В нашем раздел электронных компонентов Мы уже достаточно говорили о различных типах коммерческих транзисторов. Теперь пришло время углубиться в широко используемый транзистор, это семейство БЮТ-транзисторы, то есть биполярные транзисторы, присутствующие во многих электронных устройствах, которыми мы пользуемся ежедневно.
так что вы можете узнать больше об этих транзисторах и различиях с униполярными...
Что такое полупроводник?
-
- SONY DSC
-
- SONY DSC
полупроводники Это материалы, электропроводность которых находится между проводимостью проводников и изоляторов. В отличие от металлов (хороших проводников) и неметаллов (изоляторов или диэлектриков), полупроводники занимают уникальное положение, позволяющее манипулировать ими для управления потоком электрического тока.
Su Кристальная структура, обычно состоящий из таких элементов, как кремний или германий, важен для понимания его поведения. Атомы этих материалов образуют кристаллическую структуру, в которой электроны распределены между атомами в энергетических зонах. Валентная зона содержит электроны, прочно связанные с атомами, а зона проводимости содержит электроны, которые могут свободно перемещаться.
полупроводниковые материалы Они необходимы при производстве современных электронных устройств. Кремний, являющийся одним из наиболее используемых полупроводников, повсеместно используется в промышленности и составляет основу чипов и микропроцессоров. Помимо кремния, германий является еще одним распространенным полупроводниковым материалом, который использовался в старых технологиях. Полупроводниковые соединения, такие как арсенид галлия (GaAs) и фосфорен, также приобрели важное значение, особенно в высокочастотных и оптоэлектронных приложениях. Эти материалы позволяют создавать такие устройства, как светодиоды (LED), высокочастотные транзисторы и современные датчики, демонстрируя универсальность и жизнеспособность полупроводников, находящихся на переднем крае технологических инноваций.
Грузоперевозчики и электронное вождение
La способность полупроводников проводить электричество заключается в его способности генерировать носители заряда. Носителями заряда могут быть отрицательно заряженные электроны или положительно заряженные «дырки», образующиеся в результате смещения электронов из валентной зоны в зону проводимости.
Когда к полупроводнику приложено напряжение, электроны может переходить из валентной зоны в зону проводимости, создавая электрический ток. Это явление известно как электронная проводимость и имеет важное значение для работы электронных устройств.
Легирующие примеси (примеси)
Для улучшения и контроля электрических свойств полупроводников Преднамеренные примеси вводятся в стекло посредством процесса, называемого легированием.. Атомы легирующей примеси могут быть донорного типа (добавление дополнительных электронов) или акцепторного типа (создание дырок), то есть первые будут так называемыми полупроводниками N-типа, а вторые - полупроводниками P-типа.
Примеси вводят дополнительные уровни энергии в запретная группа, что позволяет лучше контролировать электронное вождение. Некоторыми распространенными примерами легирующих добавок являются фосфор (донор) и бор (акцептор) для кремния. Таким образом, можно создавать зоны или переходы для создания таких устройств, как диод, который по сути представляет собой один PN-переход, или полупроводники, которые обычно состоят из трех зон, как мы увидим позже.
Типы полупроводников: внутренние и внешние
С другой стороны, чтобы понять BJT, также важно знать, что типы полупроводников Они существуют, например:
- Внутренний: Если в полупроводник не добавлены примеси, он классифицируется как собственный. В этом случае электропроводность обусловлена исключительно термической генерацией носителей заряда (электронно-дырочных пар).
- внешний: Они являются результатом преднамеренного добавления примесей. Полупроводники N-типа (отрицательные) получаются добавлением донорных примесей, а полупроводники p-типа (положительные) образуются с помощью акцепторных примесей. Эти процессы позволяют регулировать электрические свойства полупроводников в соответствии с конкретными потребностями приложений.
Введение в PN-переходы
La PN переход Это важная концепция полупроводниковой электроники, которая закладывает основу для создания таких устройств, как диоды и транзисторы. PN-переход образуется, когда две области полупроводникового материала соединяются. Этими областями являются область P-типа (где преобладает концентрация положительных носителей заряда или дырок) и область N-типа (где преобладает концентрация отрицательных носителей заряда или электронов). Переход между этими двумя областями создает уникальный интерфейс с особыми электрическими свойствами.
La формирование PN-перехода Обычно это происходит в результате процесса, называемого легированием, когда в полупроводниковый материал намеренно вводятся примеси. В области P-типа используются акцепторные примеси (например, бор), а в области N-типа используются донорные примеси (например, фосфор), как я упоминал ранее. Этот процесс создает градиент концентрации носителей заряда на переходе, создавая тем самым потенциальный барьер.
Относительно поведение этого PN-перехода обладает уникальными свойствами при поляризации в разных направлениях:
- En прямое смещение, напряжение подается в направлении, благоприятствующем протеканию тока через переход. В этом случае носители заряда перемещаются через потенциальный барьер, обеспечивая электрическую проводимость.
