BJT: allt du behöver veta om den bipolära transistorn

I vår avsnitt för elektroniska komponenter Vi har redan pratat tillräckligt om olika typer av kommersiella transistorer. Nu är det dags att fördjupa sig i en mycket använd transistor, den är familjen till BJT transistorer, det vill säga bipolära transistorer, så närvarande i många elektroniska enheter som vi använder dagligen.

Så du kan lär dig mer om dessa transistorer och skillnaderna med unipolära.

Vad är en halvledare?

mycket halvledare De är material som har en elektrisk ledningsförmåga mellan ledares och isolatorers. Till skillnad från metaller (bra ledare) och icke-metaller (isolatorer eller dielektrikum), intar halvledare en unik position som gör att de kan manipuleras för att kontrollera flödet av elektrisk ström.

Su kristallstruktur, vanligtvis sammansatt av element som kisel eller germanium, är avgörande för att förstå dess beteende. Atomerna i dessa material bildar en kristallin struktur där elektroner delas mellan atomer i energiband. Valensbandet innehåller elektroner som är hårt bundna till atomer, medan ledningsbandet innehåller elektroner som kan röra sig fritt.

mycket halvledarmaterial De är viktiga vid tillverkning av avancerade elektroniska enheter. Kisel, som är en av de mest använda halvledarna, finns överallt i industrin och utgör grunden för chips och mikroprocessorer. Förutom kisel är germanium ett annat vanligt halvledarmaterial som har använts i äldre teknologier. Halvledarföreningar som galliumarsenid (GaAs) och fosforen har också fått betydelse, särskilt i högfrekventa och optoelektroniska tillämpningar. Dessa material möjliggör skapandet av enheter som lysdioder (LED), högfrekventa transistorer och avancerade sensorer, vilket visar mångsidigheten och vitaliteten hos halvledare i framkanten av teknisk innovation.

Lastbärare och elektronisk körning

La halvledarnas förmåga att leda elektricitet ligger i dess förmåga att generera laddningsbärare. Laddningsbärare kan vara negativt laddade elektroner eller positivt laddade "hål", som är resultatet av elektroner som har förskjutits från valensbandet till ledningsbandet.

När en spänning läggs på en halvledare, elektronerna kan röra sig från valensbandet till ledningsbandet, skapar elektrisk ström. Detta fenomen är känt som elektronisk ledning och är avgörande för driften av elektroniska enheter.

Dopingmedel (föroreningar)

För att förbättra och kontrollera de elektriska egenskaperna hos halvledare, Avsiktliga föroreningar införs i glaset genom en process som kallas doping. Dopningsatomerna kan vara av donatortyp (tillför extra elektroner) eller av acceptortyp (skapande av hål), det vill säga den första skulle vara de så kallade N-halvledarna och den andra halvledaren av P-typ.

Dopanter introducerar ytterligare energinivåer i förbjudet band, vilket ger större kontroll över elektronisk körning. Några vanliga exempel på dopämnen är fosfor (donator) och bor (acceptor) för kisel. På så sätt kan zoner eller kopplingar skapas för att skapa enheter som en diod, som i grunden är en enda PN-övergång, eller halvledare, som vanligtvis är tre zoner som vi kommer att se senare.

Typer av halvledare: Inre och Extrinsic

Å andra sidan, för att förstå BJT är det också viktigt att veta vad typer av halvledare De finns, såsom:

• Inneboende: När inga föroreningar läggs till en halvledare, klassificeras den som inneboende. I detta fall beror elektrisk ledning enbart på termisk generering av laddningsbärare (elektron-hål-par).
• yttre: De är resultatet av avsiktlig dopning med föroreningar. N-typ (negativa) halvledare erhålls genom tillsats av donatordopmedel, medan p-typ (positiva) halvledare bildas med acceptordopanter. Dessa processer gör det möjligt att justera halvledarnas elektriska egenskaper enligt applikationernas specifika behov.

