Anda tidak bisa memindahkannya; itu adalah ketidakhadiran. Yang bisa Anda lakukan adalah mengisi lubang, yang menciptakan lubang baru di tempat lain. Dalam beberapa hal kita dapat memodelkan ini sebagai partikel imajiner yang mengalir ke arah yang berlawanan dari elektron (dan dengan demikian dalam arah yang sama dengan arus), tetapi tidak ada partikel aktual yang bergerak ke arah itu. Seperti kebanyakan model, ini adalah fiksi yang nyaman yang membuat matematika lebih mudah.

Cara yang baik untuk memikirkan hal ini adalah dengan membayangkan tanjakan miring dengan alur penuh kelereng di lereng tanjakan. Ketika Anda menghapus marmer bagian bawah tumpukan di belakang semua bergeser ke bawah dan sebuah lubang muncul di bagian atas tumpukan.

Meskipun benar bahwa dalam kristal bahwa mekanisme pembawa muatan adalah elektron, lubang lebih dari sekadar placeholder konseptual. Semua persamaan bekerja sama baiknya dengan lubang seperti yang mereka lakukan untuk elektron, Anda dapat melakukan perhitungan dan menentukan massa efektif lubang dan mobilitas lubang (yang dalam Si sekitar ~ 2.5X lebih lambat dari elektron). Jadi Anda tidak harus mengambil fakta bahwa mereka tidak nyata sama dengan mereka tidak memiliki efek nyata.

Seperti ini:

A BCDEFG
 ^ here is a hole between two letters

Sekarang saksikan "bergerak":

AB CDEFG (Actually, B moved left)
ABC DEFG (C moved left)
ABCD EFG
ABCDE FG
ABCDEF G

Lubang tidak benar-benar bergerak, tetapi tampaknya seperti itu. Ketika sebuah elektron bergerak, satu lubang ditutup, dan yang lainnya terbuka di dekatnya.

Setiap kali sebuah huruf bergerak satu ruang ke kiri, sebuah lubang juga memindahkan satu ruang ke kanan. Kita dapat menganggap situasi ini sebagai gerakan huruf ke kiri, atau sebagai gerakan lubang ke kanan. Itu setara.

Perhatikan bahwa dalam elektronik, arus biasanya digambarkan sebagai aliran muatan positif, dari simpul pada tegangan lebih positif menuju simpul pada tegangan lebih negatif. Ini disebut arus konvensional . Tetapi arus sebenarnya sebenarnya terdiri dari elektron yang berubah dari negatif ke positif. Pembalikan ini tidak masalah karena arus hanyalah abstraksi matematis. Semua persamaan yang menggambarkan perilaku perangkat berfungsi dengan baik.

Para ilmuwan secara sewenang-wenang menetapkan label "positif" dan "negatif", jauh sebelum struktur atom diketahui. Jadi baru kemudian terungkap bahwa tuduhan yang benar-benar bergerak melalui konduktor adalah yang diberi label "negatif".

SEMIKONDUKTOR, DIODA DAN TRANSISTOR

ELEKTRON DAN KUDUS

Mari kita pikirkan deretan uang yang diletakkan dalam barisan, menyentuh, di atas meja. Pindahkan ujung kanan sen satu sen sen ke kanan, meninggalkan celah. Kemudian terus menggerakkan sen ke kiri celah ke ruang. Saat Anda melanjutkan semua uang telah bergerak ke kanan, dan celah telah bergerak melintasi meja ke kiri. Sekarang bayangkan uang kertas sebagai elektron, dan Anda dapat melihat bagaimana elektron bergerak satu arah melintasi semikonduktor menyebabkan lubang bergerak ke arah sebaliknya.

