W naszym sekcja podzespołów elektronicznych Powiedzieliśmy już wystarczająco dużo o różnych typach komercyjnych tranzystorów. Czas teraz zagłębić się w szeroko stosowany tranzystor, jakim jest rodzina tranzystory BJT, czyli tranzystory bipolarne, tak obecne w wielu urządzeniach elektronicznych, z których korzystamy na co dzień.
Więc możesz dowiedz się więcej o tych tranzystorach i różnicach w stosunku do tranzystorów unipolarnych...
Co to jest półprzewodnik?
-
- SONY DSC
-
- SONY DSC
L półprzewodniki Są to materiały, które mają przewodność elektryczną pomiędzy przewodami a przewodami izolatorów. W przeciwieństwie do metali (dobrych przewodników) i niemetali (izolatorów lub dielektryków), półprzewodniki zajmują wyjątkową pozycję, która pozwala na manipulowanie nimi w celu kontrolowania przepływu prądu elektrycznego.
Su struktura krystaliczna, zwykle składający się z pierwiastków takich jak krzem lub german, jest niezbędny do zrozumienia jego zachowania. Atomy tych materiałów tworzą strukturę krystaliczną, w której elektrony są współdzielone pomiędzy atomami w pasmach energii. Pasmo walencyjne zawiera elektrony ściśle związane z atomami, natomiast pasmo przewodnictwa zawiera elektrony, które mogą się swobodnie poruszać.
L materiały półprzewodnikowe Są niezbędne w produkcji zaawansowanych urządzeń elektronicznych. Krzem, będący jednym z najczęściej używanych półprzewodników, jest wszechobecny w przemyśle i stanowi podstawę chipów i mikroprocesorów. Oprócz krzemu innym powszechnym materiałem półprzewodnikowym stosowanym w starszych technologiach jest german. Związki półprzewodnikowe, takie jak arsenek galu (GaAs) i fosfor, również zyskały na znaczeniu, zwłaszcza w zastosowaniach wysokich częstotliwości i optoelektronice. Materiały te umożliwiają tworzenie urządzeń, takich jak diody elektroluminescencyjne (LED), tranzystory wysokiej częstotliwości i zaawansowane czujniki, demonstrując wszechstronność i żywotność półprzewodników będących awangardą innowacji technologicznych.
Transportery ładunków i jazda elektroniczna
La zdolność półprzewodników do przewodzenia prądu elektrycznego polega na jego zdolności do generowania nośników ładunku. Nośnikami ładunku mogą być ujemnie naładowane elektrony lub dodatnio naładowane „dziury”, powstałe w wyniku przesunięcia elektronów z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa.
Po przyłożeniu napięcia do półprzewodnika elektrony może przejść z pasma walencyjnego do pasma przewodnictwa, wytwarzając prąd elektryczny. Zjawisko to znane jest jako przewodzenie elektronowe i jest niezbędne do działania urządzeń elektronicznych.
Domieszki (zanieczyszczenia)
Aby poprawić i kontrolować właściwości elektryczne półprzewodników, Do szkła wprowadzane są celowe zanieczyszczenia w procesie zwanym domieszkowaniem. Atomy domieszki mogą być typu donorowego (dodające dodatkowe elektrony) lub typu akceptorowego (tworzące dziury), to znaczy pierwsze będą tzw. półprzewodnikami typu N, a drugie półprzewodnikami typu P.
Domieszki wprowadzają do organizmu dodatkowy poziom energii zakazany zespół, umożliwiając większą kontrolę nad elektroniczną jazdą. Typowymi przykładami domieszek są fosfor (donor) i bor (akceptor) krzemu. W ten sposób można tworzyć strefy lub złącza w celu utworzenia urządzeń takich jak dioda, która jest w zasadzie pojedynczym złączem PN, lub półprzewodniki, które zwykle składają się z trzech stref, jak zobaczymy później.
Rodzaje półprzewodników: wewnętrzne i zewnętrzne
Z drugiej strony, aby zrozumieć BJT, ważne jest również, aby wiedzieć, co rodzaje półprzewodników Istnieją takie jak:
- Wewnętrzny: Jeśli do półprzewodnika nie dodaje się żadnych zanieczyszczeń, jest on klasyfikowany jako wewnętrzny. W tym przypadku przewodzenie elektryczne wynika wyłącznie z termicznego wytwarzania nośników ładunku (par elektron-dziura).
- zewnętrzny: Są efektem celowego domieszkowania zanieczyszczeniami. Półprzewodniki typu N (ujemne) otrzymuje się przez dodanie domieszek donorowych, natomiast półprzewodniki typu p (dodatnie) tworzy się z domieszkami akceptorowymi. Procesy te umożliwiają dostosowanie właściwości elektrycznych półprzewodników do konkretnych potrzeb zastosowań.
