BJT: alt hvad du behøver at vide om den bipolære transistor

I vores afsnittet om elektroniske komponenter Vi har allerede talt nok om forskellige typer kommercielle transistorer. Nu er det tid til at dykke dybere ned i en meget brugt transistor, den er familien af BJT transistorer, det vil sige bipolære transistorer, der er så til stede i mange elektroniske enheder, som vi bruger til daglig.

Så du kan lær mere om disse transistorer og forskellene med unipolære...

Hvad er en halvleder?

masse halvledere De er materialer, der har en elektrisk ledningsevne mellem ledernes og isolatorernes. I modsætning til metaller (gode ledere) og ikke-metaller (isolatorer eller dielektriske stoffer) indtager halvledere en unik position, der tillader dem at blive manipuleret til at kontrollere strømmen af ​​elektrisk strøm.

Su krystal struktur, typisk sammensat af elementer som silicium eller germanium, er afgørende for at forstå dens adfærd. Atomerne i disse materialer danner en krystallinsk struktur, hvor elektroner deles mellem atomer i energibånd. Valensbåndet indeholder elektroner, der er tæt bundet til atomer, mens ledningsbåndet indeholder elektroner, der kan bevæge sig frit.

masse halvledermaterialer De er essentielle i fremstillingen af ​​avancerede elektroniske enheder. Silicium, som er en af ​​de mest brugte halvledere, er allestedsnærværende i industrien og danner grundlaget for chips og mikroprocessorer. Ud over silicium er germanium et andet almindeligt halvledermateriale, der er blevet brugt i ældre teknologier. Halvlederforbindelser som galliumarsenid (GaAs) og phosphoren har også fået betydning, især i højfrekvente og optoelektroniske applikationer. Disse materialer gør det muligt at skabe enheder som lysemitterende dioder (LED'er), højfrekvente transistorer og avancerede sensorer, der demonstrerer alsidigheden og vitaliteten af ​​halvledere på forkant med teknologisk innovation.

Lastbærere og elektronisk kørsel

La halvlederes evne til at lede elektricitet ligger i dens evne til at generere ladningsbærere. Ladningsbærere kan være negativt ladede elektroner eller positivt ladede "huller", som er et resultat af elektroner, der er blevet forskudt fra valensbåndet til ledningsbåndet.

Når en spænding påføres en halvleder, vil elektronerne kan bevæge sig fra valensbåndet til ledningsbåndet, der skaber elektrisk strøm. Dette fænomen er kendt som elektronisk ledning og er afgørende for driften af ​​elektroniske enheder.

Doseringsmidler (urenheder)

For at forbedre og kontrollere de elektriske egenskaber af halvledere, Forsætlige urenheder indføres i glasset gennem en proces kaldet doping. Doteringsatomerne kan være af donortypen (tilføje ekstra elektroner) eller af acceptortypen (skabe huller), det vil sige, at den første ville være de såkaldte N-type halvledere og den anden halvledere af P-typen.

Dopanter indfører yderligere energiniveauer i forbudt band, hvilket giver større kontrol over elektronisk kørsel. Nogle almindelige eksempler på dopingmidler er phosphor (donor) og bor (acceptor) for silicium. På denne måde kan der skabes zoner eller junctions for at skabe enheder såsom en diode, som dybest set er en enkelt PN-junction, eller halvledere, som normalt er tre zoner, som vi vil se senere.

Typer af halvledere: indre og ydre

På den anden side, for at forstå BJT, er det også vigtigt at vide hvad typer af halvledere De findes, såsom:

• Iboende: Når der ikke tilsættes urenheder til en halvleder, klassificeres den som iboende. I dette tilfælde skyldes elektrisk ledning udelukkende den termiske generering af ladningsbærere (elektron-hul-par).
• ydre: De er resultatet af bevidst doping med urenheder. N-type (negative) halvledere opnås ved at tilføje donordopanter, mens p-type (positive) halvledere dannes med acceptordopanter. Disse processer gør det muligt at justere de elektriske egenskaber af halvledere i overensstemmelse med applikationernes specifikke behov.

