BJT: lahat ng kailangan mong malaman tungkol sa bipolar transistor

Sa aming seksyon ng mga elektronikong sangkap Napag-usapan na natin ang tungkol sa iba't ibang uri ng mga komersyal na transistor. Ngayon ay oras na upang bungkalin nang mas malalim sa isang malawak na ginagamit na transistor, ito ay ang pamilya ng BJT transistor, ibig sabihin, mga bipolar transistor, kaya naroroon sa maraming mga elektronikong aparato na ginagamit namin araw-araw.

Kaya mo matuto nang higit pa tungkol sa mga transistor na ito at ang mga pagkakaiba sa mga unipolar...

Ano ang semiconductor?

: SONY DSC

: SONY DSC

Los semiconductors Ang mga ito ay mga materyales na may electrical conductivity sa pagitan ng conductor at ng insulators. Hindi tulad ng mga metal (magandang conductor) at non-metal (insulators o dielectrics), ang mga semiconductor ay sumasakop sa isang natatanging posisyon na nagpapahintulot sa kanila na manipulahin upang kontrolin ang daloy ng electrical current.

Su istraktura ng kristal, na karaniwang binubuo ng mga elemento tulad ng silicon o germanium, ay mahalaga sa pag-unawa sa gawi nito. Ang mga atomo ng mga materyales na ito ay bumubuo ng isang mala-kristal na istraktura kung saan ang mga electron ay ibinabahagi sa pagitan ng mga atomo sa mga banda ng enerhiya. Ang valence band ay naglalaman ng mga electron na mahigpit na nakagapos sa mga atomo, habang ang conduction band ay naglalaman ng mga electron na malayang gumagalaw.

Los mga materyales sa semiconductor Mahalaga ang mga ito sa paggawa ng mga advanced na electronic device. Ang Silicon, bilang isa sa mga pinaka ginagamit na semiconductors, ay nasa lahat ng dako sa industriya at bumubuo ng batayan ng mga chips at microprocessors. Bilang karagdagan sa silikon, ang germanium ay isa pang karaniwang materyal na semiconductor na ginamit sa mas lumang mga teknolohiya. Ang mga semiconductor compound tulad ng gallium arsenide (GaAs) at phosphorene ay nakakuha din ng kahalagahan, lalo na sa mga high-frequency at optoelectronic na aplikasyon. Ang mga materyales na ito ay nagbibigay-daan sa paglikha ng mga device tulad ng light-emitting diodes (LEDs), high-frequency transistors at advanced sensors, na nagpapakita ng versatility at vitality ng semiconductors sa unahan ng teknolohikal na pagbabago.

Mga cargo carrier at elektronikong pagmamaneho

La kakayahan ng mga semiconductor na magsagawa ng kuryente nakasalalay sa kakayahan nitong bumuo ng mga carrier ng singil. Ang mga carrier ng singil ay maaaring mga electron na may negatibong charge o "mga butas," na nagreresulta mula sa mga electron na inilipat mula sa valence band patungo sa conduction band.

Kapag ang isang boltahe ay inilapat sa isang semiconductor, ang mga electron maaaring lumipat mula sa valence band patungo sa conduction band, lumilikha ng electric current. Ang phenomenon na ito ay kilala bilang electronic conduction at mahalaga para sa pagpapatakbo ng mga electronic device.

Dopants (mga dumi)

Upang pagbutihin at kontrolin ang mga de-koryenteng katangian ng semiconductors, Ang mga sinasadyang dumi ay ipinapasok sa salamin sa pamamagitan ng prosesong tinatawag na doping. Ang dopant atoms ay maaaring nasa uri ng donor (nagdaragdag ng mga karagdagang electron) o ng uri ng acceptor (lumilikha ng mga butas), ibig sabihin, ang una ay ang tinatawag na N-type semiconductors at ang pangalawa ay ang P-type semiconductors.

Ang mga dopant ay nagpapakilala ng karagdagang mga antas ng enerhiya sa bawal na banda, na nagbibigay-daan sa higit na kontrol sa elektronikong pagmamaneho. Ang ilang karaniwang halimbawa ng dopants ay phosphorus (donor) at boron (acceptor) para sa silicon. Sa ganitong paraan, ang mga zone o junction ay maaaring gawin upang lumikha ng mga device tulad ng isang diode, na karaniwang isang solong PN junction, o semiconductors, na karaniwang tatlong zone na makikita natin sa ibang pagkakataon.

