Теперь предположим, что мы используем в нашем сэндвиче три слоя кремния вместо двух. Мы можем сделать либо сэндвич pnp (с кусочком кремния n-типа в качестве наполнителя между двумя пластинами p-типа), либо сэндвич np-n (с кремнием p-типа между двумя пластинами n-типа). Если мы соединим электрические контакты со всеми тремя слоями сэндвича, мы сможем создать компонент, который будет либо усиливать ток, либо включать или выключать его — другими словами, транзистор. Давайте посмотрим, как это работает в случае с n-p-n транзистором.
Итак, мы знаем, о чем говорим, давайте дадим названия трем электрическим контактам. Мы назовем два контакта, соединенные с двумя частями кремния n-типа, эмиттером и коллектором, а контакт, соединенный с кремнием p-типа, мы назовем базой. Когда ток в транзисторе не протекает, мы знаем, что в кремнии p-типа не хватает электронов (здесь они показаны маленькими знаками плюса, обозначающими положительные заряды), а в двух частях кремния n-типа есть дополнительные электроны (показаны маленькими знаками плюса). знаки минус, обозначающие отрицательные заряды).
Другой способ взглянуть на это состоит в том, что, хотя у n-типа есть избыток электронов, у p-типа есть дырки там, где должны быть электроны. Обычно отверстия в базе действуют как барьер, предотвращающий протекание значительного тока от эмиттера к коллектору, пока транзистор находится в «выключенном» состоянии.
Транзистор работает, когда электроны и дырки начинают двигаться через два перехода между кремнием n-типа и кремнием p-типа.
Подключим транзистор к некоторой мощности. Предположим, мы приложили к базе небольшое положительное напряжение, сделали эмиттер заряженным отрицательно, а коллектор — положительно заряженным. Электроны вытягиваются из эмиттера в базу, а затем из базы в коллектор. И транзистор переходит во «включенное» состояние:
Небольшой ток, который мы включаем на базе, создает большой ток между эмиттером и коллектором. Превращая небольшой входной ток в большой выходной ток, транзистор действует как усилитель. Но в то же время он действует как переключатель. Когда ток на базу отсутствует, ток между коллектором и эмиттером течет незначительно или вообще отсутствует. Включите базовый ток, и потечет большой ток. Таким образом, ток базы включает и выключает весь транзистор. Технически этот тип транзистора называется биполярным, потому что в протекании тока участвуют два разных типа (или «полярности») электрического заряда (отрицательные электроны и положительные дырки).
Мы также можем понять транзистор, представляя его как пару диодов. С положительной базой и отрицательным эмиттером переход база-эмиттер похож на прямосмещенный диод, в котором электроны движутся в одном направлении через переход (слева направо на диаграмме), а дырки движутся в противоположном направлении (справа налево). левый). Переход база-коллектор похож на диод с обратным смещением. Положительное напряжение коллектора вытягивает большую часть электронов через внешнюю цепь (хотя некоторые электроны рекомбинируют с дырками в базе).