Introduktion til PN-kryds

La PN-kryds Det er et væsentligt koncept inden for halvlederelektronik, der lægger grundlaget for skabelsen af ​​enheder som dioder og transistorer. En PN-junction dannes, når to områder af et halvledermateriale mødes. Disse regioner er P-typen (hvor koncentrationen af ​​positive ladningsbærere eller huller er fremherskende) og N-typen (hvor koncentrationen af ​​negative ladningsbærere eller elektroner er fremherskende). Overgangen mellem disse to regioner skaber en unik grænseflade med specielle elektriske egenskaber.

La dannelse af PN-krydset Det sker normalt gennem en proces kaldet doping, hvor bevidste urenheder indføres i halvledermaterialet. I P-type-regionen anvendes acceptordopanter (såsom bor), mens der i N-type-regionen anvendes donordopanter (såsom fosfor), som jeg nævnte tidligere. Denne proces skaber en koncentrationsgradient af ladningsbærere på tværs af krydset og etablerer dermed den potentielle barriere.

Med hensyn til adfærd af dette PN-kryds, har unikke egenskaber, når det er polariseret i forskellige retninger:

• En fremadrettet polarisering, påføres en spænding i den retning, der begunstiger strømmen gennem krydset. I dette tilfælde bevæger ladningsbærerne sig hen over potentialbarrieren, hvilket tillader elektrisk ledning.
• Tværtimod, i omvendt polarisering, virker den påførte spænding mod potentialbarrieren, hvilket hindrer strømstrømmen. I denne tilstand fungerer PN-forbindelsen som en diode, der tillader ledning i én retning og blokerer den i den modsatte retning.

PN-krydset er grundlaget for mange elektroniske enheder. Dioder udnytter f.eks. egenskaben ved PN-forbindelsen til at tillade strøm i den ene retning og blokere den i den anden. Transistorer, der er grundlæggende for digital logik og signalforstærkning, er også bygget ved hjælp af forskellige PN-forbindelser, som i tilfældet med BJT'er, der kan have NPN- eller PNP-forbindelser...

Hvad er en BJT-transistor?

El bipolar junction transistor (BJT eller Bipolar Junction Transistor) Det er en solid-state elektronisk enhed, der består af to meget tætte PN-forbindelser, der tillader strømstigning, spændingsfald og kontrol af strømgennemstrømningen gennem dens terminaler. Ledning i denne type transistor involverer ladningsbærere af begge polariteter (positive huller og negative elektroner). BJT'er er meget udbredt i analog elektronik og nogle digitale elektronikapplikationer, såsom TTL- eller BiCMOS-teknologi.

La Historien om bipolære transistorer går tilbage til 1947, da John Bardeen og Walter Houser Brattain opfandt den punkt-kontakt bipolære transistor hos Bell Telephone Company. Senere udviklede William Shockley den bipolære junction transistor i 1948. Selvom de var essentielle i årtier, er deres brug faldet til fordel for CMOS-teknologi i digitale integrerede kredsløb.

Strukturen af ​​en BJT består af tre regioner:

• Emitteren (højdoteret og funktionel som ladningsudsender)
• Basen (indsnævrer og adskiller emitteren fra opsamleren)
• Samleren (større forlængelse).

Epitaksial aflejring er den almindelige fremstillingsteknik. Ved normal drift er basis-emitter-forbindelsen fremadrettet, mens basis-kollektorforbindelsen er omvendt forspændt. Driftsprincippet involverer Polarisering direkte polarisering af base-emitter-forbindelsen og omvendt polarisering af base-kollektor-forbindelsen. Elektroner injiceres fra emitteren til solfangeren, hvilket muliggør signalforstærkning. BJT er karakteriseret ved sin lave indgangsimpedans og kan modelleres som en spændingsstyret strømkilde eller en strømstyret strømkilde.

