การไหลของรูในทรานซิสเตอร์?

ทรานซิสเตอร์สองขั้วมีการไหลของอิเล็กตรอนและการไหลของรู สามารถเข้าใจการเคลื่อนที่ของอิเล็กตรอนได้ แต่หลุมเป็นส่วนหนึ่งของโครงสร้างอะตอม / คริสตัล เราจะอธิบายลักษณะการเคลื่อนไหวของพวกเขาได้อย่างไร?

รูเป็นช่องว่างที่อาจมีอิเล็กตรอน แต่ปัจจุบันไม่ได้ เช่นเดียวกับหลุมใด ๆ ในโลกที่ไม่ใหญ่โตคุณไม่สามารถขยับได้ มันขาดไป สิ่งที่คุณทำได้คือเติมหลุมซึ่งจะสร้างหลุมใหม่ที่อื่น เราสามารถสร้างแบบจำลองนี้เป็นอนุภาคจินตภาพที่ไหลไปในทิศทางตรงกันข้ามจากอิเล็กตรอน (และในทิศทางเดียวกับกระแส) แต่ไม่มีอนุภาคเคลื่อนที่ไปในทิศทางนั้น เหมือนกับโมเดลส่วนใหญ่มันเป็นนิยายที่สะดวกที่ทำให้คณิตศาสตร์ง่ายขึ้น

วิธีที่ดีในการคิดสิ่งนี้คือการจินตนาการทางลาดเอียงที่มีร่องที่เต็มไปด้วยหินอ่อนลงไปตามทางลาดของทางลาด เมื่อคุณถอดหินอ่อนด้านล่างสแต็คด้านหลังเลื่อนลงและหลุมจะปรากฏขึ้นที่ด้านบนของสแต็ค

ในขณะที่มันเป็นความจริงที่ว่าผลึกที่กลไกการแบกประจุนั้นเป็นอิเล็กตรอน แต่หลุมเป็นมากกว่าตัวยึดแนวคิด สมการทั้งหมดทำงานได้ดีกับหลุมเช่นเดียวกับที่ทำกับอิเล็กตรอนคุณสามารถทำการคำนวณและตรวจสอบมวลที่มีประสิทธิภาพของหลุมและการเคลื่อนที่ของหลุม (ซึ่งใน Si นั้นช้ากว่าอิเล็กตรอนประมาณ 2.5 เท่า) ดังนั้นคุณไม่ควรรับความจริงที่ว่าพวกเขาไม่ใช่ของจริงเหมือนกับที่พวกเขาไม่มีผลกระทบที่แท้จริง

แบบนี้:

A BCDEFG
 ^ here is a hole between two letters

ตอนนี้ดู "ย้าย":

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

หลุมไม่ขยับจริง ๆ แต่ดูเหมือนว่าจะเป็นเช่นนั้น เมื่ออิเล็กตรอนเคลื่อนที่หนึ่งรูจะปิดและอีกอันจะเปิดใกล้เคียง

เมื่อใดก็ตามที่ตัวอักษรเลื่อนหนึ่งช่องว่างไปทางซ้ายหลุมจะเลื่อนช่องว่างหนึ่งไปทางขวา เราสามารถพิจารณาสถานการณ์นี้เป็นการเคลื่อนที่ของตัวอักษรไปทางซ้ายหรือเป็นการเคลื่อนที่ของรูไปทางขวา มันเทียบเท่า

โปรดทราบว่าในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์มักจะอธิบายว่ากระแสไหลเป็นประจุบวกจากโหนดที่แรงดันบวกไปยังโหนดที่แรงดันลบมากขึ้น นี้เรียกว่าปัจจุบันการชุมนุม แต่กระแสที่แท้จริงประกอบด้วยอิเล็กตรอนที่เปลี่ยนจากลบเป็นบวก การกลับรายการนี้ไม่สำคัญเพราะปัจจุบันเป็นเพียงนามธรรมทางคณิตศาสตร์ สมการทั้งหมดที่อธิบายพฤติกรรมอุปกรณ์ทำงานได้ดี

นักวิทยาศาสตร์มอบหมายป้ายกำกับ "บวก" และ "ลบ" ให้กับประจุโดยพลการก่อนที่จะรู้โครงสร้างของอะตอม ดังนั้นในเวลาต่อมาก็เห็นว่าประจุที่เคลื่อนที่ผ่านตัวนำเป็นประจุที่ติดป้ายว่า "ลบ"

