Вопросы по биполярным транзисторам

[Alex-Yu]

Manolo в сообщении #1289479 писал(а):

Ну и каким же образом это постоянство достигается?

А Вы почитайте что я выше дописал.

[rascas]

Manolo в сообщении #1289457 писал(а):

Что имеем в результате-переход эмиттер-база смещен в прямом направлении, а переход коллектор-база в обратном. Теоретически так, а практически тут вот какой вопрос-в данном примере на базу подается как "плюс", так и "минус", как база транзистора различает, что ей использовать для эмиттера и что для коллектора или конструктивно так делается, что для перехода эмиттер-база на базе будет "плюс", а для перехода база-коллектор на базе "минус"? Изначально, когда я разбирал биполярные транзисторы, то "подключил" n-p-n так: на базу-"плюс", на эмиттер-"минус", на коллектор-"плюс". Но в таком случае для перехода база-коллектор мы не можем говорить об обратном смещении, поскольку и на базе "плюс" и на коллекторе, а нам надо чтобы на базе был "минус". Где ошибка?

Для того чтобы транзистор (кремниевый, структуры: N-P-N) был в нормальном активном режиме и появился транзисторный эффект необходимо:
1) Чтобы на коллекторе было напряжение более $+3$ вольт относительно эмиттера
2) Чтобы на базе было напряжение примерно $+0.7$ вольт относительно эмиттера.
И как я понимаю у вас вопрос в каком направлении течёт ток базы?
Ток базы течёт в направлении транзистора (а не из него), потому что коллекторный переход закрыт (и смещён в обратном направлении). А эмиттерный переход приоткрыт.

[Alex-Yu]

Manolo в сообщении #1289479 писал(а):

Начать хотя бы с того, что обуславливает то,

Вы слишком многого хотите от изложения "на пальцах".

[Manolo]

Просто когда говорят-"диффузия", то непонятно как достигаются точные коэффициенты. Ведь это что-то такое, грубо говоря, случайное, ну или вернее от кучи факторов зависящее, включая комнатную температуру ту же. Если мы этот процесс рассматриваем как основной по сравнению с влиянием электрического поля, то вот тут-то у меня ступор и наступает. Мы всегда для транзистора имеем точный коэффициент усиления-если малый в n раз вырос, то и большой в n раз. Это мало походит на диффузию, а скорее на чисто электрический процесс, шире проход, сильнее поле-электроны понеслись.

[Alex-Yu]

Manolo в сообщении #1289479 писал(а):

то я не понимаю.

Как однажды сказал Дирак, в аналогичной ситуации, "это не вопрос, а утверждение".

-- Пт фев 02, 2018 20:40:03 --

Manolo в сообщении #1289485 писал(а):

кучи факторов зависящее, включая комнатную температуру ту же.

Да, характеристики транзистора сильно зависят от температуры. И что?

-- Пт фев 02, 2018 20:42:15 --

Manolo в сообщении #1289485 писал(а):

Это мало походит на диффузию

Ну мало ли чего Вам кажется... Похоже, не похоже... С гаданием на кофейной гуще обратитесь в другое место

Дальше только последовательное математическое описание. Читайте учебники. "На пальцах" дальше продвинуться невозможно.

[Manolo]