- Напротив, в обратная поляризация, приложенное напряжение действует против потенциального барьера, препятствуя протеканию тока. В этом состоянии PN-переход действует как диод, обеспечивая проводимость в одном направлении и блокируя ее в противоположном.
PN-переход является основой многих электронных устройств. Диоды, например, используют свойство PN-перехода пропускать ток в одном направлении и блокировать его в другом. Транзисторы, необходимые для цифровой логики и усиления сигнала, также создаются с использованием различных PN-переходов, как в случае биполярных транзисторов, которые могут иметь NPN- или PNP-переходы...
Что такое BJT-транзистор?
El биполярный переходной транзистор (BJT или биполярный переходной транзистор) Это твердотельное электронное устройство, состоящее из двух очень близких PN-переходов, позволяющее увеличивать ток, уменьшать напряжение и контролировать ток, протекающий через его клеммы. В проводимости транзисторов этого типа участвуют носители заряда обеих полярностей (положительные дырки и отрицательные электроны). BJT широко используются в аналоговой электронике и некоторых приложениях цифровой электроники, таких как технологии TTL или BiCMOS.
La История биполярных транзисторов берет свое начало в 1947 году., когда Джон Бардин и Уолтер Хаузер Браттейн изобрели биполярный транзистор с точечным контактом в телефонной компании Bell. Позже Уильям Шокли разработал биполярный переходной транзистор в 1948 году. Хотя они были необходимы на протяжении десятилетий, их использование сократилось в пользу технологии КМОП в цифровых интегральных схемах.
Структура BJT состоит из три региона:
- Эмиттер (сильно легированный и функциональный как эмиттер заряда)
- База (сужает и отделяет эмиттер от коллектора)
- Коллектор (большого расширения).
Эпитаксиальное осаждение является распространенной технологией производства. При нормальной работе переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор — в обратном направлении. Принцип действия предполагает Поляризация прямая поляризация перехода база-эмиттер и обратная поляризация перехода база-коллектор. Электроны инжектируются из эмиттера в коллектор, обеспечивая усиление сигнала. BJT характеризуется низким входным сопротивлением и может быть смоделирован как источник тока, управляемый напряжением, или источник тока, управляемый током.
Работа биполярного транзистора
Что касается работы, то мы имеем это в биполярном переходном транзисторе (BJT) в конфигурации NPN: Переход база-эмиттер имеет прямую поляризацию, а переход база-коллектор — обратную поляризацию.. Термическое перемешивание позволяет носителям заряда от эмиттера пересечь потенциальный барьер эмиттер-база и достичь коллектора под действием электрического поля между базой и коллектором. В типичной работе переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, что позволяет электронам инжектироваться в область базы и двигаться к коллектору. Область базы должна быть тонкой, чтобы минимизировать рекомбинацию носителей до достижения перехода база-коллектор. Ток коллектор-эмиттер можно контролировать током база-эмиттер (управление по току) или напряжением база-эмиттер (управление напряжением). В PNP-транзисторе все наоборот...
Отличия от униполярного транзистора
Транзисторы можно разделить на две основные категории: биполярные и униполярные. ключевые отличия Что мы находим между ними:
- БЮТ или биполярный: Так же, как и униполярные транзисторы, биполярные транзисторы также имеют в своей структуре положительные и отрицательные носители заряда, то есть с легированными P и N областями. Что касается поляризации, то они могут иметь прямую или обратную поляризацию, в зависимости от того, что необходимо, и могут быть типа NPN или PNP. Что касается режимов работы, то они могут работать в активном режиме, режиме резки и режиме насыщения. Они управляются по току и имеют коэффициент усиления по току, обозначенный буквой β (бета). Потери мощности в этом случае выше, чем у униполярных транзисторов, а скорость его работы обычно ниже, чем у униполярных транзисторов. Поэтому они часто используются, среди прочего, в усилителях аналогового сигнала и переключателях низких частот. BJT более восприимчивы к шуму.
- FET или униполярный: В униполярных или полевых транзисторах тоже используются носители заряда, но здесь у нас электроны или дырки, в зависимости от типа. Основная поляризация здесь обратная, а режимы работы преимущественно в насыщении. В данном случае мы имеем транзисторы, управляемые напряжением. Прирост тока представлен в данном случае крутизной, потери мощности меньше, чем у биполярных, и они быстрее. По этой причине их часто используют в высокочастотных коммутационных и цифровых схемах. Униполярные менее восприимчивы к шуму.