Mga Uri ng Semiconductor: Intrinsic at Extrinsic

Sa kabilang banda, upang maunawaan ang BJT, mahalagang malaman kung ano mga uri ng semiconductor Sila ay umiiral, tulad ng:

Intrinsic: Kapag walang impurities na idinagdag sa isang semiconductor, ito ay nauuri bilang intrinsic. Sa kasong ito, ang electrical conduction ay dahil lamang sa thermal generation ng mga charge carriers (electron-hole pairs).
panlabas: Ang mga ito ay resulta ng sinadyang doping na may mga impurities. Nakukuha ang N-type (negatibong) semiconductor sa pamamagitan ng pagdaragdag ng mga donor dopant, habang ang p-type (positibong) semiconductors ay nabuo gamit ang acceptor dopant. Ang mga prosesong ito ay nagpapahintulot sa mga de-koryenteng katangian ng mga semiconductor na maisaayos ayon sa mga partikular na pangangailangan ng mga aplikasyon.

Panimula sa PN junctions

La PN junction Ito ay isang mahalagang konsepto sa semiconductor electronics na naglalagay ng pundasyon para sa paglikha ng mga aparato tulad ng mga diode at transistor. Ang isang PN junction ay nabuo kapag ang dalawang rehiyon ng isang semiconductor na materyal ay nagtagpo. Ang mga rehiyong ito ay ang P-type na rehiyon (kung saan nangingibabaw ang konsentrasyon ng mga positive charge carrier o hole) at ang N-type na rehiyon (kung saan nangingibabaw ang konsentrasyon ng mga negatibong charge carrier o electron). Ang paglipat sa pagitan ng dalawang rehiyong ito ay lumilikha ng isang natatanging interface na may mga espesyal na katangian ng kuryente.

La pagbuo ng PN junction Karaniwan itong nangyayari sa pamamagitan ng prosesong tinatawag na doping, kung saan ang mga sinasadyang dumi ay ipinapasok sa materyal na semiconductor. Sa rehiyon ng P-type, ang mga acceptor dopant (tulad ng boron) ay ginagamit, habang sa N-type na rehiyon, ang mga donor dopant (tulad ng phosphorus) ay ginagamit, tulad ng nabanggit ko dati. Lumilikha ang prosesong ito ng gradient ng konsentrasyon ng mga carrier ng singil sa kabuuan ng junction, kaya nagtatatag ng potensyal na hadlang.

Ukol sa pag-uugali ng PN junction na ito, ay may mga natatanging katangian kapag na-polarize sa iba't ibang direksyon:

En pasulong na polariseysyon, ang isang boltahe ay inilalapat sa direksyon na pinapaboran ang kasalukuyang daloy sa pamamagitan ng kantong. Sa kasong ito, gumagalaw ang mga carrier ng singil sa potensyal na hadlang, na nagpapahintulot sa pagpapadaloy ng kuryente.
Sa kabaligtaran, sa baligtad na polariseysyon, ang inilapat na boltahe ay gumagana laban sa potensyal na hadlang, na humahadlang sa daloy ng kasalukuyang. Sa ganitong estado, ang PN junction ay kumikilos tulad ng isang diode, na nagpapahintulot sa pagpapadaloy sa isang direksyon at hinaharangan ito sa kabaligtaran na direksyon.

Ang PN junction ay ang batayan ng maraming mga elektronikong aparato. Ang mga diode, halimbawa, ay sinasamantala ang pag-aari ng PN junction upang payagan ang kasalukuyang daloy sa isang direksyon at harangan ito sa kabilang direksyon. Ang mga transistor, pangunahing para sa digital logic at signal amplification, ay binuo din gamit ang iba't ibang PN junctions, tulad ng sa kaso ng mga BJT na maaaring magkaroon ng NPN o PNP junctions...

Ano ang isang BJT transistor?

