Warum kann Strom durch den in Sperrrichtung vorgespannten Basis-Kollektor-Übergang (NP-Übergang) in einem BJT mit einem in Vorwärtsrichtung vorgespannten Basis-Emitter-Übergang fließen?

In BJTs können Ladungsträger den in Sperrrichtung vorgespannten CB-Übergang überqueren, da diese Ladungsträger auf der "falschen" Seite platziert wurden.

• Normale Diode: Die n-dotierte Seite ist voller freier Elektronen, während die p-dotierte Seite voller beweglicher Leitungsbandlücken (Löcher) ist. Eine Vorwärtsspannung erzeugt E-Felder, die die beiden Populationen zusammenzwingen und die Diode drehen "An." Eine Sperrspannung zieht sie voneinander weg, bildet eine Potentialbarriere und schaltet die Diode "aus".

• Transistor-CB-Diode: Die p-dotierte Basis ist voller freier Elektronen! Das ist rückwärts. Wenn sie dort lange bleiben, fallen sie schnell in Löcher, was schließlich einen EB-Basisstrom erzeugt. Wenn sie jedoch aufgrund thermischer Diffusion zunächst zu nahe an den CB-Übergang wandern, werden sie von dem großen E-Feld innerhalb der Verarmungsschicht erfasst und heftig in die n-dotierte Kollektorzone gezogen. (Schnelle Ladungsträger kreuzen ein großes Potential, das den Transistor wegen Ic x Vcb aufheizt.)

(Dieses Beispiel war für NPN. Für einen PNP-Transistor kehren wir die Trägerpolaritäten um, wo freie Löcher in der n-dotierten Basis abgelagert wurden und sie dazu neigen, zu nahe an den CB-Übergang zu wandern und heftig in die p- geschleudert werden dotierte Kollektorzone.)

Fazit: Dioden funktionieren nicht normal, wenn wir irgendwie einige der n-seitigen Ladungsträger auf die p-Seite verschoben haben oder umgekehrt. Die extrem dünne Basisregion in BJTs ermöglicht dies. In diesem Fall beginnt eine Diode rückwärts zu arbeiten, und ihre Sperrspannung verursacht einen erhöhten Strom, nicht einen verringerten Strom. Gleichzeitig funktioniert es aber auch normal, wobei der umgekehrte Übergang verhindert, dass die freien Elektronen der Kollektorregion in die Basisregion fluten.

Beachten Sie, dass die deplazierten Ladungsträger die Verarmungsschicht leicht passieren können. Die Verarmungsschicht war nie wirklich ein Isolator; Es fixiert keine Ladungen wie Gummi oder Kunststoffe. Stattdessen war es eher eine Vakuumregion, in der das intensive E-Feld die üblichen Träger abwehrte und sie auf ihrer richtigen Seite hielt.

Aber wenn wir deplatzierte Ladungsträger in der Diode haben, verhält sich dieses E-Feld in der Sperrschicht nicht mehr wie eine Potentialbarriere. Stattdessen wird es zu einer Partikelkanone. (Heh, sehen Sie, die NPN-Transistoren können als Trioden-Vakuumröhren angesehen werden! Verarmungszonen sind das Vakuum, und dotiertes Silizium bildet die Elektroden. Die Basis muss natürlich sehr dünn sein, weil sie wie eine perforierte Gitterelektrode wirkt!)

Kurz gesagt, Bipolartransistoren funktionieren aufgrund der physikalischen Geometrie der beiden Übergänge. Die Basisschicht ist sehr dünn, und die Ladungsträger, die vom Emitter zur Basis fließen, rekombinieren nicht sofort – die meisten passieren die Basis vollständig und treten in den Verarmungsbereich des in Sperrichtung vorgespannten Basis-Kollektor-Übergangs ein. Sobald dies geschieht, fegt das starke Feld in diesem Bereich sie schnell den Rest des Weges zum Kollektoranschluss und wird zum Kollektorstrom.

Der Kollektor-Übergang der Basis ist in Sperrrichtung vorgespannt, was bedeutet, dass kein Strom von der Kollektor- zur 3-Basis fließt. Das bedeutet nicht, dass kein Strom vom Kollektor zum Emitter fließen kann. Wenn der Basis-Emitter-PN-Übergang in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, verhält er sich nicht mehr wie eine Diode und ist nur noch ein Leiter, und da der N-dotierte Kollektorbereich mit Elektronen gefüllt ist und der Baser-Emitter-Verarmungsbereich nicht mehr existiert, fließt der Strom vom Kollektor zum Emitter . ABER es gibt immer noch einen in Sperrrichtung vorgespannten PN-Übergang zwischen Kollektor und Basis, sodass kein Strom vom Kollektor zur Basis fließt.

Die Hauptursache für den Kollektorstrom im Fall von bjt ist die Größe des Basisbereichs. Der Basisbereich ist im Gegensatz zu Emitter und Kollektor flächenmäßig sehr klein. Wenn wir den npn-Transistor nehmen, verbinden wir einfach die Emitterseite mit 'x' Volt, die Basis mit 'y' Volt und den Kollektor mit 'z' Volt, wobei x < y < z strikt befolgt werden muss, um den Emitter-Basis-Bereich in Vorwärtsrichtung vorzuspannen und den Kollektor-Basis-Bereich in Sperrichtung vorspannen. Da die Emitterseite in Bezug auf die Basis –ve ist, wird das elektrische Feld von der Basis zum Emitter aufgebaut. Die Hauptladungsträger (Elektronen) bewegen sich also zur Basis. Jetzt kommt der Kern des Transistors. Sobald das Elektron in die Basis eintritt (die sehr dünn und leicht dotiert ist), haben nur sehr wenige Elektronen (5 von 100) die Möglichkeit, sich mit Löchern zu rekombinieren. Außerdem, Die Elektronen können aufgrund ihrer kleinen Fläche nicht lange im Basisbereich bleiben. Wenn Sie (Elektron) vom Boden (Emitter) zum Haus (Kollektor) rennen, können Sie nicht lange auf dem Tor (Basis) bleiben. Sie passieren das Tor sofort. Das gleiche passiert mit Elektron. Es gelangt sofort in die Kollektor-Basis-Verarmungsregion. Die Ladungsträger sind also Elektronen im Verarmungsgebiet. Das in diesem Verarmungsbereich aufgebaute elektrische Feld wird aufgrund der Rückwärtsvorspannung vom Kollektor zur Basis geleitet. Das Elektron bewegt sich also wieder zum Kollektor, wodurch ein Kollektorstrom entsteht. Es gelangt sofort in die Kollektor-Basis-Verarmungsregion. Die Ladungsträger sind also Elektronen im Verarmungsgebiet. Das in diesem Verarmungsbereich aufgebaute elektrische Feld wird aufgrund der Rückwärtsvorspannung vom Kollektor zur Basis geleitet. Das Elektron bewegt sich also wieder zum Kollektor, wodurch ein Kollektorstrom entsteht. Es gelangt sofort in die Kollektor-Basis-Verarmungsregion. Die Ladungsträger sind also Elektronen im Verarmungsgebiet. Das in diesem Verarmungsbereich aufgebaute elektrische Feld wird aufgrund der Rückwärtsvorspannung vom Kollektor zur Basis geleitet. Das Elektron bewegt sich also wieder zum Kollektor, wodurch ein Kollektorstrom entsteht.

Wenn Sie einfach im Internet suchen, können Sie sehen, dass die Basis klein ist, wie in der obigen.