เซมิคอนดักเตอร์, ไดโอดและทรานซิสเตอร์

อิเล็กตรอนและหลุม

ลองนึกถึงแถวของเพนนีที่วางเรียงกันเป็นแถวแตะข้ามโต๊ะ ย้ายปลายด้านขวาของเงินเพนนีหนึ่งความกว้างของเงินไปทางขวาออกจากช่องว่าง จากนั้นย้ายเงินไปทางซ้ายของช่องว่างไปเรื่อย ๆ ในขณะที่คุณดำเนินการเพนนีทั้งหมดได้ย้ายไปทางขวาและช่องว่างได้ย้ายข้ามโต๊ะไปทางซ้าย ตอนนี้ลองนึกภาพเพนนีว่าเป็นอิเล็กตรอนและคุณจะเห็นได้ว่าอิเล็กตรอนเคลื่อนที่ไปทางเดียวในเซมิคอนดักเตอร์ได้อย่างไรทำให้เกิดช่องว่างในทิศทางตรงกันข้าม

เพื่อยืดอุปมาอุปมัยเราสามารถใช้กองเล็ก ๆ ของเพนนีได้ดังนั้นผู้คนจำนวนมากต้องขยับไปทางขวาก่อนที่หลุมจะเคลื่อนที่ไปทางซ้าย หรือเราอาจมีเพนนีไม่กี่แห่งและพื้นที่มากมายเพื่อให้รูเดินทางได้อย่างง่ายดายเพราะเพนนีเคลื่อนย้ายข้ามช่องว่างกว้าง กรณีเหล่านี้สองแบบจำลองซิลิคอนเจือที่มีสองรูปแบบ, มีอิเล็กตรอนเพิ่มจำนวนมากและเรามีชนิด N, มีรูจำนวนมาก (นำอิเล็กตรอนออก) และเรามี P-type ประเภทสามารถทำได้โดยการผสม (การเติม) ซิลิกอนกับโลหะอื่น ๆ ในปริมาณเล็กน้อย

เมื่ออิเล็กตรอนต้องผ่านอะตอมของเซมิคอนดักเตอร์ความต้านทานของมันจึงค่อนข้างสูง เซมิคอนดักเตอร์ยุคแรกใช้ Germanium แต่ยกเว้นกรณีพิเศษทุกวันนี้ซิลิคอนเป็นตัวเลือกที่เป็นสากล

ลวดทองแดงสามารถมองเห็นได้ว่ามีกองใหญ่ของเพนนีอิเล็คตรอนอยู่ด้วยกันดังนั้นกระแสจึงมีการเคลื่อนไหวของเพนนีไม่กี่ตัวที่ยอดของเสาไม่มีรูที่เกิดขึ้นเลย ด้วยจำนวนมากที่มีอยู่ในปัจจุบันความต้านทานตามที่เรารู้นั้นอยู่ในระดับต่ำ

ไดโอด

เซมิคอนดักเตอร์ไดโอดที่พบมากที่สุด (มีประเภทพิเศษอื่น ๆ ) มีการเชื่อมต่อระหว่าง N-type และ P-type หากแรงดันไฟฟ้าถูกนำไปใช้กับไดโอดบวกกับ N-type end และลบไปที่อื่น ๆ อิเล็กตรอนทั้งหมดจะถูกดึงไปที่ปลายบวกออกจากหลุมที่ปลายลบ ด้วยแทบไม่มีอิเล็กตรอนใด ๆ ที่อยู่ตรงกลางแทบจะไม่มีกระแสไฟฟ้าไหล ไดโอดคือ "reverse biassed"

เมื่อแรงดันไฟฟ้าถูกนำไปใช้ในทางอื่น ๆ ลบไปที่ปลาย N-type และบวกกับ P-type อิเลคตรอนจะถูกดึงดูดไปที่ตรงกลางและสามารถข้ามไปเพื่อยกเลิกหลุมในรูปแบบ P และไหลออกไปใน ลวดเชื่อม ที่อีกแรงดันลบ, จบ, อิเล็กตรอนจะถูกผลักเข้าไปในกลางของไดโอดที่จะถูกแทนที่ด้วยน้ำท่วมที่มาจากสายดังนั้นกระแสโดยรวมสามารถไหลได้ง่าย: ไดโอดเป็นไปข้างหน้า biassed

