¿Cómo funciona un transistor?

Número 1 . Hay varios aspectos a considerar aquí, permítanme saltar por un momento.

Número 2 . Ok, creo que entiendo lo que tu instructor quiere decir, pero podría ser un poco confuso.

• En primer lugar: fuera de la región empobrecida en las uniones EB y BC, en la parte no empobrecida de la base (no lo veo en tu boceto pero está ahí, al menos en condiciones normales), el campo eléctrico es en general muy muy pequeño... por lo que respecta a los transportistas minoritarios, puede asumir$\vec{E}\approx\vec{0}$en la base no empobrecida (puede llamar a este QNR, "región cuasi neutral"). La razón por la que esto sucede no es del todo trivial, pero tiene que ver con la detección por parte de los operadores mayoritarios.

• Los portadores minoritarios (electrones, en su NPN) inyectados en la base por la unión EB polarizada directamente no son atraídos por nada, la corriente está ampliamente dominada por la difusión aleatoria en lugar de la deriva debido a cualquier campo eléctrico residual que pueda estar presente. Los electrones simplemente dan vueltas y exploran la base, al azar. En general, la difusión solo conduce partículas desde regiones de alta densidad (el borde E de la base) a regiones de baja densidad (el borde C de la base).

• Cuando un electrón, después de difundirse aleatoriamente en la base, alcanza la región de agotamiento de la unión BC, entonces, SÍ, es arrastrado hacia el colector por el campo eléctrico de la unión BC, que básicamente es causado por la atracción de los donantes en la C, como mencionaste.

Entonces, verás que al final esto tiene algo que ver con la "atracción por parte de los donantes en la C" pero no es tan simple. Digamos que los donantes en C crean el gradiente de densidad en la base al eliminar cualquier electrón que alcance el límite BC. Esto a su vez, algo indirectamente, es lo que impulsa la difusión de electrones a través de la base...

Claramente, la "atracción por parte de los donantes en el E" no tiene ningún efecto similar, así que espero que esto resuelva su paradoja: el cruce EB está sesgado directamente y está haciendo todo lo contrario que el BC, aumenta la concentración de portadores minoritarios, impulsando nuevamente difusión... lejos de E.

Rebobinar al número 1 . Los electrones en la base (portadores minoritarios) que llegan a la unión BC son absorbidos por el colector y son, con mucho, la principal contribución a la$I_C$actual. En principio, también tiene agujeros inyectados de C a B... pero esto debería ser superinsignificante en la configuración activa. Un cálculo directo de$I_B$no es obvio, mejor calcular$I_E$y luego hacer$I_B=I_E-I_C$. Bien...$I_E$, es decir, la corriente que cruza el límite EB, se debe a

• Electrones inyectados de E a B, es decir, los que comentamos anteriormente.
• Agujeros inyectados de B a E.

En su descripción, de alguna manera está descuidando el segundo término (¡pero está ahí!), así que déjeme ignorarlo también, de lo contrario, debemos abrir un punto más. ves eso$I_E-I_C$es sólo debido a los electrones inyectados en la base (contribuyendo así a$I_E$) que de alguna manera no pueden llegar al extremo C (lo que contribuye a$I_C$). Entonces ves que es bastante correcto calcular$I_B$como correspondiente a la carga perdida por unidad de tiempo por recombinación en la base.

[Editar] Posiblemente útil comentario adicional. Si desea obtener una imagen completa, realmente le aconsejo que investigue esa B$\rightarrow$E agujero actual que descuidamos arriba, porque eso no es irrelevante. En realidad, los transistores suelen tener una base que es corta con respecto a la longitud de difusión, lo que implica que la recombinación en la base podría no ser tan importante (en la "base corta aproximada" incluso la descuida por completo). En ese límite,$I_B$en realidad está vinculado principalmente a esa corriente de orificio en la unión EB, en lugar de a la recombinación en B. Entonces verá que todas las reglas generales de diseño típicas tienen bastante sentido: desea un gran dopaje E (minimiza esa participación de corriente de orificio en la unión EB), desea un dopaje B bajo (maximiza la inyección de electrones en B, mejora la difusión que a su vez aumenta$\beta$y reduce los tiempos de respuesta) ... no desea un dopaje B demasiado bajo, de lo contrario, podría agotar B por completo al polarizar inversamente BC, y eso es malo (obtiene un "golpe" y todo se desmorona, probablemente incluido el dispositivo sí mismo).