Wprowadzenie do złączy PN
La Złącze PN Jest to podstawowa koncepcja w elektronice półprzewodnikowej, która kładzie podwaliny pod tworzenie urządzeń takich jak diody i tranzystory. Złącze PN powstaje, gdy spotykają się dwa obszary materiału półprzewodnikowego. Regiony te to region typu P (gdzie dominuje koncentracja nośników ładunku dodatniego lub dziur) i obszar typu N (gdzie dominuje koncentracja nośników ładunku ujemnego lub elektronów). Przejście pomiędzy tymi dwoma obszarami tworzy unikalny interfejs o specjalnych właściwościach elektrycznych.
La utworzenie złącza PN Zwykle zachodzi to w procesie zwanym domieszkowaniem, podczas którego do materiału półprzewodnikowego wprowadzane są celowe zanieczyszczenia. W regionie typu P stosowane są domieszki akceptorowe (takie jak bor), natomiast w regionie typu N stosowane są domieszki donorowe (takie jak fosfor), jak wspomniałem wcześniej. Proces ten tworzy gradient stężenia nośników ładunku na złączu, ustanawiając w ten sposób barierę potencjału.
Jeśli chodzi comportamiento tego złącza PN ma unikalne właściwości, gdy jest spolaryzowany w różnych kierunkach:
- En polaryzacja do przodu, napięcie jest przykładane w kierunku, który sprzyja przepływowi prądu przez złącze. W tym przypadku nośniki ładunku przemieszczają się przez barierę potencjału, umożliwiając przewodzenie prądu.
- Wręcz przeciwnie, w odwrócona polaryzacja, przyłożone napięcie działa na barierę potencjału, utrudniając przepływ prądu. W tym stanie złącze PN działa jak dioda, umożliwiając przewodzenie w jednym kierunku i blokując je w kierunku przeciwnym.
Złącze PN jest podstawą wielu urządzeń elektronicznych. Na przykład diody wykorzystują właściwość złącza PN, aby umożliwić przepływ prądu w jednym kierunku i zablokować go w drugim. Tranzystory, podstawowe dla logiki cyfrowej i wzmacniania sygnału, są również budowane przy użyciu różnych złączy PN, jak w przypadku BJT, które mogą mieć złącza NPN lub PNP...
Co to jest tranzystor BJT?
El bipolarny tranzystor złączowy (BJT lub bipolarny tranzystor złączowy) Jest to półprzewodnikowe urządzenie elektroniczne składające się z dwóch bardzo bliskich sobie złączy PN, umożliwiające zwiększanie prądu, zmniejszanie napięcia oraz kontrolę przepływu prądu przez jego zaciski. W przewodzeniu w tego typu tranzystorach biorą udział nośniki ładunku o obu biegunach (dodatnie dziury i ujemne elektrony). BJT są szeroko stosowane w elektronice analogowej i niektórych zastosowaniach elektroniki cyfrowej, takich jak technologia TTL lub BiCMOS.
La Historia tranzystorów bipolarnych sięga 1947 roku, kiedy John Bardeen i Walter Houser Brattain wynaleźli punktowy tranzystor bipolarny w firmie Bell Telephone Company. Później William Shockley opracował bipolarny tranzystor złączowy w 1948 roku. Chociaż były one niezbędne przez dziesięciolecia, ich zastosowanie spadło na korzyść technologii CMOS w cyfrowych układach scalonych.
Struktura BJT składa się z trzy regiony:
- Emiter (wysoce domieszkowany i funkcjonalny jako emiter ładunku)
- Podstawa (zwęża i oddziela emiter od kolektora)
- Kolektor (większe przedłużenie).
Powszechną techniką wytwarzania jest osadzanie epitaksjalne. Podczas normalnej pracy złącze baza-emiter jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia, podczas gdy złącze baza-kolektor jest spolaryzowane zaporowo. Zasada działania polega na Polaryzacja polaryzacja bezpośrednia złącza baza-emiter i polaryzacja odwrotna złącza baza-kolektor. Elektrony są wtryskiwane z emitera do kolektora, co umożliwia wzmocnienie sygnału. BJT charakteryzuje się niską impedancją wejściową i można go modelować jako źródło prądu sterowane napięciem lub źródło prądu sterowane prądem.
Działanie tranzystora bipolarnego
Jeśli chodzi o działanie, mamy to w bipolarnym tranzystorze złączowym (BJT) w konfiguracji NPN, Złącze baza-emiter jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia, a złącze baza-kolektor jest spolaryzowane odwrotnie.. Mieszanie termiczne umożliwia nośnikom ładunku z emitera przejście przez barierę potencjału emitera-bazy i dotarcie do kolektora, napędzane polem elektrycznym pomiędzy podstawą a kolektorem. W typowym działaniu złącze baza-emiter jest spolaryzowane w kierunku przewodzenia, co umożliwia wstrzykiwanie elektronów do obszaru podstawy i przemieszczanie się w kierunku kolektora. Obszar podstawy musi być cienki, aby zminimalizować rekombinację nośników przed dotarciem do złącza baza-kolektor. Prąd kolektor-emiter może być sterowany prądem baza-emiter (sterowanie prądem) lub napięciem baza-emiter (sterowanie napięciem). W tranzystorze PNP jest odwrotnie...
Różnice z tranzystorem unipolarnym
Tranzystory można podzielić na dwie główne kategorie: bipolarne i unipolarne. The kluczowe różnice To, co znajdziemy pomiędzy nimi, to:
- BJT lub bipolarny: Podobnie jak tranzystory unipolarne, tranzystory bipolarne również mają nośniki ładunku dodatniego i ujemnego, to znaczy obszary domieszkowane P i N w swojej strukturze. Jeśli chodzi o polaryzację, mogą one być spolaryzowane bezpośrednio lub odwrotnie, w zależności od potrzeb i mogą być typu NPN lub PNP. Jeśli chodzi o tryby pracy, mogą pracować w trybie aktywnym, trybie cięcia i trybie nasycenia. Są sterowane prądowo i mają wzmocnienie prądowe oznaczone literą β (beta). Strata mocy w tym przypadku jest większa niż w przypadku tranzystorów unipolarnych, a jego prędkość jest generalnie mniejsza niż w przypadku tranzystorów unipolarnych. Dlatego są często stosowane m.in. we wzmacniaczach sygnału analogowego i przełączaniu niskich częstotliwości. BJT są bardziej podatne na hałas.
- FET lub jednobiegunowy: Tranzystory unipolarne lub tranzystory polowe również wykorzystują nośniki ładunku, ale tutaj mamy elektrony lub dziury, w zależności od typu. Główna polaryzacja jest tutaj odwrotna, a tryby pracy to głównie nasycenie. W tym przypadku mamy do czynienia z tranzystorami sterowanymi napięciem. Wzmocnienie prądu jest w tym przypadku reprezentowane przez transkonduktancję, straty mocy są mniejsze niż w przypadku bipolarnych i są szybsze. Z tego powodu są często używane w obwodach przełączających wysokiej częstotliwości i obwodach cyfrowych. Jednobiegunowe są mniej podatne na zakłócenia.
Typ BJT (NPN i PNP)
Jak pisałem w kilku częściach artykułu, tak dwa główne typy tranzystorów BJT:
- Tranzystory NPN: Należą do jednego z dwóch podstawowych typów tranzystorów bipolarnych, gdzie litery „N” i „P” oznaczają większość nośników ładunku obecnych w różnych obszarach urządzenia. Obecnie większość tranzystorów bipolarnych jest typu NPN, ponieważ ruchliwość elektronów jest większa niż „dziur” w półprzewodnikach, co pozwala na wyższe prądy i wyższe prędkości robocze. Struktura tranzystora NPN składa się z warstwy materiału półprzewodnikowego domieszkowanego P, zwanej „bazą”, umieszczonej pomiędzy dwiema warstwami materiału domieszkowanego N. W konfiguracji wspólnego emitera niewielki prąd wpływający do bazy jest wzmacniany w punkcie wyjście kolektora. Symbol tranzystora NPN zawiera strzałkę wskazującą końcówkę emitera i kierunek prądu konwencjonalnego podczas aktywnej pracy urządzenia.
- Tranzystory PNP: Drugi typ tranzystora bipolarnego, ma litery „P” i „N”, które odnoszą się do ładunków większościowych w różnych obszarach urządzenia. Chociaż obecnie tranzystory PNP są mniej powszechne, składają się z warstwy materiału półprzewodnikowego domieszkowanego N pomiędzy dwiema warstwami materiału domieszkowanego P. W typowej pracy kolektor jest podłączony do masy, a emiter jest podłączony do dodatniego zacisku źródła. zasilanie poprzez zewnętrzne obciążenie elektryczne. Mały prąd płynący do bazy umożliwia przepływ znacznie większego prądu z emitera do kolektora. Strzałka na symbolu tranzystora PNP znajduje się na zacisku emitera i wskazuje kierunek prądu konwencjonalnego podczas aktywnej pracy urządzenia. Pomimo mniejszego rozpowszechnienia, w większości sytuacji preferowane są tranzystory NPN ze względu na ich lepszą wydajność.