rascas
Меня конкретные числа не интересуют. Из того абзаца, что вы процитировали, я хочу понять вот что-на базу подается и "плюс" и "минус", в отличие от эмиттера и коллектора? Я понимаю, что надо сказать корректно-"плюс" и "минус" относительно чего именно. Получается, транзистор конструктивно устроен так, что мы можем через один его вывод(базовый) как "плюс" относительно эмиттера, так и "минус"-относительно коллектора(все это для n-p-n структуры) и никак этот "минус" эмиттер, скажем так, не ощутит ? Просто в теории вроде напряжение между разными парами прикладывается, но в реальности база контактирует и с эмиттером и с коллектором. В этом причина моих сомнений. Хотя вроде бы нормально все должно быть, как бы напряжение-не ток, как оно там прикладывается влиять не должно. Про ток базы-имел в виду управляющий малый ток, а, если говорить корректнее-движение электронов(поскольку ток у нас по определению-это движение положительных частиц). Так вот, если про корректность забыть, то этот малый ток что из себя представляет- малую часть тех электронов, которые пришли в базу из эмиттера, так? А далее я "сел в лужу", поскольку мне говорят с одной стороны про электрическое поле, а с другой про диффузию. И вот в случае диффузии непонятно, как получается что база захватывает N электронов, а коллектор N умножить на k, где k-величина постоянная. Диффузия зависит от огромного количества факторов, это во многом процесс хаотичный, как он управляется так точно-неясно. Я сказал про электрическое поле, но мне ответили, что в базу электроны поступают не столько благодаря ему, сколько именно процессу диффузии.

-- 02.02.2018, 17:03 --

Alex-Yu

Можете привести математическое выражение, которое показывает, как регулируется диффузный ток? И чем обуславливается какое количество электронов "заберет" база, а какое-коллектор?

[Alex-Yu]

Manolo в сообщении #1289493 писал(а):

Можете привести математическое выражение,

Могу.

$$ {\bf j}_e =- \sigma_e{\rm grad}\,\phi + D_e{\rm grad}\, n_e $$

$$ {\bf j}_h =- \sigma_h{\rm grad}\,\phi + D_h{\rm grad}\, n_h $$

К этому добавить уравнение Пуассона, стандартное выражение проводимости (отдельно для дырок и электронов) через подвижность и концентрацию, экспериментально определенные материальные константы, граничные условия для конкретной геометрии. И останется только решить эту систему нелинейных уравнений в частных производных

[Manolo]

Alex-Yu

Спасибо. Это для меня слишком сложно.

Могу я попросить вас подытожить и по шагам расписать, как это делал я выше, работу транзистора в нормальном активном режиме? Представим, что у нас дан транзистор n-p-n и один источник питания. Куда подадим "плюс" питания, куда "минус" и что будет происходить поэтапно?

[SVD-d]

Alex-Yu в сообщении #1289474 писал(а):

Если взять два куска полупроводника, один p-типа, другой n-типа, и привести их в соприкосновение, то действительно электроны будут диффундировать из n-типа в p-тип, а дырки в противоположную сторону.

Это вы погорячились, конечно )
Впрочем, если вы имели в виду атомно-гладкие поверхности, и что при соприкосновении у вас получается нормальная кристаллическая решётка, то ладно.

Manolo в сообщении #1289493 писал(а):

Диффузия зависит от огромного количества факторов, это во многом процесс хаотичный, как он управляется так точно-неясно.

Если что, диффузия - процесс настолько предсказуемый и простой, насколько только может быть предсказуемым что-то, происходящее с электроном. Берём коэффициент диффузии - для электронов в кремнии он $36 \text{см}^{2}/\text{с}$. Берём заряд электрона и профиль концентрации. Подставляем в выражение и считаем:
$j_{диф} = q D \nabla n$.

Но вообще, я сюда не за этим пришёл. Так, на всякий случай я у вас поинтересуюсь...

Manolo в сообщении #1289500 писал(а):

Могу я попросить вас подытожить и по шагам расписать, как это делал я выше, работу транзистора в нормальном активном режиме?

Могли бы вы сейчас здесь по шагам расписать работу диода в открытом и закрытом состоянии?
Не то чтобы это был экзамен или кто-то здесь этого не знал. Просто если вы не понимаете что такое область пространственного заряда, инжекция носителей и диффузионный-дрейфовый ток, то все люди здесь собравшиеся ничего не в силах будут вам объяснить. После вашего ответа станет понятно, какого уровня ответ вам можно будет предложить.

