Wat zijn transistorkenmerken?

Transistoren zijn componenten in elektronische apparaten die de stroom van elektriciteit in het apparaat regelen en versterken en worden beschouwd als een van de belangrijkste uitvindingen bij de ontwikkeling van moderne elektronica. Belangrijke transistorkenmerken die de werking van de transistor beïnvloeden, zijn onder meer de versterking, structuur en polariteit van de transistor, evenals bouwmaterialen. Transistorkenmerken kunnen sterk variëren afhankelijk van het doel van de transistor.

Transistoren zijn nuttig omdat ze een kleine hoeveelheid elektriciteit kunnen gebruiken als signaal om de stroom van veel grotere hoeveelheden te regelen. Het vermogen van de transistor om dit te doen, wordt de versterking van de transistor genoemd, die wordt gemeten als de verhouding tussen de output die de transistor produceert en de input die nodig is om die output te produceren. Hoe hoger de output ten opzichte van de input, hoe hoger de gain. Deze verhouding kan worden gemeten in termen van het vermogen, de spanning of de stroom van de elektriciteit. De winst neemt af naarmate de werkfrequentie stijgt.

Transistorkenmerken variëren afhankelijk van de samenstelling van de transistor. Gebruikelijke materialen omvatten de halfgeleiders silicium, germanium en galliumarsenide (GaAs). Galliumarsenide wordt vaak gebruikt voor transistoren die op hoge frequenties werken omdat de elektronenmobiliteit, de snelheid waarmee elektronen door het halfgeleidermateriaal bewegen, hoger is. Het kan ook veilig werken bij hogere temperaturen in silicium- of germaniumtransistors. Silicium heeft een lagere elektronenmobiliteit dan de andere transistormaterialen, maar wordt gewoonlijk gebruikt omdat silicium goedkoop is en bij hogere temperaturen kan werken dan germanium.

Een van de belangrijkste transistorkenmerken is het ontwerp van de transistor. Een bipolaire junctietransistor (BJT) heeft drie klemmen die de basis, collector en emitter worden genoemd, waarbij de basis tussen de collector en emitter ligt. Kleine hoeveelheden elektriciteit bewegen van de basis naar de zender, en de kleine verandering in spanning veroorzaakt veel grotere veranderingen in de stroom van elektriciteit tussen de emitter- en collectorlagen. BJT's worden bipolair genoemd omdat ze zowel negatief geladen elektronen als positief geladen elektronengaten als ladingdragers gebruiken.

In een veldeffecttransistor (FET) wordt slechts één type ladingsdrager gebruikt. Elke FET heeft drie halfgeleiderlagen, de gate, drain en source genoemd, die respectievelijk analoog zijn aan BJT's base, collector en emitter. De meeste FET's hebben ook een vierde terminal die het lichaam, bulk, basis of substraat wordt genoemd. Of een FET elektronen of elektronengaten gebruikt om ladingen te dragen, hangt af van de samenstelling van de verschillende halfgeleiderlagen.

Elke halfgeleideraansluiting in een transistor kan een positieve of negatieve polariteit hebben, afhankelijk van met welke stoffen het belangrijkste halfgeleidende materiaal van de transistor is gedoteerd. Bij dotering van het N-type worden kleine onzuiverheden van arseen of fosfor toegevoegd. Elk atoom van de doteerstof heeft vijf elektronen in zijn buitenste schil. De buitenste schil van elk siliciumatoom heeft slechts vier elektronen, en dus levert elk arseen- of fosforatoom een ​​overtollig elektron dat door de halfgeleider kan bewegen, waardoor het een negatieve lading krijgt. In P-type doping worden in plaats daarvan gallium of boor gebruikt, die beide drie elektronen in hun buitenste schil hebben. Dit geeft het vierde elektron in de buitenste schil van de siliciumatomen niets om mee te binden, waardoor overeenkomstige positieve ladingsdragers worden geproduceerd, elektronengaten genoemd waarin elektronen kunnen bewegen.

Transistors worden ook geclassificeerd volgens de polariteit van hun componenten. In NPN-transistoren heeft de middelste aansluiting - de basis in BJT's, de poort in FET's - een positieve polariteit, terwijl de twee lagen aan weerszijden ervan negatief zijn. In een PNP-transistor is het tegenovergestelde het geval.