Untuk merentangkan analoginya, kita bisa menggunakan tumpukan uang kecil, jadi banyak yang harus bergerak tepat sebelum lubang bergerak ke kiri. Atau kita bisa memiliki beberapa sen dan banyak ruang sehingga lubang-lubang berjalan dengan mudah karena uang receh dipindahkan melintasi celah-celah lebar. Kedua kasus ini memodelkan dua bentuk Silikon yang didoping, banyak elektron yang ditambahkan dan kami memiliki tipe-N, banyak lubang (elektron dilepas) dan kami memiliki tipe-P. Jenis ini dicapai dengan mencampur (doping) Silikon dengan sejumlah kecil logam lain.

Dengan elektron yang harus berjuang melalui atom semikonduktor, resistivitasnya relatif tinggi. Semikonduktor awal menggunakan Germanium, tetapi, kecuali untuk kasus-kasus khusus, saat ini Silikon adalah pilihan universal.

Kawat tembaga dapat divisualisasikan sebagai memiliki tumpukan besar elektron satu sen, semuanya berdekatan, sehingga arus adalah pergerakan beberapa sen di puncak tumpukan, tidak ada lubang yang dihasilkan sama sekali. Dengan begitu banyak tersedia untuk saat ini, resistivitas, seperti yang kita ketahui, rendah.

DIODE

Dioda semikonduktor yang paling umum (ada jenis khusus lainnya) memiliki persimpangan antara tipe-N dan tipe-P. Jika tegangan diterapkan pada dioda, positif ke ujung tipe-N dan negatif ke yang lain, elektron semua ditarik ke ujung positif, meninggalkan lubang di ujung negatif. Dengan hampir tidak ada elektron di tengah, hampir tidak ada arus yang dapat mengalir. Dioda "terbalik biassed"

Ketika tegangan diterapkan dengan cara lain, negatif ke ujung tipe-N dan positif untuk tipe-P, elektron tertarik ke tengah dan dapat menyeberang untuk membatalkan lubang di tipe-P, dan mengalir keluar ke menghubungkan kawat. Di sisi lain, tegangan negatif, ujung, elektron ditangkis ke tengah dioda, untuk digantikan oleh yang membanjiri dari kawat, sehingga keseluruhan arus dapat mengalir dengan mudah: dioda maju biassed.

Koneksi ke dioda disebut "Anoda" yang merupakan ujung positif ketika dioda maju biassed, dan "Katoda" yang merupakan ujung negatif. Saya ingat ini dengan analogi dengan istilah yang sama untuk katup, yang membutuhkan tegangan positif tinggi (HT untuk "Ketegangan Tinggi" - jauhkan jari Anda) di anoda agar arus mengalir. Mnemonik yang baik untuk polaritas dioda biassed maju mungkin PPNN: "Positif, tipe-P, tipe-N, Negatif".

Dioda varactor mengeksploitasi fakta bahwa dua area muatan yang terpisah, positif dan negatif, membuat kapasitor kasar. Jadi, dioda yang dirancang khusus dibuat untuk mengeksploitasi ini, ketika dibalik biassed. Tegangan yang diterapkan menarik muatan terpisah, membentuk "lapisan penipisan" di antara kontak. Meningkatkan tegangan balik yang diterapkan membuat lapisan ini lebih tebal, sehingga mengurangi kapasitas, dan sebaliknya. Dioda varactor biasanya digunakan dalam rangkaian yang disetel untuk memvariasikan frekuensi, menggantikan kapasitor yang digunakan pada zaman katup.

BIPOLAR TRANSISTOR

Transistor bipolar adalah transistor yang operasinya tergantung pada elektron dan lubang. Ini terdiri dari dua dioda back to back berbagi lapisan pusat bersama. Salah satu terminal luar adalah Kolektor C dan yang lainnya adalah Emitter E. Koneksi sentral adalah Basis, dan merupakan bagian dari dioda CB dan BE. Jadi kita punya sandwich tiga lapis. Dalam penggunaan normal, dioda antara C dan B dibalik dengan bias, jadi, tanpa kehadiran dioda BE dan efeknya, tidak ada arus yang mengalir, karena semua elektron ditarik ke salah satu ujung bagian CB, dan lubang-lubang untuk ujung lainnya, seperti dalam dioda, oleh tegangan yang diberikan.