[Manolo]

SVD-d

Диод в закрытом состоянии(если я вас понял верно, речь идет о том состоянии диода, когда мы не прикладываем к нему напряжение, а не об аналоге режима "отсечки", как у транзистора, когда мы напряжением дополнительно "запираем" переход):

Есть легированная n-область, и p-область. В n-области основными носителями заряда выступают электроны, в p-области дырки. Кроме того, есть некоторое количество неосновных носителей заряда в каждой области. Под действием диффузии, то есть проникновение одного вещества в другое, электроны начинают проникать в p-область, а дырки-в n-область. Часть из них рекомбинируют друг с другом-т.е. взаимоуничтожаются с высвобождением некоторой энергии, а остальные "захватываются" близлежащими атомами, и и в результате возникает так называемый "запирающий слой"-в n-области его частью являются дырки, в p-области электроны, образуется электрическое поле(от "плюса" к "минусу"), которое препятствует дальнейшему проникновению частиц, и система приходит в состояние динамического равновесия.

Здесь тоже есть момент, который не до конца мне ясен-чем определяется, когда происходит уничтожение частиц(рекомбинация), а когда атом захватывает электрон? Скоростью? Ведь по сути дела дырка-это "вакантное место" атоме, по отношению к электрону имеющее положительный заряд, а не некая реальная частица.


Идем дальше:

В зависимости от того, как мы подадим напряжение, т.е. как будет направлено электрическое поле, созданное источником питания, мы получим либо усиление запирающего слоя, либо его ослабление, вплоть до "отпирания" и дальнейшего расширения канала. Если "на пальцах", грубо и ненаучно, то напряжение аналогично давлению, поэтому когда наш запирающий слой создает это давление в одну сторону, и приложенное внешнее напряжение в ту же-то получаем его усиление, а если в разные, то все зависит от того, какое поле сильнее и насколько. Ну, а научно, достаточно сказать о направленности электрического поля.

Как-то так.

Мне не ясно именно как диффузия управляется. Ну, открыли мы канал побольше, разве это означает пропорционально больший ток электронов, обусловленный именно диффузией, не полем? С полем у меня нет проблем это понять, а вот диффузия...В моем представлении это процесс хаотичный, зависящий от ряда факторов. Вот скажем, пусть у нас есть сильно легированная область n, открыли мы небольшой канал. Что могло бы заставить электроны туда двинуться, чего им на месте не сидится, грубо говоря? Энергию им может сообщить температура и то, что они будут отталкиваться друг от друга, в любом случае должно быть некое давление, влияние, сила. Просто так электрон никуда не побежит ни с того ни с сего. Отсюда я не понимаю-при диффузии электроны пойдут не только через открытый канал, но и "кто в лес, кто по дрова", куда угодно. Да, они будут отталкиваться друг от друга, да-если открыть канал пошире, ясно, что в итоге их пройдет больше. Но с чего бы тут должна быть прямая зависимость? Это не очевидно, мягко говоря. Мне, во всяком случае. А получается, в случае транзистора n-p-n, что у нас всегда количество электронов, которые база "забирает", пропорционально тому, сколько "забирает" коллектор-там усилили поток в три раза, и в коллекторе произошло то же. Как так-я не понимаю.
В базе вообще дырок мало, а поступает туда уйма электронов. И я возвращаюсь к своему вопросу-что обуславливает как "разделят" электроны база и коллектор? Диффузия? Как именно, по формулам выше? Отчего скажем, через вывод базы вообще проходит хоть сколько-то электронов, а не все они "поглощаются" коллектором?

Я всегда полагал что такое точное деление обуславливает разница полей-одно поле, которое действует между эмиттером и базой, и другое-между базой и коллектором. Первое поле-слабое и потому оно притягивает мало электронов, условно говоря-те, которые оказались "ближе к выходу", а сильное поле коллектора, благодаря своей направленности, подхватывает остальные. Тогда, если мы меняем напряжение, а вместе с ним и ток-открываем шире канал, меняется у нас и сила полей. Вот их, как я полагал, можно сравнить вполне конкретно и получить точные соотношения. А диффузия меня совсем запутала. Жду ваших объяснений.