El bipolar junction transistor (BJT o Bipolar Junction Transistor) Ito ay isang solid-state na elektronikong aparato na binubuo ng dalawang napakalapit na PN junction, na nagpapahintulot sa kasalukuyang pagtaas, pagbaba ng boltahe, at kontrol ng kasalukuyang daloy sa mga terminal nito. Ang pagpapadaloy sa ganitong uri ng transistor ay nagsasangkot ng mga tagadala ng singil ng parehong mga polaridad (mga positibong butas at negatibong mga electron). Ang mga BJT ay malawakang ginagamit sa analog electronics at ilang digital electronics application, gaya ng TTL o BiCMOS na teknolohiya.

La Ang kasaysayan ng bipolar transistor ay nagsimula noong 1947, nang imbento nina John Bardeen at Walter Houser Brattain ang point-contact bipolar transistor sa Bell Telephone Company. Nang maglaon, binuo ni William Shockley ang bipolar junction transistor noong 1948. Bagama't ang mga ito ay mahalaga sa loob ng mga dekada, ang kanilang paggamit ay tinanggihan pabor sa teknolohiya ng CMOS sa mga digital integrated circuit.

Ang istraktura ng isang BJT ay binubuo ng tatlong rehiyon:

Ang emitter (highly doped at functional bilang charge emitter)
Ang base (pinikit at hinihiwalay ang emitter mula sa kolektor)
Ang kolektor (mas malaking extension).

Ang epitaxial deposition ay ang karaniwang pamamaraan ng pagmamanupaktura. Sa normal na operasyon, ang base-emitter junction ay forward biased, habang ang base-collector junction ay reverse biased. Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ay kinabibilangan ng Polariseysyon direktang polariseysyon ng base-emitter junction at reverse polarization ng base-collector junction. Ang mga electron ay iniksyon mula sa emitter patungo sa kolektor, na nagpapahintulot sa pagpapalakas ng signal. Ang BJT ay nailalarawan sa pamamagitan ng mababang input impedance nito at maaaring i-modelo bilang isang kasalukuyang pinagmumulan na kontrolado ng boltahe o kasalukuyang pinagmumulan na kinokontrol ng kasalukuyang.

Pagpapatakbo ng bipolar transistor

Tulad ng para sa operasyon, mayroon kami na sa isang bipolar junction transistor (BJT) sa pagsasaayos ng NPN, Ang base-emitter junction ay forward polarized at ang base-collector junction ay reverse polarized.. Ang thermal agitation ay nagpapahintulot sa mga tagadala ng singil mula sa emitter na tumawid sa potensyal na hadlang ng emitter-base at maabot ang kolektor, na hinihimok ng electric field sa pagitan ng base at ng kolektor. Sa karaniwang operasyon, ang base-emitter junction ay forward biased, na nagpapahintulot sa mga electron na mai-inject sa base na rehiyon at maglakbay patungo sa kolektor. Dapat na manipis ang base region para mabawasan ang carrier recombination bago makarating sa base-collector junction. Ang kasalukuyang kolektor-emitter ay maaaring kontrolin ng kasalukuyang base-emitter (kasalukuyang kontrol) o ng boltahe ng base-emitter (kontrol ng boltahe). Sa isang PNP transistor ito ay kabaligtaran...

Mga pagkakaiba sa unipolar transistor

Ang mga transistor ay maaaring maiuri sa dalawang pangunahing kategorya: bipolar at unipolar. Ang pangunahing pagkakaiba Ang nakikita natin sa pagitan ng dalawa ay:

BJT o bipolar: Tulad ng mga unipolar transistor, ang mga bipolar transistor ay mayroon ding mga positibo at negatibong tagadala ng singil, iyon ay, may mga P at N doped na rehiyon sa kanilang istraktura. Tulad ng para sa polarization, maaari silang i-polarize nang direkta o baligtad, depende sa kung ano ang kinakailangan, at maaaring maging uri ng NPN o PNP. Tulad ng para sa mga operating mode, maaari silang gumana sa aktibong mode, cut mode at saturation mode. Ang mga ito ay kasalukuyang kinokontrol, at may kasalukuyang pakinabang na kinakatawan ng titik β (beta). Ang pagkawala ng kuryente sa kasong ito ay mas mataas kaysa sa unipolar transistors at ang bilis nito sa pangkalahatan ay mas mabagal kaysa sa unipolar transistors. Samakatuwid, madalas silang ginagamit sa mga analog signal amplifier at low-frequency switching, bukod sa iba pa. Ang mga BJT ay mas madaling kapitan ng ingay.
FET o unipolar: Gumagamit din ang mga unipolar o field effect transistors ng mga charge carrier, ngunit dito mayroon tayong mga electron o butas, depende sa uri. Ang pangunahing polariseysyon dito ay ang reverse, at ang mga operating mode ay higit sa lahat sa saturation. Sa kasong ito mayroon kaming mga transistor na kinokontrol ng boltahe. Ang kasalukuyang pakinabang ay kinakatawan sa kasong ito ng transconductance, ang pagkawala ng kuryente ay mas mababa kaysa sa mga bipolar, at mas mabilis ang mga ito. Para sa kadahilanang ito, madalas silang ginagamit para sa high-frequency switching at digital circuits. Ang mga unipolar ay hindi gaanong madaling kapitan ng ingay.

Uri ng BJT (NPN at PNP)

Tulad ng aking komento sa ilang bahagi ng artikulo, mayroon dalawang pangunahing uri ng BJT transistors:

NPN Transistors: Ang mga ito ay bahagi ng isa sa dalawang pangunahing uri ng bipolar transistors, kung saan ang mga titik na "N" at "P" ay nagpapahiwatig ng karamihan sa mga carrier ng singil na nasa iba't ibang rehiyon ng device. Sa kasalukuyan, karamihan sa mga bipolar transistor ay nasa uri ng NPN, dahil ang kadaliang mapakilos ng mga electron ay mas mataas kaysa sa "mga butas" sa mga semiconductor, kaya nagbibigay-daan sa mas mataas na mga alon at mas mataas na bilis ng pagpapatakbo. Ang istraktura ng isang NPN transistor ay binubuo ng isang layer ng P-doped semiconductor material, na tinatawag na "base," na matatagpuan sa pagitan ng dalawang layer ng N-doped material. Sa configuration ng common-emitter, isang maliit na kasalukuyang dumadaloy sa base ay pinalalakas sa output ng manifold. Kasama sa simbolo ng NPN transistor ang isang arrow na tumuturo sa terminal ng emitter at ang direksyon ng conventional current sa panahon ng aktibong operasyon ng device.
PNP Transistors: Ang pangalawang uri ng bipolar transistor, mayroon silang mga letrang "P" at "N" na tumutukoy sa karamihan ng mga singil sa iba't ibang rehiyon ng device. Bagama't hindi gaanong karaniwan ngayon, ang PNP transistors ay binubuo ng isang layer ng N-doped semiconductor material sa pagitan ng dalawang layer ng P-doped material. Sa karaniwang operasyon, ang collector ay konektado sa ground, at ang emitter ay naka-link sa positive terminal ng source. supply ng kuryente sa pamamagitan ng panlabas na pagkarga ng kuryente. Ang isang maliit na kasalukuyang dumadaloy sa base ay nagbibigay-daan sa isang makabuluhang mas malaking kasalukuyang daloy mula sa emitter patungo sa kolektor. Ang arrow sa simbolo ng transistor ng PNP ay matatagpuan sa terminal ng emitter at tumuturo sa direksyon ng conventional current sa panahon ng aktibong operasyon ng device. Sa kabila ng kanilang mas mababang pagkalat, ang mga transistor ng NPN ay ginustong sa karamihan ng mga sitwasyon dahil sa kanilang mas mahusay na pagganap.

Maaari mong makita ang lahat ng mga detalye sa mga larawan sa itaas.

