שלנו סעיף רכיבים אלקטרוניים כבר דיברנו מספיק על סוגים שונים של טרנזיסטורים מסחריים. עכשיו הגיע הזמן להעמיק בטרנזיסטור בשימוש נרחב, זה המשפחה של טרנזיסטורי BJT, כלומר, טרנזיסטורים דו-קוטביים, כל כך נוכחים במכשירים אלקטרוניים רבים שאנו משתמשים בהם על בסיס יומי.
אז אתה יכול למד עוד על טרנזיסטורים אלה וההבדלים עם חד-קוטביים...
מהו מוליך למחצה?
-
- SONY DSC
-
- SONY DSC
ل מוליכים למחצה הם חומרים שיש להם מוליכות חשמלית בין זו של מוליכים לזו של מבודדים. בניגוד למתכות (מוליכים טובים) ולא-מתכות (מבודדים או דיאלקטריים), מוליכים למחצה תופסים עמדה ייחודית המאפשרת לתמרן אותם כדי לשלוט בזרימת הזרם החשמלי.
Su מבנה גביש, המורכב בדרך כלל מיסודות כגון סיליקון או גרמניום, חיוני להבנת התנהגותו. האטומים של חומרים אלה יוצרים מבנה גבישי שבו אלקטרונים משותפים בין אטומים ברצועות אנרגיה. פס הערכיות מכיל אלקטרונים הקשורים בחוזקה לאטומים, ואילו פס ההולכה מכיל אלקטרונים שיכולים לנוע בחופשיות.
ل חומרים מוליכים למחצה הם חיוניים בייצור של מכשירים אלקטרוניים מתקדמים. סיליקון, בהיותו אחד המוליכים למחצה הנפוצים ביותר, נמצא בכל מקום בתעשייה ומהווה בסיס לשבבים ומיקרו-מעבדים. בנוסף לסיליקון, גרמניום הוא חומר מוליכים למחצה נפוץ נוסף ששימש בטכנולוגיות ישנות יותר. גם תרכובות מוליכים למחצה כמו גליום ארסניד (GaAs) ופוספורן קיבלו חשיבות, במיוחד ביישומים בתדר גבוה ואופטואלקטרוניקה. חומרים אלו מאפשרים יצירת מכשירים כגון דיודות פולטות אור (LED), טרנזיסטורים בתדר גבוה וחיישנים מתקדמים, המדגימים את הרבגוניות והחיוניות של מוליכים למחצה בחזית החדשנות הטכנולוגית.
מובילי מטען ונהיגה אלקטרונית
La היכולת של מוליכים למחצה להוליך חשמל טמון ביכולת שלו ליצור נושאי מטען. נושאי מטען יכולים להיות אלקטרונים בעלי מטען שלילי או "חורים" בעלי מטען חיובי, הנובעים מאלקטרונים שהועברו מפס הערכיות לפס ההולכה.
כאשר מופעל מתח על מוליך למחצה, האלקטרונים יכול לעבור מרצועת הערכיות לפס ההולכה, יצירת זרם חשמלי. תופעה זו מכונה הולכה אלקטרונית והיא חיונית לפעולתם של מכשירים אלקטרוניים.
חומרים מטלטלים (זיהומים)
כדי לשפר ולשלוט בתכונות החשמליות של מוליכים למחצה, זיהומים מכוונים מוכנסים לזכוכית באמצעות תהליך שנקרא סימום. האטומים הדופנטים יכולים להיות מהסוג התורם (הוספת אלקטרונים נוספים) או מסוג המקובל (יצירת חורים), כלומר, הראשון יהיה מה שנקרא מוליכים למחצה מסוג N והשני מוליכים למחצה מסוג P.
דופטנטים מכניסים רמות אנרגיה נוספות לתוך להקה אסורה, המאפשר שליטה רבה יותר בנהיגה אלקטרונית. כמה דוגמאות נפוצות של דופנטים הן זרחן (תורם) ובור (מקבל) לסיליקון. בדרך זו, ניתן ליצור אזורים או צמתים ליצירת התקנים כגון דיודה, שהיא בעצם צומת PN בודד, או מוליכים למחצה, שהם בדרך כלל שלושה אזורים כפי שנראה בהמשך.