[Alex-Yu]

Manolo в сообщении #1289525 писал(а):

Вот скажем, пусть у нас есть сильно легированная область n, открыли мы небольшой канал. Что могло бы заставить электроны туда двинуться, чего им на месте не сидится, грубо говоря?

У-у-у-у-у.... какой тяжелый случай... Остальное такого же рода... А мы тут про транзисторы.... Нет, бесполезно.

[amon]

(Оффтоп)

Alex-Yu в сообщении #1289536 писал(а):

А мы тут про транзисторы....

Как сказал один экспериментатор (хороший) на теоретическом семинаре: "Ограничимся рассмотрением одиночного перехода. Как работает биполярный транзистор вы всё равно не поймёте - это для вас сложно".

[Alex-Yu]

amon в сообщении #1289538 писал(а):

Ограничимся рассмотрением одиночного перехода.

Да, тут с одного перехода начинать надо. А скорее даже с еще более базовых вещей. В частности с того, что такое диффузия и какой базовый закон этой диффузии. А тут, на самом деле, еще и диффузия модифицированная наличием поля...

На счет теоретиков меня позабавило Хотя понятно: один переход хорош тем, что это одномерная задача. Во всяком случае такое приближение не бессмысленно. А вот чтобы "ответвление" тока в вывод базы учесть, тут одномерной задачей ну никак не обойтись.

[Manolo]

Господа, а что конкретно не так? То, что я не знаю-это я понял. А как правильно-вы не сказали.

В тех книгах по схемотехнике, которые читал я, что про диод, что про транзисторы о диффузии не сильно много написано, буквально пара слов-что она происходит. И все. Вот и считал я что это процесс второстепенный, а заряды двигаются под действием электрического поля. Поясните, пожалуйста, пусть на примере диода, как именно происходит дело.

Как я выше сказал-если мы не принимаем во внимание электрическое поле, то что заставляет электроны диффундировать? Им же должно что-то сообщить энергию, быть какое-то воздействие на них? Когда мы в стакан наливаем две жидкости, то молекулы одной из них под действием силы тяжести смешиваются с молекулами другой. Здесь какая сила заставляет электроны двигаться в базу?

И что обеспечивает такое точное деление, что база всегда захватывает N электронов, а коллектор N умножить на k, где k-постоянная величина ?

Практически везде, где читал про диоды, транзисторы, про диффузию просто говорится что она есть. Никаких подробностей, что, как и почему. Вот и считал я, что все дело в электрических полях-они заставляют электроны двигаться, причем в определенном направлении, а соотношение малого управляющего тока базы и большого тока коллектора определяется соотношением силы полей эмиттер-база и коллектор-база.

Могу я услышать поэтапно, как происходит на самом деле и главное-почему?

[Alex-Yu]

Manolo в сообщении #1289564 писал(а):

как именно происходит дело.

Так как у Вас нет базовых знаний, это слишком длинно. Как-нибудь потом, может быть (а может и не быть)...

Прежде всего, Вам надо понять что такое диффузия и как она происходит. Достаточно простой книжки на эту тему я что-то не припоминаю. Ну уж слишком простого уровня надо. Может кто другой подскажет. А все это здесь писать... Слишком длинно для форума. Каким образом возникает ток под действием электрического поля Вы тоже, судя по всему, не понимаете. В общем объяснить Вам работу транзистора получается весьма и весьма проблематично. Тем более, что Вы хотите довольно "деликатных" тонкостей этой работы (чем и как количественно определяется коэффициент передачи тока базы). А еще Ваше мышление на эту тему заражено совершенно патологическими представлениями (уже одни только рассуждения про стакан с двумя жидкостями чего стоят...).