Mga aplikasyon ng isang BJT

Ang mga bipolar junction transistors (BJTs) ay ginagamit sa iba't-ibang mga aplikasyon sa electronics, Nagkomento na ako sa ilang mga kaso dati, ngunit narito ako ay nagpapakita sa iyo ng isang listahan na may ilan sa mga pangunahing aplikasyon o paggamit ng mga transistor na ito:

Pagpapalakas ng signal: Ang mga BJT ay karaniwang ginagamit upang palakasin ang mga mahihinang signal, tulad ng mga mula sa mga sensor o mikropono, sa mga circuit ng audio at radio frequency.
Commutation: Ginagamit ang mga ito upang kontrolin ang kasalukuyang paglipat sa mga digital at logic circuit, tulad ng mga electronic switch, upang maipatupad ang mga logic gate.
Mga power amplifier: Ginagamit ang mga ito sa mga yugto ng power amplification sa mga audio system at RF (radio frequency) amplifier. Sa katunayan, ang isa sa mga unang aplikasyon kung saan idinisenyo ang mga transistor na ito ay para dito, na pinapalitan ang mga nakaraang vacuum tubes.
Mga mapagkukunan ng enerhiya: Maaari silang i-configure upang mag-output ng pare-pareho ang kasalukuyang, na kapaki-pakinabang sa ilang kasalukuyang reference circuit at application. Makikita mo rin ang mga ito sa mga sistema ng regulator ng boltahe o mga circuit upang mapanatili ang isang pare-parehong boltahe sa output ng power supply.
Mga Oscillator: Ginagamit ang mga ito sa mga oscillator circuit upang makabuo ng mga pana-panahong signal, tulad ng sa mga generator ng sine wave.
Pagpapalakas ng RF: Sa mga sistema ng komunikasyon, ang mga BJT ay ginagamit sa mga yugto ng pagpapalakas ng signal ng dalas ng radyo.
Amplitude at frequency modulation: Ginagamit ang mga ito sa mga modulation circuit upang baguhin ang mga katangian ng audio o RF signal. Maaari din silang ipatupad sa ilang sensor o detector para iproseso ang mga signal.

Paano suriin ang isang BJT transistor

Ang pagsuri sa isang BJT transistor ay mahalaga upang matiyak ang wastong paggana nito. Kung gusto mong malaman kung paano ito gagawin, kakailanganin mo lamang ng isang multimeter o multimeter na may ganitong function upang suriin ang mga bipolar transistor. At ang paraan upang magpatuloy ay napaka-simple, kailangan mo lamang sundin ang mga hakbang na ito:

BJT NPN: Una kailangan mong tukuyin ang mga terminal o pin ng Emitter (E), Base (B) at Collector (C) na kasama ng iyong transistor. Depende sa modelo, maaari kang kumunsulta sa mga datasheet para sa higit pang mga detalye, bagama't madaling malaman ito. Kapag natukoy mo na ang mga terminal at ang multimeter na nasa kamay, ang susunod na bagay ay ipasok lamang ang mga pin nang tama sa mga puwang para sa layuning ito. Kung walang ganitong function ang iyong multimeter, maaari mong gamitin ang ibang alternatibong ito:
1. Ilagay ang multimeter sa transistor test mode, ibig sabihin, paikutin ang gulong upang piliin ang simbolo para sa pagsukat ng boltahe ng DC (V —).
2. Pindutin ang nais na mga pin gamit ang mga multimeter probe:
  - Kapag tiningnan mo ang BE o Base-Emitter junction, dapat mong makita ang boltahe na pagbabasa sa screen sa pagitan ng 0.6 at 0.7v, depende sa transistor.
  - Kapag tiningnan mo ang BC o Base-Collector junction, hinawakan mo ang ibang mga terminal na ito at ang pagbabasa ng boltahe ay dapat na katulad ng nasa itaas.
  - Upang suriin ang kasalukuyang nakuha (hFE), i-on ang selection dial sa hFE function. At sa pamamagitan ng pagpindot sa emitter at base, at emitter at collector gamit ang mga probes upang matukoy ang gain hFE, na siyang magiging relasyon sa pagitan ng dalawa.
BJT PNP: sa ibang kaso na ito, ang pag-verify ay katulad, sa kabaligtaran lamang sa paraan ng isang NPN.

Kung ang mga resulta na nakuha ay mga halaga sa labas ng mga inaasahan, ang transistor ay magsasaad na ito ay hindi gumagana o may depekto at kailangang palitan.

Saan makakabili ng BJT

Kung nais mong bumili murang BJT transistors, magagawa mo ito sa anumang tindahan ng electronics o dalubhasang online na platform. Ang isang lugar kung saan makikita mo ang mga BJT device na ito ay nasa Amazon, at inirerekomenda namin ang mga ito:

Hardwarelibre