Dioda BE maju biassed, sehingga arus dapat mengalir dan rangkaian eksternal diatur untuk membatasi ini ke nilai yang cukup kecil, tetapi masih ada banyak lubang dan elektron yang mengalir melalui Base dan Emitter.

Sekarang sedikit pintar. Sambungan umum dari dioda CB dan BE di Pangkalan dibuat sangat tipis, sehingga banjir elektron dan lubang di bagian BE menggantikan yang tegangan Kolektor terbalik telah menjauh, dan arus sekarang dapat mengalir melalui dioda CB ini di arah sebaliknya, dan kemudian melalui persimpangan BE biassed maju ke Emitter dan keluar ke sirkuit eksternal.

Saya pikir itu jelas bahwa Anda tidak dapat membuat transistor dengan menyolder dua dioda kembali ke belakang, tindakan memerlukan berbagi intim lapisan tipis di dalam Silicon.

Arus kolektor tergantung pada arus basis yang mengalir, dan transistor dirancang sedemikian rupa sehingga arus kecil di diode BE membuka jalan untuk arus yang jauh lebih besar di persimpangan CB. Jadi kami memiliki amplifikasi saat ini. Dengan menggunakan penurunan tegangan pada resistor eksternal, ini dapat dikonversi menjadi amplifikasi tegangan.

Transistor ini disebut "bipolar" karena mereka secara efektif memiliki dua persimpangan.

Saya telah dengan hati-hati menghindari menyebutkan jenis materi dalam dioda CB dan BE, idenya sama untuk keduanya, dan kita dapat memiliki NPN atau PNP sebagai lapisan yang memungkinkan. Panah pada simbol, yang menunjukkan arah arus Kolektor konvensional (kebalikan dari aliran elektron), menunjuk ke arah sisi negatif dari tegangan CE yang diterapkan, sehingga arus "keluar dari P dan ke N pada emitor ".

TRANSISTOR EFEK LAPANGAN, atau FET

Ada banyak desain FET yang berbeda, dan ini adalah pandangan yang sangat sederhana pada prinsip dasarnya.

Ini adalah transistor "unipolar", meskipun istilah ini tidak sering digunakan, karena operasinya hanya bergantung pada elektron dan medan listrik, bukan lubang.

Di sini kita memiliki satu blok silikon yang didoping, "saluran", dengan benjolan dengan tipe yang berlawanan di sisi, atau sebagai cincin melingkari. Jadi kita hanya memiliki satu persimpangan dioda, yang disebut Gerbang G, antara benjolan atau cincin dan saluran. Saluran bertindak sebagai resistor, dengan arus yang mengalir dari satu ujung, sumber S, ke yang lain Drain D. Persimpangan antara gerbang dan saluran dibalik biassed, sehingga tidak ada arus yang mengalir, tetapi ada medan listrik yang diatur yang menarik muatan, elektron atau lubang, ke sisi saluran, menyisakan kurang tersedia untuk arus SD. Dengan demikian kita memiliki arus SD yang dikendalikan oleh tegangan di gerbang.

Perhatikan ini adalah perangkat yang dikontrol tegangan, hampir tidak ada arus yang mengalir masuk atau keluar dari Gerbang. Pikirkan hukum Ohm: Perlawanan = Volts / Amps, dan kami melihat bahwa arus yang sangat rendah berarti Resistansi yang sangat tinggi, sehingga FET dikatakan memiliki impedansi masukan yang sangat tinggi - keunggulan utamanya atas Bi-Polar, di mana, oleh Sebaliknya, dibutuhkan sedikit tegangan untuk mengirim arus melalui pangkalan, sehingga memberikan impedansi input yang rendah