So sehe ich es, ich hoffe, es fügt der Diskussion etwas Nützliches hinzu:
HALBLEITER, DIODEN UND TRANSISTOREN
Elektronen und Löcher
Stellen wir uns eine Reihe von Pfennigen vor, die in einer Reihe über einen Tisch verteilt sind und sich berühren. Bewegen Sie den rechten Endpfennig um einen Cent nach rechts und lassen Sie eine Lücke frei. Bewegen Sie dann den Cent weiter links von der Lücke in den Raum. Im weiteren Verlauf sind alle Pfennige nach rechts und die Lücke über den Tisch nach links verschoben. Stellen Sie sich die Pfennige nun als Elektronen vor, und Sie können sehen, wie Elektronen, die sich in eine Richtung über einen Halbleiter bewegen, Löcher in die entgegengesetzte Richtung bewegen.
Um die Analogie zu verdeutlichen, könnten wir kleine Stapel von Pfennigen verwenden, sodass sich eine Menge nach rechts bewegen muss, bevor sich ein Loch nach links bewegt. Oder wir könnten ein paar Pfennige und viel Platz haben, damit die Löcher leicht verlaufen, wenn die spärlichen Pfennige über die großen Lücken geschoben werden. Diese beiden Fälle modellieren die beiden Formen von dotiertem Silizium, viele hinzugefügte Elektronen und wir haben N-Typ, viele Löcher (Elektronen entfernt) und wir haben P-Typ. Die Typen werden durch Mischen (Dotieren) des Silikons mit kleinen Mengen anderer Metalle erreicht.
Da sich die Elektronen durch die Atome eines Halbleiters kämpfen müssen, ist sein spezifischer Widerstand relativ hoch. Frühe Halbleiter verwendeten Germanium, doch bis auf Sonderfälle ist Silizium heutzutage die universelle Wahl.
Kupferdraht weist große Stapel von Penny-Elektronen auf, die alle nahe beieinander liegen. Ein Strom ist also die Bewegung der wenigen Pennys auf den Pfahloberseiten. Es werden überhaupt keine Löcher erzeugt. Wie wir wissen, ist der spezifische Widerstand gering, da so viele für den Strom verfügbar sind.
DIODEN
Die üblichste Halbleiterdiode (es gibt andere spezialisierte Typen) hat einen Übergang zwischen dem N-Typ und dem P-Typ. Wenn eine Spannung an die Diode angelegt wird, die positiv zum N-Typ-Ende und negativ zum anderen ist, werden alle Elektronen zum positiven Ende gezogen, wobei Löcher am negativen Ende verbleiben. Da sich kaum Elektronen in der Mitte befinden, kann fast kein Strom fließen. Die Diode ist "verpolt"
Wenn die Spannung in die andere Richtung angelegt wird, negativ zum N-Typ-Ende und positiv zum P-Typ, werden Elektronen zur Mitte angezogen und können sich kreuzen, um die Löcher im P-Typ aufzulösen und in den zu fließen Verbindungskabel. Am anderen Ende der negativen Spannung werden Elektronen in die Mitte der Diode abgestoßen, um durch die vom Draht einfließenden Elektronen ersetzt zu werden, sodass insgesamt ein Strom leicht fließen kann: Die Diode ist in Durchlassrichtung vorgespannt.
Die Verbindungen zu einer Diode werden als "Anode" bezeichnet, die das positive Ende ist, wenn die Diode in Durchlassrichtung vorgespannt ist, und als "Kathode", die das negative Ende ist. Ich erinnere mich an diese analog zu den gleichen Begriffen für Ventile, die eine hohe positive Spannung (HT für "High Tension" - Finger weg) an der Anode benötigen, damit Strom fließt. Eine gute Mnemonik für die Polarität einer vorwärts vorgespannten Diode könnte PPNN sein: "Positiv, P-Typ, N-Typ, Negativ".
Eine Varaktordiode nutzt die Tatsache aus, dass zwei getrennte Ladungsbereiche, positiv und negativ, einen Rohkondensator bilden. Daher werden speziell entworfene Dioden hergestellt, um dies auszunutzen, wenn sie umgekehrt vorgespannt sind. Die angelegte Spannung zieht die Ladungen auseinander und bildet eine "Verarmungsschicht" zwischen den Kontakten. Durch Erhöhen der angelegten Sperrspannung wird diese Schicht dicker, wodurch die Kapazität verringert wird, und umgekehrt. Varaktordioden werden üblicherweise in abgestimmten Schaltkreisen verwendet, um die Frequenz zu variieren. Sie ersetzen die Kondensatoren mit Flügelzellen, die zu Zeiten von Ventilen verwendet wurden.