การเชื่อมต่อกับไดโอดนั้นเรียกว่า "แอโนด" ซึ่งเป็นจุดสิ้นสุดที่เป็นบวกเมื่อไดโอดนั้นไปข้างหน้า biassed และ "แคโทด" ซึ่งเป็นจุดสิ้นสุดเชิงลบ ฉันจำสิ่งเหล่านี้ได้โดยการเปรียบเทียบกับเงื่อนไขเดียวกันสำหรับวาล์วซึ่งต้องการแรงดันไฟฟ้าบวกสูง (HT สำหรับ "ความตึงเครียดสูง" - ปิดนิ้วของคุณ) ที่ขั้วบวกเพื่อให้กระแสไหล ตัวช่วยจำที่ดีสำหรับขั้วของไดโอด biassed ไปข้างหน้าอาจเป็น PPNN: "บวก, P-type, N-type, Negative"

ไดโอด varactor หาประโยชน์จากข้อเท็จจริงที่ว่าพื้นที่ประจุสองแห่งแยกเป็นค่าบวกและลบทำให้ตัวเก็บประจุน้ำมันดิบ ดังนั้นไดโอดที่ออกแบบมาเป็นพิเศษจะทำเพื่อใช้ประโยชน์จากสิ่งนี้เมื่อย้อนกลับชีวมวล แรงดันไฟฟ้าที่ใช้จะดึงประจุแยกออกจากกันก่อตัวเป็น "ชั้นพร่อง" ระหว่างหน้าสัมผัส การเพิ่มแรงดันย้อนกลับที่ใช้ทำให้ชั้นนี้หนาขึ้นดังนั้นจึงลดความจุและในทางกลับกัน ไดโอด Varactor มักใช้ในวงจรที่ปรับเพื่อเปลี่ยนแปลงความถี่เปลี่ยนคาปาซิเตอร์ตัวเก็บประจุไฟฟ้าที่ใช้ในวันของวาล์ว

BIPOLAR TRANSISTOR

ทรานซิสเตอร์สองขั้วคือสิ่งที่การดำเนินการขึ้นอยู่กับอิเล็กตรอนและหลุม มันประกอบไปด้วยไดโอดสองตัวกลับไปด้านหลังแชร์เลเยอร์กลางส่วนกลาง หนึ่งในอาคารผู้โดยสารด้านนอกคือ Collector C และอีกแห่งหนึ่งคือ Emitter E. การเชื่อมต่อกลางคือฐาน B และเป็นส่วนหนึ่งของไดโอด CB และ BE เรามีแซนด์วิชสามชั้น ในการใช้งานปกติไดโอดระหว่าง C และ B จะถูกทำปฏิกิริยาย้อนกลับดังนั้นโดยไม่ต้องมีไดโอด BE และผลของมันจะไม่มีกระแสไหลเนื่องจากอิเล็กตรอนทั้งหมดถูกดึงขึ้นไปที่ปลายด้านหนึ่งของส่วน CB และหลุมเพื่อ ปลายอีกด้านในไดโอดโดยใช้แรงดันไฟฟ้า

BE diode เป็นแบบ biassed ไปข้างหน้าดังนั้นกระแสสามารถไหลและวงจรภายนอกถูกตั้งค่าเพื่อ จำกัด สิ่งนี้ให้มีค่าค่อนข้างเล็ก แต่ยังมีรูและอิเล็กตรอนจำนวนมากไหลผ่านฐานและตัวส่งสัญญาณ

ตอนนี้บิตที่ฉลาด การเชื่อมต่อทั่วไปของไดโอด CB และ BE ที่ฐานถูกทำให้บางมากดังนั้นการไหลของอิเล็กตรอนและรูในส่วน BE แทนที่แรงดันสะสมของนักสะสมย้อนกลับได้ถูกดึงออกไปและกระแสสามารถไหลผ่านไดโอด CB ในนี้ ทิศทางกลับกันและจากนั้นผ่านทางแยก biassed BE ไปทาง Emitter และเข้าสู่วงจรภายนอก