Introduktion till PN-korsningar

La PN-korsning Det är ett väsentligt koncept inom halvledarelektronik som lägger grunden för skapandet av enheter som dioder och transistorer. En PN-övergång bildas när två områden av ett halvledarmaterial möts. Dessa regioner är P-typ-regionen (där koncentrationen av positiva laddningsbärare eller hål är dominerande) och N-typ-regionen (där koncentrationen av negativa laddningsbärare eller elektroner är dominerande). Övergången mellan dessa två regioner skapar ett unikt gränssnitt med speciella elektriska egenskaper.

La bildandet av PN-övergången Det sker vanligtvis genom en process som kallas doping, där avsiktliga föroreningar förs in i halvledarmaterialet. I området av P-typ används acceptordopmedel (som bor), medan i regionen av N-typ används donatordopmedel (som fosfor), som jag nämnde tidigare. Denna process skapar en koncentrationsgradient av laddningsbärare över korsningen, och etablerar således den potentiella barriären.

Beträffande beteende av denna PN-övergång, har unika egenskaper när den polariseras i olika riktningar:

• En framåtpolarisering, appliceras en spänning i den riktning som gynnar strömflödet genom korsningen. I detta fall rör sig laddningsbärarna över potentialbarriären, vilket tillåter elektrisk ledning.
• Tvärtom, i omvänd polarisering, arbetar den pålagda spänningen mot potentialbarriären, vilket hindrar strömflödet. I detta tillstånd fungerar PN-övergången som en diod, som tillåter ledning i en riktning och blockerar den i motsatt riktning.

PN-övergången är grunden för många elektroniska enheter. Dioder, till exempel, drar fördel av egenskapen hos PN-övergången för att tillåta strömflöde i en riktning och blockera den i den andra. Transistorer, grundläggande för digital logik och signalförstärkning, är också byggda med hjälp av olika PN-övergångar, som i fallet med BJT som kan ha NPN- eller PNP-övergångar...

Vad är en BJT-transistor?

El bipolär junction transistor (BJT eller Bipolar Junction Transistor) Det är en solid-state elektronisk enhet som består av två mycket nära PN-övergångar, som tillåter strömökning, spänningsminskning och kontroll av strömflödet genom dess terminaler. Ledning i denna typ av transistor involverar laddningsbärare av båda polariteterna (positiva hål och negativa elektroner). BJT används ofta i analog elektronik och vissa digitala elektroniktillämpningar, såsom TTL- eller BiCMOS-teknik.

La Bipolära transistorers historia går tillbaka till 1947, när John Bardeen och Walter Houser Brattain uppfann den bipolära punktkontakttransistorn på Bell Telephone Company. Senare utvecklade William Shockley den bipolära korsningstransistorn 1948. Även om de var väsentliga i årtionden, har deras användning minskat till förmån för CMOS-teknik i digitala integrerade kretsar.

Strukturen för en BJT består av tre regioner:

• Strålaren (mycket dopad och fungerar som laddningsavsändare)
• Basen (avsmalnar och skiljer emittern från uppsamlaren)
• Samlaren (större förlängning).

Epitaxiell avsättning är den vanliga tillverkningstekniken. I normal drift är bas-emitterövergången framåtspänd, medan bas-kollektorövergången är bakåtförspänd. Funktionsprincipen innefattar Polarisering direkt polarisering av bas-emitterövergången och omvänd polarisering av bas-kollektorövergång. Elektroner injiceras från emittern till kollektorn, vilket möjliggör signalförstärkning. BJT kännetecknas av sin låga ingångsimpedans och kan modelleras som en spänningsstyrd strömkälla eller en strömstyrd strömkälla.

