Teoretična načela
Tranzistorje (v nadaljevanju tranzistorje) glede na material delimo na dve vrsti: germanijeve tranzistorje in silicijeve tranzistorje. Vsak tip ima dve strukturni obliki: NPN in PNP. Najpogosteje pa se uporabljajo silicijevi NPN in germanijevi PNP tranzistorji. (Kjer N pomeni negativni naboj; polprevodniki tipa N- so izdelani z dodajanjem fosforja siliciju visoke -čistosti, da nadomestijo nekatere atome silicija, pri čemer se ustvarijo prosti elektroni za prevajanje električne energije pod napetostno stimulacijo. P pomeni pozitivni naboj; bor je dodan, da nadomesti silicij, kar ustvari veliko število lukenj za lažjo prevodnost.) Poleg razlike v polarnosti napajanja je njihovo delovanje principi so enaki. Naslednje predstavlja samo načelo trenutnega ojačanja silicijevih tranzistorjev NPN.
Tranzistor NPN je sestavljen iz dveh polprevodnikov tipa N-, ki sta v sendviču polprevodnika tipa P-. PN spoj, ki nastane med emitorsko in bazno regijo, se imenuje emiterski spoj, PN spoj, ki nastane med kolektorsko in bazno regijo, pa se imenuje kolektorski spoj. Trije vodi se imenujejo emiter (e), baza (b) in kolektor (c).
Ko je potencial v točki b nekaj desetink volta višji od potenciala v točki e, je emiterski spoj nagnjen naprej. Nasprotno, ko je potencial v točki C nekaj voltov višji od potenciala v točki b, je kolektorski spoj obratno prednapet. Zato mora biti kolektorsko napajanje Ec višje od osnovnega napajanja Eb.
Pri izdelavi tranzistorjev je večinska koncentracija nosilcev v območju oddajnika namenoma večja od koncentracije v območju baze. Hkrati je osnovno območje zelo tanko, vsebnost nečistoč pa je strogo nadzorovana. Tako, ko je moč uporabljena, zaradi prednapetosti emiterskega spoja, večinski nosilci (elektroni) v emitorskem območju in večinski nosilci (luknje) v osnovnem območju zlahka difundirajo čez emitorski spoj drug proti drugemu. Ker pa je koncentracija elektronov bistveno večja od koncentracije lukenj, je tok skozi emiterski spoj predvsem tok elektronov; ta tok elektronov imenujemo tok emiterskih elektronov.
Ker je bazno območje zelo tanko in zaradi obratne prednapetosti kolektorskega spoja, večina elektronov, vbrizganih v bazno območje, prečka kolektorski spoj in vstopi v kolektorsko območje ter tvori kolektorski tok Icn. Le majhno število (1-10 %) elektronov se rekombinira z luknjami v baznem območju. Luknje, izgubljene zaradi rekombinacije, se dopolnijo z osnovnim napajalnikom Eb in tako tvorijo osnovni tok Ibn. Po načelu kontinuitete toka:
Npr.=Ib + Ic
To pomeni, da z dodatkom zelo majhnega Ib na bazo lahko dobimo večji Ic na kolektorju. To je tako-učinek ojačanja toka. Ic in Ib ohranjata določeno sorazmerno razmerje, tj.
1=Ic/Ib
Kjer je: 1 -- imenovan faktor ojačenja enosmernega toka,
Razmerje med spremembo kolektorskega toka ΔIc in spremembo osnovnega toka ΔIb je:
= △Ic/△Ib V tej formuli se imenuje faktor ojačenja izmeničnega toka. Ker vrednosti 1 in niso bistveno drugačne pri nizkih frekvencah, včasih niso strogo ločene zaradi udobja in je vrednost približno deset do več kot sto.
1=Ic/Ie (Ic in Ie sta velikosti toka v enosmerni poti)
V tej formuli: 1 se imenuje tudi ojačevalni faktor enosmernega toka, ki se običajno uporablja v običajnih-vezjih ojačevalnikov baze in opisuje razmerje med emitorskim tokom in kolektorskim tokom.
=△Ic/△Ie
V tem izrazu je izmenični{0}}faktor ojačenja toka skupne baze. Podobno se in 1 ne razlikujeta bistveno pri majhnih signalnih vhodih.
Med obema faktorjema ojačanja, ki opisujeta trenutna razmerja, obstaja naslednje razmerje:
Učinek ojačitve toka tranzistorja dejansko uporablja majhno spremembo osnovnega toka za nadzor večje spremembe kolektorskega toka.
Tranzistor je naprava za ojačitev toka, vendar se v praktičnih aplikacijah upor pogosto uporablja za pretvorbo učinka ojačenja toka tranzistorja v učinek ojačenja napetosti.
Načelo ojačanja
1. Emisija elektronov od emitorja do baze
Napajanje Ub se napaja na oddajnem spoju prek upora Rb, pri čemer se-napaja oddajni spoj. Večinski nosilci (prosti elektroni) v emiterskem območju neprekinjeno prečkajo emiterski spoj v bazno področje in tvorijo emiterski tok Ie. Hkrati večinski nosilci v baznem območju tudi difundirajo v emitorsko področje. Ker pa je koncentracija večinskega nosilca veliko nižja od tiste v območju oddajnika, lahko ta tok zanemarimo. Zato lahko emiterski spoj štejemo predvsem za tok elektronov.
2. Elektronska difuzija in rekombinacija v baznem območju
Po vstopu v bazno območje se elektroni sprva koncentrirajo blizu emiterskega spoja in postopoma tvorijo gradient koncentracije elektronov. Pod vplivom tega gradienta tok elektronov difundira iz baznega območja proti kolektorskemu spoju, kjer ga električno polje kolektorskega spoja potegne v kolektorsko območje in tvori kolektorski tok Ic. Majhen del elektronov (zaradi tanke bazne regije) se rekombinira z luknjami v bazni regiji. Razmerje med razpršenim elektronskim tokom in rekombinacijskim elektronskim tokom določa zmožnost ojačanja tranzistorja.
3. Zbiranje elektronov v območju kolektorja
Zaradi velike povratne napetosti, uporabljene na kolektorskem spoju, bo električno polje, ki ga ustvari ta obratna napetost, preprečilo difuzijo elektronov iz kolektorskega območja v bazno področje. Hkrati bo potegnil elektrone, ki so difundirali v bližino kolektorskega spoja, v kolektorsko območje in tako oblikoval glavni kolektorski tok Icn. Poleg tega bodo manjšinski nosilci (luknje) v kolektorskem območju prav tako odnesli proti osnovnemu območju in tvorili obratni tok nasičenja, označen z Icbo. Njegova vrednost je zelo majhna, vendar je izjemno občutljiv na temperaturo.
