Hoe werkt een transistor? Deel II: de transistor en de thyristor

Hoe werkt een transistor

Transistor & thyristor

Servers » TechTalk » Electronica » Werking transistor » Transistor en thyristor

OP de vorige pagina hebben we het gehad over de werking van een diode en de verschillende soorten diodes. Lees eerst deze pagina als je hier terechtgekomen bent door een google-verwijzing (bedankt google).

3 4 5

Fig. 3:
Een transistor heeft drie lagen, NPN of PNP die emitter, base en collector genoemd worden. In het geval van een NPN transistor kan de electronenstroom lopen van emitter naar basis en van collector naar basis. De transistor gedraagt zich hier als twee diodes.

Fig. 4:
De transistor is gemaakt om een stroom te controleren tussen emitter en collector, maar in normale conditie kan de stroom niet lopen, want die wordt tegengehouden door de tweede uitputtingslaag, de laag tussen basis en collector.

Fig. 5:
Maar de stroom kan wel tussen emittor en base lopen (voorwaarts gepolariseerde diode). De base is echter zo dun, dat de meeste electronen verder gaan tot aan de collector en niet opgevangen worden door de base. Slechts één procent ongeveer van de electronen wordt door de base opgenomen, de rest wordt door de grote collector aangetrokken.

Een zwakke stroom tusse emitter en base veroorzaakt dus een sterkere stroom tussen emitter en collector (ongeveer 100× sterker). De collectorstroom is proportioneel aan de basisstroom. De collectorspanning speelt geen grote rol.

Vermogenstransistoren en hoogspanningstransistoren die doorgaans een dikkere base hebben, hebben een lagere stroomversterking. De versterking ontstaat hier door het feit dat men met een relatief lage spanning van enkele volts een veel hogere spanning kan controleren.

Omdat de dikte van de basis vroeger zeer moeilijk in te stellen was, werden de transistoren achteraf in versterkingsklassen gesorteerd, bijvoorbeeld BC107A, BC107B, BC107C. Het was dezelfde machine die alle transistoren produceerde, en achteraf werd het type bepaald door de stroomversterking te meten.

De werking van een NPN of PNP transistor is in de praktijk identiek, maar de polariteit is omgekeerd:

NPN
Minpool voeding op de emitter
Stuurstroom op basis positief ten opzichte van emitter
Belasting wordt tussen collector en pluspool van de voeding aangesloten
PNP
Pluspool voeding op de emitter
Stuurstroom op basis negatief ten opzichte van de emitter
Belasting wordt tussen collector en minpool van de voeding aangesloten

De versterkerklassen van transistoren worden op deze pagina besproken.

Men kan geen transistorwerking bekomen door twee losse diodes te gebruiken: het is juist de dunne basis die ervoor zorgt dat een transistor versterkt.

Thyristor

Een thyristor heeft een extra laag. Zou men hier ook de thyristor opbouwen uit losse diodes dan zou die thyristor niet werken. Het is juist omdat die extra laag zo dun is dat er interactie is tussen de lagen.

In de praktijk gedraagt de thyristor zich als een dubbele transistor. De aansluitingen heten cathode (komt overeen met de emitter), gate (base) en anode (collector). Hier ook controleert de thyristor een stroom tusse cathode en anode, terwijl de sturing aangelegd wordt tussen cathode en gate.

We leggen een positieve spanning aan op de gate, waardoor de eerste transistor (de onderste, NPN type) in geleiding kan gaan. Daardoor gaat echter ook de bovenste in geleiding (PNP), want de collectorstroom van de onderste transistor gaat door de base van de bovenste transistor. Doordat de bovenste transistor in geleiding gaat wordt de onderste transistor verder in geleiding getrokken. We kunnen nu de positieve spanning wegnemen, de thyristor blijft in geleiding.

De thyristor kan enkel uit geleiding gebracht worden door de anodestroom te reduceren tot onder een minimale waarde. Dit kan men doen door de thyristor in geleiding te kortsluiten door een extra transistor (of thyristor) die in geleiding gebracht wordt. Indien de thyristor gebruikt wordt met wisselspanning, dan kan de thyristor enkel geleiden tijdens de positieve fasen (anode positef), en gaat die automatisch uit geleiding als de voedingsspanning negatief wordt.

De thyristor wordt SCR of (minder vaak) SCS genoemd (Silicon Controlled Rectifier en Silicon Controlled Switch). De klassieke thyristor is een SCR. Bij een SCS is het mogelijk de thyristor uit geleiding te brengen door een negatieve puls op de gate, bij een SCR lukt dit niet.

Een thyristor kan opgebouwd worden uit twee losse transistoren, maar men moet weerstanden voorzien om de basisstroom binnen de grenzen te houden. In ons voorbeeld loopt al de anodestroom door de basis van de bovenste transistor, en als de thyristor uit losse transistoren opgebouwd is, is die transistor meestal niet berekend op een zo hoge basisstroom. De uit losse transistoren opgebouwde thyristor heeft de eigenschappen van een SCS.

Omgekeerd aansluiten

Aangezien de transistor gemaakt wordt uit NPN (of PNP) lagen die overeenkomen met de emitter, de base en de collector, zou die ook omgekeerd werken (dus met de emitter in de plaats van de collector)?

In principe zal de transistor inderdaad werken, maar niet optimaal. Omdat de grootste spanningsval bij de junktie tussen base en collector gebeurt is die laag ook groter uitgevoerd. De transistor zal werken, maar de stroomversterking zal lager zijn, de maximale spanning zal beperkt moeten worden en vooral: de transistor zal een veel lager vermogen kunnen ontwikkelen.

Het voorbeeld rechts toont een dwarsdoorsnede door een vermogenstransistor. Het is een doorsnede door een ronde transistor: de emitter "drijft" op de base, die op zijn beurt op de collector drijft. Met deze constructie kan de warmte goed afgevoerd worden, maar door de grote junctie is de capaciteit tusse base en collector zeer hoog. Transistoren met een dergelijke constructie kunnen enkel gebruikt worden in laagfrekwent toepassingen. De junctie tussen base en collector (daar waar de spanningsval het hoogst is (en dus ook de warmteontwikkeling)) is rood gestippeld aangeduid.

Ook veldeffekt-transistoren (zie volgende pagina) kunnen in beide richtingen werken. Hier ook is er een voorkeursrichting (vooral voor vermogenstransistoren). De voorkeursrichting is minder uitgesproken voor kleine vermogens en de transistor gedraagt zich als een echte regelbare weerstand.

Publicités - Reklame