סוגי מוליכים למחצה: פנימיים וחיצוניים
מצד שני, כדי להבין את ה-BJT, חשוב גם לדעת מה סוגי מוליכים למחצה הם קיימים, כגון:
- פְּנִימִי: כאשר לא מתווספים זיהומים למוליך למחצה, הוא מסווג כמקורי. במקרה זה, הולכה חשמלית נובעת אך ורק מהייצור התרמי של נושאי מטען (זוגות אלקטרונים-חורים).
- חִיצוֹנִי: הם תוצאה של סימום מכוון עם זיהומים. מוליכים למחצה מסוג N (שליליים) מתקבלים על ידי הוספת דופטנטים תורם, בעוד שמוליכים למחצה מסוג p (חיוביים) נוצרים עם דומנטים מקבלי. תהליכים אלו מאפשרים להתאים את המאפיינים החשמליים של מוליכים למחצה בהתאם לצרכים הספציפיים של היישומים.
מבוא לצמתי PN
La צומת PN זהו מושג חיוני באלקטרוניקה מוליכים למחצה שמניח את הבסיס ליצירת מכשירים כגון דיודות וטרנזיסטורים. צומת PN נוצר כאשר שני אזורים של חומר מוליכים למחצה מתאחדים. אזורים אלו הם האזור מסוג P (שבו הריכוז של נושאי מטען חיוביים או חורים הוא השולט) והאזור מסוג N (שבו ריכוז נשאי המטען השלילי או האלקטרונים הוא השולט). המעבר בין שני אזורים אלו יוצר ממשק ייחודי בעל תכונות חשמליות מיוחדות.
La היווצרות צומת PN זה מתרחש בדרך כלל באמצעות תהליך שנקרא סימום, שבו זיהומים מכוונים מוכנסים לחומר המוליך למחצה. באזור מסוג P משתמשים בחומרי ספיגה (כגון בורון), בעוד שבאזור מסוג N משתמשים בחומרים תורמים (כגון זרחן), כפי שציינתי קודם. תהליך זה יוצר שיפוע ריכוז של נושאי מטען על פני הצומת, ובכך מבסס את המחסום הפוטנציאלי.
באשר ל התנהגות של צומת PN זה, יש תכונות ייחודיות כאשר מקוטבים בכיוונים שונים:
- En קיטוב קדימה, מתח מופעל בכיוון המעדיף זרימת זרם דרך הצומת. במקרה זה, נושאי המטען נעים על פני מחסום הפוטנציאל, ומאפשרים הולכה חשמלית.
- להפך, ב קיטוב הפוך, המתח המופעל פועל נגד מחסום הפוטנציאל, ומפריע לזרימת הזרם. במצב זה, צומת ה-PN פועל כמו דיודה, מאפשר הולכה בכיוון אחד וחוסם אותה בכיוון ההפוך.
צומת PN הוא הבסיס של מכשירים אלקטרוניים רבים. דיודות, למשל, מנצלות את התכונה של צומת PN כדי לאפשר זרימת זרם בכיוון אחד ולחסום אותו בכיוון השני. טרנזיסטורים, הבסיסיים ללוגיקה דיגיטלית והגברת אותות, בנויים גם באמצעות צמתים PN שונים, כמו במקרה של BJTs שיכולים להיות בעלי NPN או PNP צמתים...
מהו טרנזיסטור BJT?