Тип BJT (NPN и PNP)
Как я уже отмечал в нескольких частях статьи, существуют два основных типа BJT-транзисторов:
- NPN-транзисторы: Они являются частью одного из двух основных типов биполярных транзисторов, где буквы «N» и «P» обозначают основные носители заряда, присутствующие в различных областях устройства. В настоящее время большинство биполярных транзисторов относятся к типу NPN, поскольку подвижность электронов выше, чем подвижность «дырок» в полупроводниках, что позволяет использовать более высокие токи и более высокие рабочие скорости. Структура NPN-транзистора включает слой полупроводникового материала, легированного P, называемого «базой», расположенного между двумя слоями материала, легированного N. В конфигурации с общим эмиттером небольшой ток, текущий в базу, усиливается на выход коллектора. Символ NPN-транзистора включает в себя стрелку, указывающую на вывод эмиттера и направление условного тока во время активной работы устройства.
- PNP-транзисторы: Второй тип биполярных транзисторов, они имеют буквы «П» и «Н», которые обозначают большинство зарядов в разных областях устройства. Хотя сегодня PNP-транзисторы менее распространены, они состоят из слоя полупроводникового материала, легированного N, между двумя слоями материала, легированного P. В типичной работе коллектор соединен с землей, а эмиттер - с положительной клеммой истока. питание через внешнюю электрическую нагрузку. Небольшой ток, текущий в базу, позволяет значительно большему току течь от эмиттера к коллектору. Стрелка в обозначении PNP-транзистора расположена на выводе эмиттера и указывает направление условного тока при активной работе устройства. Несмотря на меньшую распространенность, NPN-транзисторы в большинстве ситуаций предпочтительнее из-за их лучших характеристик.
Все детали вы можете увидеть на изображениях выше.
Применение BJT
Биполярные транзисторы (BJT) используются во множестве приложения в электронике, я уже комментировал некоторые случаи ранее, но здесь я показываю вам список некоторых основных применений или применений этих транзисторов:
- Усиление сигнала: BJT обычно используются для усиления слабых сигналов, например сигналов от датчиков или микрофонов, в аудио- и радиочастотных цепях.
- Коммутация: Они используются для управления переключением тока в цифровых и логических схемах, таких как электронные переключатели, для реализации логических элементов.
- Усилители мощности: Они используются в каскадах усиления мощности в аудиосистемах и усилителях радиочастоты. Фактически, одно из первых применений, для которых были разработаны эти транзисторы, заключалось в замене предыдущих электронных ламп.
- Источники энергии: Их можно настроить на выход постоянного тока, что полезно в определенных схемах и приложениях опорного тока. Вы также найдете их в системах регуляторов напряжения или схемах для поддержания постоянного напряжения на выходе блока питания.
- Осцилляторы: Они используются в генераторных схемах для генерации периодических сигналов, например, в генераторах синусоидальных волн.
- РЧ усиление: В системах связи BJT используются в каскадах усиления радиочастотного сигнала.
- Амплитудная и частотная модуляция: Они используются в схемах модуляции для изменения характеристик аудио или радиочастотных сигналов. Они также могут быть реализованы в некоторых датчиках или детекторах для обработки сигналов.
Как проверить BJT-транзистор
Проверка BJT-транзистора важна для обеспечения его правильного функционирования. Если вы хотите знать, как это сделать, вам понадобится только мультиметр или мультиметр, имеющий эту функцию для проверки биполярных транзисторов. И способ действия очень прост, вам просто нужно выполнить следующие шаги:
- БЮТ НПН: Сначала вам необходимо определить клеммы или контакты эмиттера (E), базы (B) и коллектора (C), которые имеются в вашем транзисторе. В зависимости от модели вы можете обратиться к техническим описаниям для получения более подробной информации, хотя это легко узнать. После того, как вы определили под рукой клеммы и мультиметр, следующим шагом будет просто правильно вставить контакты в предназначенные для этой цели разъемы. Если ваш мультиметр не имеет этой функции, вы можете использовать другую альтернативу:
- Переведите мультиметр в режим проверки транзисторов, то есть поверните колесико до выбора символа измерения напряжения постоянного тока (В —).
- Прикоснитесь к нужным контактам щупами мультиметра:
- Когда вы проверяете переход BE или база-эмиттер, вы должны увидеть на экране напряжение от 0.6 до 0.7 В, в зависимости от транзистора.
- Когда вы проверяете соединение BC или база-коллектор, вы прикасаетесь к этим другим клеммам, и показания напряжения должны быть аналогичны приведенным выше.
- Чтобы проверить текущий коэффициент усиления (hFE), поверните селектор на функцию hFE. И прикасаясь щупами к эмиттеру и базе, а также к эмиттеру и коллектору, можно определить коэффициент усиления hFE, который и будет соотношением между ними.
- БЮТ ПНП: в этом другом случае проверка аналогична, только противоположным способу проверки NPN.
Если полученные результаты выходят за пределы ожиданий, транзистор укажет на то, что он не работает или неисправен и требует замены.
Где купить БЮТ
Если вы хотите купить дешевые биполярные транзисторы, сделать это можно в любом магазине электроники или на специализированной онлайн-площадке. Эти устройства BJT можно найти на Amazon, и мы рекомендуем следующее:
