BJT: tot ce trebuie să știți despre tranzistorul bipolar

In noastră sectiunea componente electronice Am vorbit deja destul despre diferite tipuri de tranzistoare comerciale. Acum este timpul să aprofundăm într-un tranzistor utilizat pe scară largă, este familia lui tranzistoare BJT, adică tranzistori bipolari, atât de prezenți în multe dispozitive electronice pe care le folosim zilnic.

Asa ca poti aflați mai multe despre acești tranzistori și despre diferențele cu cele unipolare...

Ce este un semiconductor?

L semiconductori Sunt materiale care au o conductivitate electrică între cea a conductorilor și cea a izolatorilor. Spre deosebire de metale (buni conductori) și nemetale (izolatori sau dielectrici), semiconductorii ocupă o poziție unică care le permite să fie manipulate pentru a controla fluxul de curent electric.

Su structură cristalină, compus de obicei din elemente precum siliciul sau germaniul, este esențială pentru înțelegerea comportamentului său. Atomii acestor materiale formează o structură cristalină în care electronii sunt împărțiți între atomi în benzi de energie. Banda de valență conține electroni care sunt strâns legați de atomi, în timp ce banda de conducere conține electroni care se pot mișca liber.

L materiale semiconductoare Ele sunt esențiale în fabricarea dispozitivelor electronice avansate. Siliciul, fiind unul dintre cei mai folosiți semiconductori, este omniprezent în industrie și formează baza cipurilor și microprocesoarelor. Pe lângă siliciu, germaniul este un alt material semiconductor comun care a fost folosit în tehnologiile mai vechi. Compușii semiconductori precum arseniura de galiu (GaAs) și fosforenul au câștigat, de asemenea, importanță, în special în aplicațiile de înaltă frecvență și optoelectronice. Aceste materiale permit crearea de dispozitive precum diode emițătoare de lumină (LED-uri), tranzistori de înaltă frecvență și senzori avansați, demonstrând versatilitatea și vitalitatea semiconductorilor în fruntea inovației tehnologice.

Transporturi de marfă și conducere electronică

La capacitatea semiconductorilor de a conduce electricitatea rezidă în capacitatea sa de a genera purtători de încărcare. Purtătorii de sarcină pot fi electroni încărcați negativ sau „găuri” încărcate pozitiv, care rezultă din electroni care au fost mutați din banda de valență în banda de conducție.

Când se aplică o tensiune unui semiconductor, electronii se poate trece de la banda de valență la banda de conducere, creând curent electric. Acest fenomen este cunoscut sub numele de conducție electronică și este esențial pentru funcționarea dispozitivelor electronice.

Dopanți (impurități)

Pentru a îmbunătăți și controla proprietățile electrice ale semiconductorilor, Impuritățile deliberate sunt introduse în sticlă printr-un proces numit dopaj. Atomii dopanți pot fi de tip donor (adăugarea de electroni în plus) sau de tip acceptor (crearea de găuri), adică primii ar fi așa-numiții semiconductori de tip N și al doilea semiconductori de tip P.

Dopanții introduc niveluri suplimentare de energie în bandă interzisă, permițând un control mai mare asupra condusului electronic. Câteva exemple obișnuite de dopanți sunt fosforul (donator) și borul (acceptor) pentru siliciu. În acest fel, pot fi create zone sau joncțiuni pentru a crea dispozitive precum o diodă, care este practic o singură joncțiune PN, sau semiconductori, care sunt de obicei trei zone, așa cum vom vedea mai târziu.

Tipuri de semiconductoare: intrinseci și extrinseci

Pe de altă parte, pentru a înțelege BJT, este, de asemenea, important să știi ce tipuri de semiconductori Ele există, cum ar fi:

• Intrinsec: Când nu se adaugă impurități la un semiconductor, acesta este clasificat ca intrinsec. În acest caz, conducția electrică se datorează exclusiv generării termice a purtătorilor de sarcină (perechi electron-gaură).
• extrinseci: Sunt rezultatul dopării intenționate cu impurități. Semiconductori de tip N (negativi) sunt obținuți prin adăugarea de dopanți donatori, în timp ce semiconductorii de tip p (pozitivi) sunt formați cu dopanți acceptori. Aceste procese permit ca proprietățile electrice ale semiconductorilor să fie ajustate în funcție de nevoile specifice ale aplicațiilor.

Introducere în joncțiunile PN

La Joncțiunea PN Este un concept esențial în electronica semiconductoare care pune bazele pentru crearea de dispozitive precum diode și tranzistori. O joncțiune PN se formează atunci când două regiuni ale unui material semiconductor se unesc. Aceste regiuni sunt regiunea de tip P (unde predomină concentrația purtătorilor de sarcină pozitivă sau a găurilor) și regiunea de tip N (unde predomină concentrația purtătorilor de sarcină negativă sau a electronilor). Tranziția dintre aceste două regiuni creează o interfață unică cu proprietăți electrice speciale.

La formarea joncțiunii PN De obicei, apare printr-un proces numit dopaj, în care impurități deliberate sunt introduse în materialul semiconductor. În regiunea de tip P sunt utilizați dopanți acceptori (cum ar fi borul), în timp ce în regiunea de tip N sunt utilizați dopanți donatori (cum ar fi fosforul), așa cum am menționat anterior. Acest proces creează un gradient de concentrație a purtătorilor de sarcină de-a lungul joncțiunii, stabilind astfel bariera potențială.

Ca comportamiento a acestei joncțiuni PN, are proprietăți unice atunci când este polarizat în direcții diferite:

• En polarizare directă, se aplică o tensiune pe direcția care favorizează curgerea curentului prin joncțiune. În acest caz, purtătorii de sarcină se deplasează peste bariera de potențial, permițând conducția electrică.
• Dimpotrivă, în polarizare inversa, tensiunea aplicată lucrează împotriva barierei de potențial, împiedicând fluxul de curent. În această stare, joncțiunea PN acționează ca o diodă, permițând conducerea într-o direcție și blocând-o în direcția opusă.

Joncțiunea PN este baza multor dispozitive electronice. Diodele, de exemplu, profită de proprietatea joncțiunii PN de a permite curgerea curentului într-o direcție și de a-l bloca în cealaltă. Tranzistoarele, fundamentale pentru logica digitală și amplificarea semnalului, sunt construite și folosind diverse joncțiuni PN, ca în cazul BJT-urilor care pot avea joncțiuni NPN sau PNP...

Ce este un tranzistor BJT?

El tranzistor cu joncțiune bipolară (BJT sau tranzistor cu joncțiune bipolară) Este un dispozitiv electronic solid compus din două joncțiuni PN foarte apropiate, permițând creșterea curentului, scăderea tensiunii și controlul fluxului de curent prin bornele sale. Conducția în acest tip de tranzistor implică purtători de sarcină de ambele polarități (găuri pozitive și electroni negativi). BJT-urile sunt utilizate pe scară largă în electronica analogică și în unele aplicații electronice digitale, cum ar fi tehnologia TTL sau BiCMOS.

La Istoria tranzistoarelor bipolare datează din 1947, când John Bardeen și Walter Houser Brattain au inventat tranzistorul bipolar cu contact punctual la compania Bell Telephone. Mai târziu, William Shockley a dezvoltat tranzistorul cu joncțiune bipolară în 1948. Deși au fost esențiale de zeci de ani, utilizarea lor a scăzut în favoarea tehnologiei CMOS în circuitele integrate digitale.

Structura unui BJT constă din trei regiuni:

• Emițătorul (foarte dopat și funcțional ca emițător de încărcare)
• Baza (se îngustează și separă emițătorul de colector)
• Colectorul (extensie mai mare).

Depunerea epitaxială este tehnica obișnuită de fabricație. În funcționare normală, joncțiunea bază-emițător este polarizată direct, în timp ce joncțiunea bază-colector este polarizată invers. Principiul de funcționare implică Polarizare polarizarea directă a joncțiunii bază-emițător și polarizarea inversă a joncțiunii bază-colector. Electronii sunt injectați de la emițător la colector, permițând amplificarea semnalului. BJT se caracterizează prin impedanța sa scăzută de intrare și poate fi modelat ca o sursă de curent controlată de tensiune sau o sursă de curent controlată de curent.

Funcționarea tranzistorului bipolar

În ceea ce privește funcționarea, avem că într-un tranzistor de joncțiune bipolară (BJT) în configurație NPN, Joncțiunea bază-emițător este polarizată direct, iar joncțiunea bază-colector este polarizată invers.. Agitația termică permite purtătorilor de sarcină de la emițător să traverseze bariera de potențial emitor-bază și să ajungă la colector, conduși de câmpul electric dintre bază și colector. În funcționarea tipică, joncțiunea bază-emițător este polarizată direct, permițând electronilor să fie injectați în regiunea de bază și să se deplaseze către colector. Regiunea de bază trebuie să fie subțire pentru a minimiza recombinarea purtătorului înainte de a ajunge la joncțiunea bază-colector. Curentul colector-emițător poate fi controlat de curentul bază-emițător (controlul curentului) sau de tensiunea bază-emițător (controlul tensiunii). Într-un tranzistor PNP este invers...

Diferențele cu tranzistorul unipolar

Tranzistoarele pot fi clasificate în două categorii principale: bipolare și unipolare. The diferențe cheie Ceea ce găsim între cei doi sunt:

• BJT sau bipolar: La fel ca tranzistoarele unipolare, tranzistoarele bipolare au și purtători de sarcină pozitive și negative, adică cu regiuni dopate P și N în structura lor. În ceea ce privește polarizarea, acestea pot fi polarizate direct sau invers, în funcție de ce este necesar, și pot fi de tip NPN sau PNP. În ceea ce privește modurile de funcționare, acestea pot funcționa în modul activ, modul de tăiere și modul de saturație. Ele sunt controlate de curent și au un câștig de curent reprezentat de litera β (beta). Pierderea de putere în acest caz este mai mare decât cea a tranzistoarelor unipolare și viteza sa este în general mai mică decât tranzistoarele unipolare. Prin urmare, ele sunt adesea folosite în amplificatoare de semnal analogic și comutație de joasă frecvență, printre altele. BJT-urile sunt mai susceptibile la zgomot.
• FET sau unipolar: Tranzistoarele unipolare sau cu efect de câmp folosesc și purtători de sarcină, dar aici avem electroni sau goluri, în funcție de tip. Principala polarizare aici este inversă, iar modurile de funcționare sunt în principal în saturatie. În acest caz avem tranzistoare controlate de tensiune. Câștigul de curent este reprezentat în acest caz de transconductanță, pierderea de putere este mai mică decât la cele bipolare, iar acestea sunt mai rapide. Din acest motiv, ele sunt adesea folosite pentru comutarea de înaltă frecvență și circuitele digitale. Cele unipolare sunt mai puțin sensibile la zgomot.

Tip BJT (NPN și PNP)

După cum am comentat în mai multe părți ale articolului, există două tipuri principale de tranzistoare BJT:

• Tranzistoare NPN: Ele fac parte dintr-unul dintre cele două tipuri fundamentale de tranzistoare bipolare, unde literele „N” și „P” indică purtătorii majoritari de sarcină prezenți în diferitele regiuni ale dispozitivului. În prezent, majoritatea tranzistoarelor bipolare sunt de tip NPN, deoarece mobilitatea electronilor este mai mare decât cea a „găurilor” din semiconductori, permițând astfel curenți mai mari și viteze de funcționare mai mari. Structura unui tranzistor NPN cuprinde un strat de material semiconductor dopat cu P, numit „bază”, situat între două straturi de material dopat cu N. În configurația cu emițător comun, un curent mic care curge în bază este amplificat la ieșirea colectorului. Simbolul tranzistorului NPN include o săgeată care indică terminalul emițătorului și direcția curentului convențional în timpul funcționării active a dispozitivului.
• Tranzistoare PNP: Al doilea tip de tranzistor bipolar, au litere „P” și „N” care se referă la sarcinile majoritare din diferite regiuni ale dispozitivului. Deși mai puțin obișnuite astăzi, tranzistoarele PNP constau dintr-un strat de material semiconductor dopat cu N între două straturi de material dopat cu P. În funcționarea tipică, colectorul este conectat la masă, iar emițătorul este conectat la borna pozitivă a sursei. alimentare cu energie electrică printr-o sarcină electrică externă. Un curent mic care curge în bază permite unui curent semnificativ mai mare să curgă de la emițător la colector. Săgeata de pe simbolul tranzistorului PNP este situată pe terminalul emițătorului și indică în direcția curentului convențional în timpul funcționării active a dispozitivului. În ciuda prevalenței lor mai mici, tranzistorii NPN sunt preferați în majoritatea situațiilor datorită performanței lor mai bune.

Toate detaliile le puteți vedea în imaginile de mai sus.

Aplicații ale unui BJT

Tranzistoarele cu joncțiune bipolară (BJT) sunt utilizate într-o varietate de aplicații în electronică, am comentat deja câteva cazuri anterior, dar aici vă arăt o listă cu câteva dintre principalele aplicații sau utilizări ale acestor tranzistori:

• Amplificarea semnalului: BJT-urile sunt utilizate în mod obișnuit pentru a amplifica semnale slabe, cum ar fi cele de la senzori sau microfoane, în circuitele audio și de frecvență radio.
• Comutare: Ele sunt utilizate pentru a controla comutarea curentului în circuitele digitale și logice, cum ar fi întrerupătoarele electronice, pentru a implementa porți logice.
• Amplificatoare de putere: Sunt utilizate în etapele de amplificare a puterii în sisteme audio și amplificatoare RF (radiofrecvență). De fapt, una dintre primele aplicații pentru care au fost proiectate aceste tranzistoare a fost pentru aceasta, înlocuind tuburile de vid anterioare.
• Surse de energie: Ele pot fi configurate să iasă curent constant, ceea ce este util în anumite circuite și aplicații de referință de curent. De asemenea, le veți găsi în sisteme sau circuite regulatoare de tensiune pentru a menține o tensiune constantă la ieșirea sursei de alimentare.
• Oscilatoare: Ele sunt utilizate în circuitele oscilatoare pentru a genera semnale periodice, cum ar fi generatoarele de undă sinusoidală.
• Amplificare RF: În sistemele de comunicații, BJT-urile sunt utilizate în etapele de amplificare a semnalului de frecvență radio.
• Modulația de amplitudine și frecvență: Ele sunt utilizate în circuitele de modulație pentru a modifica caracteristicile semnalelor audio sau RF. Ele pot fi implementate și în unii senzori sau detectoare pentru a procesa semnalele.

Cum se verifică un tranzistor BJT

Verificarea unui tranzistor BJT este importantă pentru a asigura funcționarea corectă a acestuia. Dacă vrei să știi cum să o faci, vei avea nevoie doar de un multimetru sau multimetru care are această funcție pentru a verifica tranzistoarele bipolare. Iar modul de a proceda este foarte simplu, trebuie doar să urmați acești pași:

• BJT NPN: Mai întâi trebuie să identificați bornele sau pinii emițătorului (E), bază (B) și colectorului (C) pe care îi include tranzistorul dvs. În funcție de model, puteți consulta fișele tehnice pentru mai multe detalii, deși este ușor de știut. Odată ce ați identificat terminalele și multimetrul la îndemână, următorul lucru este să introduceți pur și simplu pinii corect în sloturi în acest scop. Dacă multimetrul dvs. nu are această funcție, puteți utiliza această altă alternativă:
  1. Puneți multimetrul în modul de testare a tranzistorului, adică rotiți roata pentru a selecta simbolul pentru măsurarea tensiunii continue (V —).
  2. Atingeți pinii doriti cu sondele multimetrului:
     • Când verificați joncțiunea BE sau Base-Emitter, ar trebui să vedeți o citire de tensiune pe ecran între 0.6 și 0.7v, în funcție de tranzistor.
     • Când verificați joncțiunea BC sau Base-Collector, atingeți aceste alte terminale și citirea tensiunii ar trebui să fie similară cu cea de mai sus.
     • Pentru a verifica amplificarea curentului (hFE), rotiți selectorul de selecție la funcția hFE. Și prin atingerea emițătorului și a bazei, și a emițătorului și a colectorului cu sondele pentru a determina câștigul hFE, care va fi relația dintre cele două.
• BJT PNP: in acest caz, verificarea este asemanatoare, doar in sens invers celui al unui NPN.

Dacă rezultatele obținute sunt valori în afara așteptărilor, tranzistorul va indica faptul că nu funcționează sau este defect și trebuie înlocuit.

De unde să cumpărați un BJT

Dacă vrei să cumperi tranzistoare BJT ieftine, o poți face la orice magazin de electronice sau platformă online specializată. Un loc unde veți găsi aceste dispozitive BJT este pe Amazon și vă recomandăm acestea:

AUKENIEN 23 de valori...

Fără recenzii

13,99 €

Vezi oferta Vedeți caracteristicile