Bipolær transistordrift

Hvad angår drift, har vi det i en bipolar junction transistor (BJT) i NPN-konfiguration, Basis-emitterforbindelsen er fremadpolariseret, og basis-kollektorforbindelsen er omvendt polariseret.. Termisk omrøring tillader ladningsbærerne fra emitteren at krydse emitter-base potentialbarrieren og nå kollektoren, drevet af det elektriske felt mellem basen og solfangeren. I typisk drift er base-emitter-forbindelsen fremadrettet, hvilket tillader elektroner at blive injiceret i basisområdet og bevæge sig mod kollektoren. Basisområdet skal være tyndt for at minimere bærerekombination, før det når base-kollektorforbindelsen. Kollektor-emitter-strømmen kan styres af basis-emitter-strømmen (strømstyring) eller af basis-emitter-spændingen (spændingsstyring). I en PNP-transistor er det omvendt...

Forskelle med den unipolære transistor

Transistorer kan klassificeres i to hovedkategorier: bipolære og unipolære. Det centrale forskelle Det vi finder mellem de to er:

• BJT eller bipolar: Ligesom unipolære transistorer har bipolære transistorer også positive og negative ladningsbærere, det vil sige med P- og N-doterede områder i deres struktur. Hvad angår polarisering, kan de polariseres direkte eller omvendt, afhængigt af hvad der er behov for, og kan være af NPN- eller PNP-typen. Hvad angår driftstilstandene, kan de fungere i aktiv tilstand, skæretilstand og mætningstilstand. De er strømstyrede og har en strømforstærkning repræsenteret ved bogstavet β (beta). Strømtabet i dette tilfælde er højere end for unipolære transistorer, og dets hastighed er generelt langsommere end unipolære transistorer. Derfor bruges de ofte i blandt andet analoge signalforstærkere og lavfrekvent switching. BJT'er er mere modtagelige for støj.
• FET eller unipolær: Unipolære eller felteffekttransistorer bruger også ladningsbærere, men her har vi elektroner eller huller alt efter typen. Hovedpolariseringen her er den omvendte, og driftstilstandene er hovedsageligt i mætning. I dette tilfælde har vi spændingsstyrede transistorer. Strømforstærkningen er i dette tilfælde repræsenteret af transkonduktans, effekttabet er mindre end i bipolære, og de er hurtigere. Af denne grund bruges de ofte til højfrekvent kobling og digitale kredsløb. Unipolære er mindre modtagelige for støj.

BJT-type (NPN og PNP)

Som jeg har kommenteret i flere dele af artiklen, er der to hovedtyper af BJT transistorer:

• NPN-transistorer: De er en del af en af ​​de to grundlæggende typer bipolære transistorer, hvor bogstaverne "N" og "P" angiver de fleste ladningsbærere, der er til stede i de forskellige områder af enheden. I øjeblikket er de fleste bipolære transistorer af NPN-typen, da mobiliteten af ​​elektroner er højere end for "huller" i halvledere, hvilket tillader højere strømme og højere driftshastigheder. Strukturen af ​​en NPN-transistor omfatter et lag af P-doteret halvledermateriale, kaldet "basen", beliggende mellem to lag af N-doteret materiale. I common-emitter-konfigurationen forstærkes en lille strøm, der flyder ind i basen ved udgang af manifolden. NPN-transistorsymbolet inkluderer en pil, der peger på emitterterminalen og retningen af ​​konventionel strøm under aktiv drift af enheden.
• PNP transistorer: Den anden type bipolære transistorer, de har bogstaverne "P" og "N", der refererer til de fleste opladninger i forskellige områder af enheden. Selvom det er mindre almindeligt i dag, består PNP-transistorer af et lag af N-doteret halvledermateriale mellem to lag af P-doteret materiale. Ved typisk drift er kollektoren forbundet til jord, og emitteren er forbundet med kildens positive terminal. strømforsyning via en ekstern elektrisk belastning. En lille strøm, der strømmer ind i basen, gør det muligt at strømme en betydeligt større strøm fra emitteren til kollektoren. Pilen i PNP-transistorsymbolet er placeret på emitterterminalen og peger i retning af konventionel strøm under aktiv drift af enheden. På trods af deres lavere udbredelse foretrækkes NPN-transistorer i de fleste situationer på grund af deres bedre ydeevne.