El emisor está fuertemente dopado y la base es muy, muy delgada y ligeramente dopada. El coleccionista está moderadamente dopado.

Por lo general, el emisor es el más fuertemente dopado, el colector es el menos dopado y la base está en algún lugar en el medio.

¡La corriente no se mueve por recombinación de electrones y huecos! La corriente se mueve por medio del flujo de electrones libres o huecos. ¿Por qué mi instructor mencionó esto? Estoy muy confundido.

Uno de los tipos de corriente que se discuten a menudo en los semiconductores es la "corriente de recombinación". Es la corriente que fluye para compensar los portadores que se recombinaron. A medida que los portadores inyectados desde el emisor a la base se recombinan, se inyectan portadores adicionales desde la base para compensarlos.

los electrones se sienten atraídos por los iones donantes positivos del otro lado de la zona de agotamiento. Según mi instructor, es por eso que los electrones se deslizan hacia el colector y se mueven hacia la terminal positiva de A, pero mi pregunta es, los electrones deberían sentirse igualmente repelidos por los iones aceptores negativos descubiertos en la base. Entonces, ¿por qué los electrones se mueven al terminal positivo de A?

No creo que la explicación de su instructor tal como está redactada aquí sea correcta. Supongamos un npn para este ejemplo. Intercambie electrones y agujeros en mi explicación para obtener la misma idea para pnp.

Primero, hablemos de la unión base-colector con polarización inversa. No hay muchos electrones en la base porque es de tipo p. Pero los que están allí se mueven al azar. Algunos se encontrarán en el borde de la región de agotamiento y caerán por esa pendiente de energía que contribuye a la corriente de saturación inversa del diodo.

Ahora, introduzcamos el emisor. La unión base-emisor con polarización directa inyecta un montón de electrones adicionales en la base. Estos se difunden de forma natural a través de la base y llegan a la unión de la base y el colector, donde todos caen por la pendiente de energía.

Ajustar el voltaje base-emisor le permite ajustar la cantidad de electrones que se inyectan en la base y, por lo tanto, modular la corriente a través del dispositivo.

Primero, tenga en cuenta que su diagrama de circuito muestra el flujo de corriente convencional, lo que puede ser muy confuso para un estudiante que intenta comprender el funcionamiento de un diodo, sin importar un transistor. Invertir las flechas de su diagrama para mostrar el flujo de electrones muestra más claramente la física de lo que está sucediendo:

Los electrones fluyen desde el terminal negativo de la batería conectado hacia el emisor en un estado de alta energía como n-portadores, luego se mueven hacia la base donde pueden difundirse en la región del colector permaneciendo en su estado de alta energía como n-portadores, o moverse a un estado vacante. un estado de menor energía en la base, también conocido como, se combina con un 'agujero' y emite un fotón. Si se difunde en la región del colector, esto interrumpirá el equilibrio eléctrico del colector de modo que un electrón en el otro extremo se moverá hacia el terminal positivo de la batería para compensar. Si se combina con un orificio en la base, esto interrumpirá la neutralidad de la base y hará que el terminal positivo de la batería recoja un electrón en el otro extremo de la región de la base para compensar. Por lo tanto, se mantiene el equilibrio eléctrico general.

Problema (i): la combinación de electrones y huecos en la región de la base interrumpe el equilibrio eléctrico de la base; haciendo que las corrientes de compensación fluyan hacia adentro o hacia afuera de la región según el tipo de transistor y el tipo de corriente que se muestra: convencional o de electrones.

Problema (ii): los electrones se difunden en la región del colector en lugar de ser atraídos eléctricamente allí.