Wszystkie szczegóły możecie zobaczyć na powyższych zdjęciach.
Zastosowania BJT
Bipolarne tranzystory złączowe (BJT) są stosowane w różnych zastosowania w elektronice, komentowałem już niektóre przypadki wcześniej, ale tutaj pokażę listę niektórych głównych zastosowań lub zastosowań tych tranzystorów:
- Wzmocnienie sygnału: BJT są powszechnie używane do wzmacniania słabych sygnałów, takich jak te z czujników lub mikrofonów, w obwodach audio i częstotliwości radiowej.
- Komutacja: Służą do sterowania przełączaniem prądu w obwodach cyfrowych i logicznych, takich jak przełączniki elektroniczne, w celu realizacji bramek logicznych.
- Wzmacniacze mocy: Stosowane są w stopniach wzmocnienia mocy w systemach audio i wzmacniaczach RF (częstotliwości radiowej). Tak naprawdę jednym z pierwszych zastosowań, dla których zaprojektowano te tranzystory, było zastąpienie poprzednich lamp próżniowych.
- Źródła energii: Można je skonfigurować tak, aby wysyłały prąd stały, co jest przydatne w niektórych obwodach i zastosowaniach odniesienia prądu. Znajdziesz je również w układach lub obwodach regulatorów napięcia w celu utrzymania stałego napięcia na wyjściu zasilacza.
- Oscylatory: Wykorzystuje się je w obwodach oscylatorów do generowania sygnałów okresowych, na przykład w generatorach fal sinusoidalnych.
- Wzmocnienie RF: W systemach komunikacyjnych BJT są stosowane w stopniach wzmacniania sygnału o częstotliwości radiowej.
- Modulacja amplitudy i częstotliwości: Są one stosowane w obwodach modulacyjnych w celu zmiany charakterystyki sygnałów audio lub RF. Można je również zastosować w niektórych czujnikach lub detektorach w celu przetwarzania sygnałów.
Jak sprawdzić tranzystor BJT
Sprawdzenie tranzystora BJT jest ważne dla zapewnienia jego prawidłowego funkcjonowania. Jeżeli chcesz wiedzieć jak to zrobić to do sprawdzenia tranzystorów bipolarnych wystarczy Ci multimetr lub multimetr posiadający taką funkcję. Sposób postępowania jest bardzo prosty, wystarczy wykonać następujące kroki:
- BJT NPN: Najpierw musisz zidentyfikować zaciski lub styki emitera (E), podstawy (B) i kolektora (C), które zawiera twój tranzystor. W zależności od modelu możesz zapoznać się z arkuszami danych, aby uzyskać więcej szczegółów, chociaż łatwo je poznać. Po zidentyfikowaniu zacisków i posiadanego multimetru następną rzeczą jest po prostu prawidłowe włożenie pinów w przeznaczone do tego celu gniazda. Jeśli Twój multimetr nie ma tej funkcji, możesz skorzystać z innej alternatywy:
- Przełącz multimetr w tryb testu tranzystorów, czyli obróć pokrętło, aby wybrać symbol pomiaru napięcia stałego (V —).
- Dotknij żądanych pinów sondami multimetru:
- Kiedy sprawdzasz złącze BE lub baza-emiter, powinieneś zobaczyć odczyt napięcia na ekranie w zakresie od 0.6 do 0.7 V, w zależności od tranzystora.
- Kiedy sprawdzasz złącze BC lub Base-Collector, dotykasz tych pozostałych zacisków, a odczyt napięcia powinien być podobny do powyższego.
- Aby sprawdzić wzmocnienie prądu (hFE), należy ustawić pokrętło wyboru na funkcję hFE. I dotykając emitera i bazy oraz emitera i kolektora sondami, aby określić wzmocnienie hFE, które będzie zależnością między nimi.
- BJT PNP: w tym drugim przypadku weryfikacja jest podobna, tylko w odwrotny sposób niż w przypadku NPN.
Jeżeli uzyskane wyniki będą wartościami wykraczającymi poza oczekiwania, tranzystor wskaże, że nie działa lub jest uszkodzony i należy go wymienić.
Gdzie kupić BJT
Jeśli chcesz kupić tanie tranzystory BJTmożesz to zrobić w dowolnym sklepie z elektroniką lub specjalistycznej platformie internetowej. Jedno miejsce, w którym znajdziesz te urządzenia BJT, znajduje się na Amazon i polecamy je:
