Om de werking van een transistor te begrijpen moeten we eerst uitleggen hoe een diode werkt.

Door een spanning aan te leggen komen elekronen los uit het rooster en ontstaat er zo een kleine stroom. Als de temperatuur opgevoerd wordt, komen er meer electronen los, waardoor de stroom toeneemt. Dit effekt is vooral merkbaar bij germanium. In bepaalde schakelingen moet men de stroomtoename bij een hogere temperatuur compenseren om beschadiging van de transistor te vermijden.

Zuivere germanium of silicium worden echter niet gebruikt omdat de natuurlijke geleiding te zwak is.

Germanium of silicium kan gedopeerd worden met vijwaardige elementen zoals antimoon (Sb). Deze elementen hebben 5 electronen in hun buitenste schil, en dus één electron te veel om een stabiele rooster te vormen. Dit electron komt gemakkelijk los en verbeterd dus de geleiding van germanium of silicium. Deze halfgeleider is N gedopeerd (omdat de electronen een negatieve lading hebben).

Een halfgeleider kan ook gedopeerd worden met driewaardige elementen zoals boor of indium (In). Deze elementen hebben een electron te weinig op hun buitenste schil om een stabiele roosterstruktuur te vormen. Hier wordt de electrische stroom gerealiseerd door de electronen die van het ene gat naar het andere springen. De halfgeleider wordt als P gedopeerd aangeduid.

1

Diode

De uitputtingslaag kan niet onbeperkt groeien, want er ontstaat een electrostatische lading die de verdere beweging van electronen tegen gaat. De atomen zelf zitten vast in een roosterstruktuur en kunnen niet migreren. Het zijn de meer beweeglijke electronen die voor de electrostatische lading zorgen.

De twee afbeeldingen links tonen een germanium signaaldiode OA85 die vaak gebruikt werd om het videosignaal in televisies te detecteren. De diode gebruikt nog de oude buizen-nomenclatuur (Philips/Mullard) waarbij de "O" voor "geen gloeispanning" stond. In de Pro-Electron nomenclatuur zal men de letters A en B gebruiken voor germanium en silicium (AA115, BY126,...).

Dit is een punt-contact diode, dat was in de tijd de enige manier om diodes te fabriceren (ook de eerste transistoren werden volgens dit proces gemaakt, maar de eigenschappen waren zeer slecht). De eerste puntcontact diodes en transistoren staan hier uitgelegd.

Een fijne metalen punt (metaal = overvloed aan electronen) maakt de verbinding met een driewaardig gedopeerd germaniumkristal (driewaardig = te weinig electronen). Op het einde van de fabricage wordt er een gecalibreerde stroom door de diode gestuurd, zodat er een kleine hoeveelheid germanium op die plaats vloeibaar wordt zodat er een legering ontstaat en de eigenschappen van de diode gestabiliseerd worden.

De diode is geschikt voor een reverse spanning van 90V en een maximale stroom van 50mA. Bij een stroom van 100µA bedraagt de spanningsval over de diode 0.2V. Punt-contact diodes worden tegenwoordig nog gebruikt in hoogfrekwente toepassingen (radar en satelliet) wegens de zeer lage capaciteit, ongeveer 0.1 à 1pF.

Het sysbool van de diode is afgeleid van de vorm van de oorspronkelijke punt-contact diodes.

2

Legt men een spanning aan tussen de twee lagen, dan wordt de uitputtingslaag dikker of dunner naargelang de polariteit (versterking of verzwakking van het electrostatisch veld). Als de spanning voldoende hoog is verdwijnt de uitputtingslaag en gaat de diode geleiden (in één enkele richting).

Voor germanium (Ge) bedraagt de minimale spanning 0.1V, voor silicium (Si) 0.6V. Dit is overigens geen plotse overgang: door thermische agitatie (ruis) kunnen er al electronen de sprong door de uitputtingslaag maken bij een lagere spanning.

Zener diode

De diode werkt zoals een gewone diode in doorlaatrichting, maar in omgekeerde richting slaat de depletiezone door vanaf een bepaalde spanning, de zenerspanning. Je moet het doorslaan niet zien als een kortsluiting ("de stoppen slaan door"), maar als een natuurkundig fenomeen (tunneleffekt). Als de stroom beperkt wordt tot een veilige waarde raakt de diode niet beschadigd. Een zenerdiode wordt gebruikt als spanningsstabilisator voor lage vermogens of als referentie-element.

De ervaring leert dat een zener diode defekt kan gaan, zelfs als die correct gebruikt wordt. De fout doet zich voor na jaren normaal gebruik en wordt gekenmerkt door een volledige kortsluiting.

Varicap diode

Alle diodes vertonen dit effekt, maar er worden speciale diodes gebouwd die een goed gedefinieerde uitputtingszone hebben (en dus ook een welbepaalde capaciteit bij een bepaalde spanning). Ze worden gebruikt in hoogfrekwente afgestemde kringen om de frekwentie te wijzigen, bijvoorbeeld in televisie en FM tuners. Ze worden ook gebruikt om de frekwentiedrift van afgestemde kringen tegen te gaan (verlopen van de frekwentie), dit is de AFC die bijvoorbeeld in FM tuners gebruikt wordt (automatic frequecy control).

Er zijn twee voorbeelden van gebruik van een varicapdiode voor de automatische fijnafstemming op de pagina transistorradios.

Schottky en PIN diodes

De PIN diode heeft een extra weinig gedopeerde zone tussen de P en de N laag. Deze zone heeft een intrinsieke slechte geleiding omdat die laag uit nagenoeg zuiver silicium bestaat. De diode wordt gebruikt om hoogfrekwente signalen te schakelen. Deze diode heeft geen aangepaste symbool.

En we gaan verder met de werking van de transistor.