ฉันคิดว่ามันชัดเจนว่าคุณไม่สามารถสร้างทรานซิสเตอร์โดยการบัดกรีไดโอดสองตัวกลับไปด้านหลังการกระทำนั้นต้องการการแบ่งชั้นบาง ๆ อย่างใกล้ชิดภายในซิลิคอน

กระแสของ Collector ขึ้นอยู่กับการไหลของกระแส Base และทรานซิสเตอร์ได้รับการออกแบบเพื่อให้กระแสขนาดเล็กใน BE diode เปิดทางสำหรับกระแสขนาดใหญ่กว่าในชุมทาง CB ดังนั้นเราจึงมีการขยายปัจจุบัน การใช้แรงดันไฟฟ้าตกคร่อมตัวต้านทานภายนอกสามารถเปลี่ยนเป็นการขยายแรงดันไฟฟ้าได้

ทรานซิสเตอร์เหล่านี้เรียกว่า "ไบโพลาร์" เพราะมีสองทางแยกได้อย่างมีประสิทธิภาพ

ฉันหลีกเลี่ยงการกล่าวถึงชนิดของวัสดุในไดโอด CB และ BE อย่างรอบคอบความคิดเหมือนกันสำหรับทั้งคู่และเราสามารถมี NPN หรือ PNP เป็นเลเยอร์ที่เป็นไปได้ ลูกศรในสัญลักษณ์ซึ่งแสดงทิศทางของกระแสการสะสมแบบเดิม (ตรงข้ามกับการไหลของอิเล็กตรอน) ชี้ไปในทิศทางของด้านลบของแรงดันไฟฟ้า CE ที่ใช้ดังนั้นกระแสจะเป็น "ออกจาก P และเป็น N ที่ อีซีแอล"

FIELD EFFECT TRANSISTOR หรือ FET

มีการออกแบบที่แตกต่างกันมากมายของ FET และนี่เป็นหลักการพื้นฐานที่เรียบง่าย

นี่คือทรานซิสเตอร์ "unipolar" แม้ว่าคำนี้ไม่ได้ใช้บ่อยนักเพราะการทำงานของพวกมันนั้นขึ้นอยู่กับอิเล็กตรอนและสนามไฟฟ้าเท่านั้นไม่ใช่รู

ที่นี่เรามีซิลิกอนเจือหนึ่งบล็อกคือ "แชนแนล" ที่มีก้อนชนิดตรงกันข้ามที่ด้านข้างหรือเป็นวงแหวนล้อมรอบ ดังนั้นเราจึงมีทางแยกไดโอดเพียงจุดเดียวซึ่งเรียกว่า Gate G ระหว่างก้อนหรือวงแหวนกับช่อง ช่องทางทำหน้าที่เป็นตัวต้านทานโดยมีกระแสไหลผ่านแม้ว่าจากปลายด้านหนึ่งแหล่งกำเนิด S ไปสู่ท่อระบายน้ำดี D ทางแยกระหว่างเกตและช่องทางเป็นแบบย้อนกลับ Biassed ดังนั้นจึงไม่มีกระแสไฟฟ้าไหล แต่มีสนามไฟฟ้าตั้งอยู่ ดึงประจุอิเลคตรอนหรือรูไปทางด้านข้างของช่องสัญญาณทำให้กระแสไฟฟ้ากระแส SD ไม่สามารถใช้งานได้ ดังนั้นเราจึงควบคุมกระแส SD โดยแรงดันไฟฟ้าที่เกต

โปรดทราบว่านี่เป็นอุปกรณ์ควบคุมแรงดันไฟฟ้าซึ่งแทบไม่มีกระแสไฟฟ้าไหลเข้าหรือออกจากประตู ลองนึกถึงกฎของโอห์ม: Resistance = Volts / Amps และเราเห็นว่ากระแสที่ต่ำมากหมายถึงความต้านทานที่สูงมากดังนั้น FET จึงกล่าวว่ามีอิมพีแดนซ์อินพุตที่สูงมากซึ่งเป็นข้อดีหลักของ Bi-Polar ที่โดย ตรงกันข้ามจะใช้แรงดันไฟฟ้าเพียงเล็กน้อยในการส่งกระแสผ่านฐานทำให้มีความต้านทานอินพุตต่ำ