BIPOLARE TRANSISTOREN
Ein Bipolartransistor ist einer, dessen Betrieb sowohl von Elektronen als auch von Löchern abhängt. Es besteht aus zwei Dioden, die sich hintereinander eine gemeinsame zentrale Schicht teilen. Einer der äußeren Anschlüsse ist der Kollektor C und der andere der Emitter E. Der zentrale Anschluss ist die Basis B und ist Teil der CB- und BE-Diode. Also haben wir ein dreischichtiges Sandwich. Bei normaler Verwendung ist die Diode zwischen C und B in Sperrichtung vorgespannt, so dass ohne das Vorhandensein der BE-Diode und deren Wirkung kein Strom fließen würde, da alle Elektronen bis zu einem Ende des CB-Abschnitts und die Löcher bis gezogen werden das andere Ende, wie bei einer Diode, durch die anliegende Spannung.
Die BE-Diode ist in Durchlassrichtung vorgespannt, sodass ein Strom fließen kann, und der externe Stromkreis ist so eingerichtet, dass er diesen Wert auf einen relativ kleinen Wert begrenzt. Es fließen jedoch immer noch viele Löcher und Elektronen durch die Basis und den Emitter.
Nun das clevere Stück. Die gemeinsame Verbindung der CB- und BE-Dioden an der Basis ist sehr dünn ausgeführt, sodass die Flut von Elektronen und Löchern im BE-Teil diejenigen ersetzt, die die Sperrkollektorspannung weggezogen hat, und jetzt ein Strom durch diese CB-Diode fließen kann in umgekehrter Richtung und dann weiter durch den vorwärts vorgespannten BE-Übergang zum Emitter und hinaus in den externen Stromkreis.
Ich denke, es ist offensichtlich, dass Sie keinen Transistor herstellen können, indem Sie zwei Dioden hintereinander verlöten. Die Aktion erfordert das innige Teilen der dünnen Schicht im Inneren des Silikons.
Der Kollektorstrom hängt davon ab, ob ein Basisstrom fließt, und der Transistor ist so ausgelegt, dass ein kleiner Strom in der BE-Diode den Weg für einen viel größeren Strom im CB-Übergang frei macht. Somit haben wir eine Stromverstärkung. Durch Spannungsabfälle an externen Widerständen kann dies in eine Spannungsverstärkung umgewandelt werden.
Diese Transistoren werden "bipolar" genannt, weil sie effektiv zwei Übergänge haben.
Ich habe es sorgfältig vermieden, die Art des Materials in den CB- und BE-Dioden zu erwähnen, die Ideen sind für beide gleich, und wir können NPN oder PNP als mögliche Schichten haben. Der Pfeil auf dem Emitter im Symbol, der die Richtung des herkömmlichen Kollektorstroms (das Gegenteil des Elektronenflusses) anzeigt, zeigt in die Richtung der negativen Seite der angelegten CE-Spannung, sodass der Strom "außerhalb von P" ist oder in N am Emitter ".
FELDEFFEKTTRANSISTOREN oder FETs
Es gibt viele verschiedene FET-Designs, und dies ist eine sehr vereinfachte Betrachtung ihres Grundprinzips.
Dies sind "unipolare" Transistoren, obwohl der Begriff nicht oft verwendet wird, da ihre Funktionsweise nur von Elektronen und elektrischen Feldern abhängt, nicht von Löchern.
Hier haben wir einen einzelnen Block aus dotiertem Silizium, den "Kanal", mit Klumpen des entgegengesetzten Typs an den Seiten oder als umlaufenden Ring. Wir haben also nur einen Diodenübergang, der als Gate G bezeichnet wird, zwischen den Klumpen oder dem Ring und dem Kanal. Der Kanal wirkt als Widerstand, wobei der Strom von einem Ende über die Source S zum anderen über den Drain D fließt. Die Verbindung zwischen Gate und Kanal ist in Sperrrichtung vorgespannt, so dass kein Strom fließt, sondern ein elektrisches Feld aufgebaut wird Zieht Ladungen, Elektronen oder Löcher an die Seiten des Kanals und lässt weniger für den SD-Strom verfügbar. Somit haben wir den SD-Strom durch die Spannung am Gate gesteuert.
Beachten Sie, dass dies ein spannungsgesteuertes Gerät ist und praktisch kein Strom in oder aus dem Gate fließt. Denken Sie an das Ohmsche Gesetz: Widerstand = Volt / Ampere, und wir sehen, dass ein sehr niedriger Strom einen sehr hohen Widerstand bedeutet, so dass der FET eine sehr hohe Eingangsimpedanz haben soll - sein Hauptvorteil gegenüber Bipolar, womit Im Gegensatz dazu wird nur eine geringe Spannung benötigt, um den Strom durch die Basis zu leiten, was zu einer niedrigen Eingangsimpedanz führt