Du kan se alle detaljerne på billederne ovenfor.

Anvendelser af en BJT

Bipolære junction transistorer (BJT'er) bruges i en række forskellige applikationer inden for elektronik, Jeg har allerede kommenteret nogle tilfælde tidligere, men her viser jeg dig en liste med nogle af de vigtigste applikationer eller anvendelser af disse transistorer:

• Signalforstærkning: BJT'er bruges almindeligvis til at forstærke svage signaler, såsom dem fra sensorer eller mikrofoner, i lyd- og radiofrekvenskredsløb.
• Kommutering: De bruges til at styre strømskifte i digitale og logiske kredsløb, såsom elektroniske switche, for at implementere logiske porte.
• Effektforstærkere: De bruges i effektforstærkningstrin i lydsystemer og RF (radiofrekvens) forstærkere. Faktisk var en af ​​de første applikationer, som disse transistorer blev designet til, til dette, og erstattede tidligere vakuumrør.
• Energikilder: De kan konfigureres til at udsende konstant strøm, hvilket er nyttigt i visse strømreferencekredsløb og applikationer. Du vil også finde dem i spændingsregulatorsystemer eller kredsløb for at opretholde en konstant spænding ved udgangen af ​​strømforsyningen.
• Oscillatorer: De bruges i oscillatorkredsløb til at generere periodiske signaler, såsom i sinusbølgegeneratorer.
• RF forstærkning: I kommunikationssystemer bruges BJT'er i radiofrekvenssignalforstærkningstrin.
• Amplitude og frekvensmodulation: De bruges i moduleringskredsløb til at ændre karakteristika for lyd- eller RF-signaler. De kan også implementeres i nogle sensorer eller detektorer til at behandle signalerne.

Sådan kontrolleres en BJT-transistor

Det er vigtigt at kontrollere en BJT-transistor for at sikre, at den fungerer korrekt. Hvis du vil vide, hvordan du gør det, skal du kun bruge et multimeter eller multimeter, der har denne funktion til at kontrollere bipolære transistorer. Og måden at fortsætte på er meget enkel, du skal bare følge disse trin:

• BJT NPN: Først skal du identificere Emitter (E), Base (B) og Collector (C) terminaler eller ben, som din transistor inkluderer. Afhængigt af modellen kan du konsultere databladene for flere detaljer, selvom det er let at vide. Når du har identificeret terminalerne og multimeteret ved hånden, er den næste ting blot at indsætte stifterne korrekt i hullerne til dette formål. Hvis dit multimeter ikke har denne funktion, kan du bruge dette andet alternativ:
  1. Sæt multimeteret i transistortesttilstand, det vil sige drej hjulet for at vælge symbolet til måling af jævnspænding (V —).
  2. Berør de ønskede stifter med multimeterproberne:
     • Når du tjekker BE eller Base-Emitter junction, bør du se en spændingsaflæsning på skærmen mellem 0.6 og 0.7v, afhængigt af transistoren.
     • Når du tjekker BC- eller Base-Collector-forbindelsen, rører du ved disse andre terminaler, og spændingsaflæsningen bør svare til ovenstående.
     • For at kontrollere strømforstærkningen (hFE), drej valgknappen til hFE-funktionen. Og ved at røre ved emitter og base, og emitter og solfanger med proberne for at bestemme forstærkningen hFE, som vil være forholdet mellem de to.
• BJT PNP: i dette andet tilfælde er verifikationen ens, kun på den modsatte måde af en NPN.

Hvis de opnåede resultater er værdier uden for forventningerne, vil transistoren indikere, at den ikke virker eller er defekt og skal udskiftes.

Hvor kan man købe en BJT

Hvis du ønsker at købe billige BJT transistorer, kan du gøre det i enhver elektronikbutik eller specialiseret online platform. Et sted, hvor du finder disse BJT-enheder, er på Amazon, og vi anbefaler disse:

AUKENIEN 23 Værdier...

Ingen anmeldelser

13,99 €

Se tilbud Se funktioner