Bipolär transistordrift

När det gäller drift har vi det i en bipolär övergångstransistor (BJT) i NPN-konfiguration, Bas-emitterövergången är framåtpolariserad och bas-kollektorövergången är omvänd polariserad.. Termisk omrörning tillåter laddningsbärarna från emittern att passera emitter-bas potentialbarriären och nå kollektorn, driven av det elektriska fältet mellan basen och kollektorn. I typisk drift är bas-emitterövergången framåtspänd, vilket gör att elektroner kan injiceras i basområdet och färdas mot kollektorn. Basområdet måste vara tunt för att minimera bärarrekombination innan det når bas-kollektorövergången. Kollektor-emitterströmmen kan styras av bas-emitterströmmen (strömstyrning) eller av bas-emitterspänningen (spänningsstyrning). I en PNP-transistor är det tvärtom...

Skillnader med den unipolära transistorn

Transistorer kan delas in i två huvudkategorier: bipolära och unipolära. De viktiga skillnader Det vi hittar mellan de två är:

• BJT eller bipolär: Precis som unipolära transistorer har bipolära transistorer också positiva och negativa laddningsbärare, det vill säga med P- och N-dopade områden i sin struktur. När det gäller polarisering kan de polariseras direkt eller omvänt, beroende på vad som behövs, och kan vara av NPN- eller PNP-typ. När det gäller driftlägena kan de arbeta i aktivt läge, skärläge och mättnadsläge. De är strömstyrda och har en strömförstärkning som representeras av bokstaven β (beta). Effektförlusten i detta fall är högre än för unipolära transistorer och dess hastighet är i allmänhet lägre än unipolära transistorer. Därför används de ofta i bland annat analoga signalförstärkare och lågfrekvent omkoppling. BJT är mer mottagliga för buller.
• FET eller unipolär: Unipolära eller fälteffekttransistorer använder också laddningsbärare, men här har vi elektroner eller hål beroende på typ. Huvudpolariseringen här är den omvända, och driftslägena är huvudsakligen i mättnad. I det här fallet har vi spänningsstyrda transistorer. Strömförstärkningen representeras i detta fall av transkonduktans, effektförlusten är mindre än i bipolära, och de är snabbare. Av denna anledning används de ofta för högfrekvensomkoppling och digitala kretsar. Unipolära är mindre känsliga för brus.

BJT-typ (NPN och PNP)

Som jag har kommenterat i flera delar av artikeln finns det två huvudtyper av BJT-transistorer:

• NPN-transistorer: De är en del av en av de två grundläggande typerna av bipolära transistorer, där bokstäverna "N" och "P" indikerar de flesta laddningsbärare som finns i enhetens olika regioner. För närvarande är de flesta bipolära transistorer av NPN-typ, eftersom rörligheten för elektroner är högre än för "hål" i halvledare, vilket tillåter högre strömmar och högre driftshastigheter. Strukturen hos en NPN-transistor består av ett lager av P-dopat halvledarmaterial, kallat "basen", beläget mellan två lager av N-dopat material. I den gemensamma emitterkonfigurationen förstärks en liten ström som flyter in i basen vid utgång från grenröret. NPN-transistorsymbolen inkluderar en pil som pekar mot emitterterminalen och riktningen för konventionell ström under aktiv drift av enheten.
• PNP-transistorer: Den andra typen av bipolära transistorer, de har bokstäverna "P" och "N" som hänvisar till de flesta laddningar i olika delar av enheten. Även om PNP-transistorer är mindre vanliga idag, består PNP-transistorer av ett lager av N-dopat halvledarmaterial mellan två lager av P-dopat material. I typisk drift är kollektorn ansluten till jord, och emittern är kopplad till källans positiva terminal. strömförsörjning via en extern elektrisk last. En liten ström som flyter in i basen gör att en betydligt större ström kan flyta från emittern till kollektorn. Pilen i PNP-transistorsymbolen är placerad på emitterterminalen och pekar i riktning mot konventionell ström under aktiv drift av enheten. Trots sin lägre prevalens föredras NPN-transistorer i de flesta situationer på grund av deras bättre prestanda.

Du kan se alla detaljer i bilderna ovan.

Tillämpningar av en BJT

Bipolära övergångstransistorer (BJT) används i en mängd olika applikationer inom elektronik, Jag har redan kommenterat några fall tidigare, men här visar jag dig en lista med några av de viktigaste tillämpningarna eller användningarna av dessa transistorer:

• Signalförstärkning: BJT:er används vanligtvis för att förstärka svaga signaler, såsom de från sensorer eller mikrofoner, i ljud- och radiofrekvenskretsar.
• Kommutering: De används för att styra strömomkoppling i digitala och logiska kretsar, såsom elektroniska omkopplare, för att implementera logiska grindar.
• Effektförstärkare: De används i effektförstärkningssteg i ljudsystem och RF (radiofrekvens) förstärkare. Faktum är att en av de första applikationerna för vilka dessa transistorer konstruerades var för detta, att ersätta tidigare vakuumrör.
• Energikällor: De kan konfigureras för att mata ut konstant ström, vilket är användbart i vissa strömreferenskretsar och applikationer. Du hittar dem också i spänningsregulatorsystem eller kretsar för att upprätthålla en konstant spänning vid utgången av strömförsörjningen.
• Oscillatorer: De används i oscillatorkretsar för att generera periodiska signaler, såsom i sinusvågsgeneratorer.
• RF-förstärkning: I kommunikationssystem används BJT i ​​radiofrekvenssignalförstärkningssteg.
• Amplitud och frekvensmodulering: De används i moduleringskretsar för att ändra egenskaperna hos ljud- eller RF-signaler. De kan också implementeras i vissa sensorer eller detektorer för att bearbeta signalerna.

Hur man kontrollerar en BJT-transistor

Att kontrollera en BJT-transistor är viktigt för att säkerställa att den fungerar korrekt. Om du vill veta hur du gör det behöver du bara en multimeter eller multimeter som har denna funktion för att kontrollera bipolära transistorer. Och sättet att gå vidare är väldigt enkelt, du behöver bara följa dessa steg:

• BJT NPN: Först måste du identifiera emitter (E), bas (B) och kollektor (C) terminaler eller stift som din transistor innehåller. Beroende på modell kan du konsultera databladen för mer information, även om det är lätt att veta. När du har identifierat terminalerna och multimetern till hands är nästa sak att helt enkelt sätta in stiften korrekt i spåren för detta ändamål. Om din multimeter inte har denna funktion kan du använda detta andra alternativ:
  1. Sätt multimetern i transistortestläge, det vill säga vrid på hjulet för att välja symbolen för mätning av DC-spänning (V —).
  2. Tryck på önskade stift med multimetersonderna:
     • När du kontrollerar BE- eller Base-Emitter-övergången bör du se en spänningsavläsning på skärmen mellan 0.6 och 0.7v, beroende på transistor.
     • När du kontrollerar BC- eller Base-Collector-övergången, rör du vid dessa andra terminaler och spänningsavläsningen bör likna ovanstående.
     • För att kontrollera strömförstärkningen (hFE), vrid väljarratten till hFE-funktionen. Och genom att röra sändaren och basen, och sändaren och samlaren med sonderna för att bestämma förstärkningen hFE, som kommer att vara förhållandet mellan de två.
• BJT PNP: i det andra fallet är verifieringen liknande, bara på motsatt sätt mot den för en NPN.

Om de erhållna resultaten är värden utanför förväntningarna, kommer transistorn att indikera att den inte fungerar eller är defekt och måste bytas ut.

Var kan man köpa en BJT

Om du vill köpa billiga BJT transistorer, du kan göra det i vilken elektronikbutik som helst eller specialiserad onlineplattform. En plats där du hittar dessa BJT-enheter är på Amazon, och vi rekommenderar dessa:

AUKENIEN 23 värden...

Inga betyg

13,99 €

Se erbjudande Se funktioner