El טרנזיסטור צומת דו קוטבי (BJT או טרנזיסטור צומת דו קוטבי) זהו מכשיר אלקטרוני במצב מוצק המורכב משני צמתים PN קרובים מאוד, המאפשרים עליית זרם, ירידה במתח ושליטה בזרימת הזרם דרך המסופים שלו. הולכה בטרנזיסטור מסוג זה מערבת נושאי מטען של שני הקוטביות (חורים חיוביים ואלקטרונים שליליים). BJTs נמצאים בשימוש נרחב באלקטרוניקה אנלוגית ובכמה יישומי אלקטרוניקה דיגיטלית, כגון טכנולוגיית TTL או BiCMOS.
La ההיסטוריה של טרנזיסטורים דו-קוטביים מתחילה בשנת 1947, כאשר ג'ון ברדין ווולטר האוזר ברטן המציאו את הטרנזיסטור הדו-קוטבי מגע נקודתי בחברת הטלפונים בל. מאוחר יותר, ויליאם שוקלי פיתח את טרנזיסטור הצומת הדו-קוטבי בשנת 1948. למרות שהם היו חיוניים במשך עשרות שנים, השימוש בהם ירד לטובת טכנולוגיית CMOS במעגלים משולבים דיגיטליים.
המבנה של BJT מורכב מ שלושה אזורים:
- הפולט (מסומם מאוד ומתפקד כפולט מטען)
- הבסיס (מצמצם ומפריד בין הפולט לקולט)
- האספן (סיומת גדולה יותר).
שקיעה אפיטקסיאלית היא טכניקת הייצור הנפוצה. בפעולה רגילה, צומת הבסיס-פולט מוטה קדימה, בעוד שצומת הבסיס-אספן מוטה לאחור. עקרון הפעולה כולל את קיטוב קיטוב ישיר של צומת הבסיס-פולט וקיטוב הפוך של צומת הבסיס-אספן. אלקטרונים מוזרקים מהפולט לקולט, מה שמאפשר הגברת אות. ה-BJT מאופיין בעכבת הכניסה הנמוכה שלו וניתן לעצב אותו כמקור זרם מבוקר מתח או כמקור זרם מבוקר זרם.
פעולת טרנזיסטור דו קוטבי
באשר לפעולה, יש לנו את זה בטרנזיסטור צומת דו-קוטבי (BJT) בתצורת NPN, צומת הבסיס-פולט מקוטב קדימה וצומת הבסיס-אספן מקוטב הפוך.. ערבול תרמי מאפשר לנושאי המטען מהפולט לחצות את מחסום הפוטנציאל של בסיס הפולט ולהגיע לקולט, המונע על ידי השדה החשמלי בין הבסיס לקולט. בפעולה טיפוסית, צומת הבסיס-פולט מוטה קדימה, מה שמאפשר להחדיר אלקטרונים לאזור הבסיס ולעבור לכיוון הקולט. אזור הבסיס חייב להיות דק כדי למזער את ריקומבינציית הנשא לפני ההגעה לצומת הבסיס-אספן. ניתן לשלוט על זרם פולט האספן על ידי זרם פולט הבסיס (בקרת זרם) או על ידי מתח פולט הבסיס (בקרת מתח). בטרנזיסטור PNP זה הפוך...
הבדלים עם הטרנזיסטור החד קוטבי
ניתן לסווג טרנזיסטורים לשתי קטגוריות עיקריות: דו קוטבי וחד קוטבי. ה הבדלים מרכזיים מה שאנו מוצאים בין השניים הם:
- BJT או דו קוטבי: בדיוק כמו טרנזיסטורים חד-קוטביים, גם לטרנזיסטורים דו-קוטביים יש נושאי מטען חיוביים ושליליים, כלומר עם אזורים מסוממים P ו-N במבנה שלהם. באשר לקיטוב, הם יכולים להיות מקוטבים ישירות או הפוך, בהתאם למה שצריך, ויכולים להיות מסוג NPN או PNP. לגבי מצבי הפעולה, הם יכולים לפעול במצב פעיל, מצב חיתוך ומצב רוויה. הם נשלטים בזרם, ויש להם רווח זרם המיוצג על ידי האות β (בטא). אובדן ההספק במקרה זה גבוה מזה של טרנזיסטורים חד-קוטביים ומהירותו בדרך כלל איטית יותר מאשר טרנזיסטורים חד-קוטביים. לכן, הם משמשים לעתים קרובות במגברי אותות אנלוגיים ובמיתוג בתדר נמוך, בין היתר. BJTs רגישים יותר לרעש.
- FET או חד קוטבי: טרנזיסטורים חד קוטביים או אפקט שדה משתמשים גם בנשאי מטען, אבל כאן יש לנו אלקטרונים או חורים, תלוי בסוג. הקיטוב העיקרי כאן הוא הפוך, ומצבי הפעולה הם בעיקר ברוויה. במקרה זה יש לנו טרנזיסטורים מבוקרי מתח. הרווח הנוכחי מיוצג במקרה זה על ידי טרנסמוליכות, אובדן הכוח קטן יותר מאשר בדו-קוטביים, והם מהירים יותר. מסיבה זו, הם משמשים לעתים קרובות עבור מיתוג בתדר גבוה ומעגלים דיגיטליים. חד-קוטביים פחות רגישים לרעש.
סוג BJT (NPN ו-PNP)
כפי שהערתי בכמה חלקים של המאמר, יש שני סוגים עיקריים של טרנזיסטורים BJT:
- טרנזיסטורי NPN: הם חלק מאחד משני הסוגים הבסיסיים של טרנזיסטורים דו-קוטביים, כאשר האותיות "N" ו-"P" מציינות את רוב נושאי המטען הקיימים באזורים השונים של המכשיר. נכון להיום, רוב הטרנזיסטורים הדו-קוטביים הם מסוג NPN, שכן ניידות האלקטרונים גבוהה מזו של "חורים" במוליכים למחצה, ובכך מאפשרים זרמים גבוהים יותר ומהירויות פעולה גבוהות יותר. המבנה של טרנזיסטור NPN מורכב משכבה של חומר מוליכים למחצה מסומם P, הנקרא "בסיס", הממוקמת בין שתי שכבות של חומר מסומם N. בתצורת פולט משותף, זרם קטן שזורם לבסיס מוגבר ב- פלט של סעפת. סמל הטרנזיסטור NPN כולל חץ המצביע על מסוף הפולט ואת כיוון הזרם הקונבנציונלי במהלך הפעולה הפעילה של המכשיר.
- טרנזיסטורי PNP: הסוג השני של טרנזיסטור דו קוטבי, יש להם אותיות "P" ו-"N" המתייחסות לרוב המטענים באזורים שונים של המכשיר. למרות שפחות נפוצים כיום, טרנזיסטורי PNP מורכבים משכבה של חומר מוליכים למחצה מסומם N בין שתי שכבות של חומר מסומם P. בפעולה טיפוסית, הקולט מחובר לאדמה, והפולט מקושר למסוף החיובי של המקור. אספקת חשמל באמצעות עומס חשמלי חיצוני. זרם קטן שזורם לתוך הבסיס מאפשר לזרם גדול יותר באופן משמעותי מהפולט לקולט. החץ בסמל הטרנזיסטור PNP ממוקם על מסוף הפולט ומצביע לכיוון הזרם הקונבנציונלי במהלך הפעולה הפעילה של המכשיר. למרות השכיחות הנמוכה יותר, טרנזיסטורי NPN מועדפים ברוב המצבים בשל הביצועים הטובים יותר שלהם.
אתה יכול לראות את כל הפרטים בתמונות למעלה.
יישומים של BJT
טרנזיסטורי צומת דו קוטביים (BJTs) משמשים במגוון של יישומים בתחום האלקטרוניקה, כבר הגבתי על כמה מקרים בעבר, אבל כאן אני מראה לך רשימה עם כמה מהיישומים או השימושים העיקריים של טרנזיסטורים אלה:
- הגברת אות: BJTs משמשים בדרך כלל להגברת אותות חלשים, כגון אלו מחיישנים או מיקרופונים, במעגלי אודיו ותדרי רדיו.
- הַחלָפָה: הם משמשים לשליטה במיתוג זרם במעגלים דיגיטליים ולוגיים, כגון מתגים אלקטרוניים, על מנת ליישם שערים לוגיים.
- מגברי כוח: הם משמשים בשלבי הגברת הספק במערכות שמע ובמגברי RF (תדר רדיו). למעשה, אחד היישומים הראשונים שעבורם תוכננו טרנזיסטורים אלו היה לכך, החלפת צינורות ואקום קודמים.
- מקורות אנרגיה: ניתן להגדיר אותם ליציאת זרם קבוע, דבר שימושי במעגלי ייחוס ויישומים מסוימים של זרם. תוכלו למצוא אותם גם במערכות מווסת מתח או מעגלים לשמירה על מתח קבוע במוצא ספק הכוח.
- מתנדים: הם משמשים במעגלי מתנד ליצירת אותות תקופתיים, כמו מחוללי גלי סינוס.
- הגברה RF: במערכות תקשורת, BJTs משמשים בשלבי הגברת אותות בתדר רדיו.
- אפנון אמפליטודה ותדר: הם משמשים במעגלי אפנון כדי לשנות את המאפיינים של אותות שמע או RF. הם יכולים להיות מיושמים גם בחיישנים או גלאים מסוימים כדי לעבד את האותות.
כיצד לבדוק טרנזיסטור BJT
בדיקת טרנזיסטור BJT חשובה כדי להבטיח את תפקודו התקין. אם אתה רוצה לדעת איך לעשות את זה, תצטרך רק מולטימטר או מולטימטר שיש להם את הפונקציה הזו לבדוק טרנזיסטורים דו קוטביים. והדרך להמשיך היא פשוטה מאוד, אתה רק צריך לבצע את השלבים הבאים:
- BJT NPN: ראשית עליך לזהות את הפינים או הפינים של פולט (E), בסיס (B) וקולקטור (C) שהטרנזיסטור שלך כולל. בהתאם לדגם, תוכל לעיין בגיליונות הנתונים לקבלת פרטים נוספים, אם כי קל לדעת. לאחר שזיהיתם את המסופים ואת המולטימטר בהישג יד, הדבר הבא הוא פשוט להכניס את הפינים בצורה נכונה לתוך החריצים למטרה זו. אם למולטימטר שלך אין פונקציה זו, תוכל להשתמש בחלופה אחרת זו:
- שים את המולטימטר במצב בדיקת טרנזיסטור, כלומר סובב את הגלגל כדי לבחור את הסמל למדידת מתח DC (V —).
- גע בפינים הרצויים עם בדיקות המולטימטר:
- כאשר אתה בודק את צומת BE או Base-Emitter, אתה אמור לראות קריאת מתח על המסך בין 0.6 ל-0.7v, תלוי בטרנזיסטור.
- כאשר אתה בודק את צומת ה-BC או Base-Collector, אתה נוגע בטרמינלים האחרים הללו וקריאת המתח צריכה להיות דומה לאמור לעיל.
- כדי לבדוק את ההגברה הנוכחית (hFE), סובב את חוגת הבחירה לפונקציית hFE. ועל ידי נגיעה בפולט ובבסיס, ובפולט ובאספן עם הבדיקות כדי לקבוע את הרווח hFE, שיהיה היחס בין השניים.
- BJT PNP: במקרה אחר זה, האימות דומה, רק בצורה הפוכה לזה של NPN.
אם התוצאות שהתקבלו הן ערכים מחוץ לציפיות, הטרנזיסטור יציין שהוא לא עובד או פגום ויש להחליפו.
איפה קונים BJT
אם אתה רוצה לקנות טרנזיסטורי BJT זולים, אתה יכול לעשות זאת בכל חנות אלקטרוניקה או פלטפורמה מקוונת מיוחדת. מקום אחד בו תמצאו את מכשירי ה-BJT הללו הוא באמזון, ואנו ממליצים על אלה:
