V našom sekcia elektronických komponentov O rôznych typoch komerčných tranzistorov sme už hovorili dosť. Teraz je čas ponoriť sa hlbšie do široko používaného tranzistora, je to rodina BJT tranzistory, čiže bipolárne tranzistory, tak prítomné v mnohých elektronických zariadeniach, ktoré používame na dennej báze.
Takže môžeš dozvedieť sa viac o týchto tranzistoroch a rozdieloch s unipolárnymi...
Čo je to polovodič?
-
- SONY DSC
-
- SONY DSC
undefined polovodiče Sú to materiály, ktoré majú elektrickú vodivosť medzi vodičmi a izolantmi. Na rozdiel od kovov (dobré vodiče) a nekovov (izolátory alebo dielektrika) polovodiče zaujímajú jedinečnú pozíciu, ktorá umožňuje manipuláciu s nimi na riadenie toku elektrického prúdu.
Su kryštálovú štruktúru, typicky zložený z prvkov, ako je kremík alebo germánium, je nevyhnutný na pochopenie jeho správania. Atómy týchto materiálov tvoria kryštalickú štruktúru, v ktorej sú elektróny zdieľané medzi atómami v energetických pásoch. Valenčný pás obsahuje elektróny, ktoré sú pevne viazané na atómy, zatiaľ čo vodivý pás obsahuje elektróny, ktoré sa môžu voľne pohybovať.
undefined polovodičových materiálov Sú nevyhnutné pri výrobe pokročilých elektronických zariadení. Kremík, ktorý je jedným z najpoužívanejších polovodičov, je v priemysle všadeprítomný a tvorí základ čipov a mikroprocesorov. Okrem kremíka je germánium ďalším bežným polovodičovým materiálom, ktorý sa používal v starších technológiách. Polovodičové zlúčeniny, ako je arzenid gália (GaAs) a fosforén, tiež získali význam, najmä vo vysokofrekvenčných a optoelektronických aplikáciách. Tieto materiály umožňujú vytváranie zariadení, ako sú diódy emitujúce svetlo (LED), vysokofrekvenčné tranzistory a pokročilé senzory, ktoré demonštrujú všestrannosť a vitalitu polovodičov v popredí technologických inovácií.
Nákladné nosiče a elektronické riadenie
La schopnosť polovodičov viesť elektrický prúd spočíva v jeho schopnosti vytvárať nosiče náboja. Nosiče náboja môžu byť negatívne nabité elektróny alebo pozitívne nabité "diery", ktoré sú výsledkom elektrónov, ktoré boli posunuté z valenčného pásma do vodivého pásma.
Keď sa na polovodič privedie napätie, elektróny môže prejsť z valenčného pásma do vodivého pásma, vytvára elektrický prúd. Tento jav je známy ako elektronické vedenie a je nevyhnutný pre fungovanie elektronických zariadení.
Dopants (nečistoty)
Na zlepšenie a kontrolu elektrických vlastností polovodičov, Zámerne sa do skla zavádzajú nečistoty prostredníctvom procesu nazývaného doping. Atómy dopantu môžu byť donorového typu (pridávanie ďalších elektrónov) alebo akceptorového typu (vytvárajúce diery), to znamená, že prvým by boli takzvané polovodiče typu N a druhým polovodiče typu P.
Dopanty dodávajú ďalšie energetické hladiny zakázaná kapela, čo umožňuje väčšiu kontrolu nad elektronickým riadením. Niektoré bežné príklady dopantov sú fosfor (donor) a bór (akceptor) pre kremík. Týmto spôsobom môžu byť vytvorené zóny alebo prechody na vytvorenie zariadení, ako je dióda, čo je v podstate jeden PN prechod, alebo polovodiče, čo sú zvyčajne tri zóny, ako uvidíme neskôr.
Typy polovodičov: vnútorné a vonkajšie
Na druhej strane, aby sme pochopili BJT, je tiež dôležité vedieť čo typy polovodičov Existujú, ako napríklad:
- Vnútorný: Ak do polovodiča nie sú pridané žiadne nečistoty, je klasifikovaný ako vlastný. V tomto prípade je elektrická vodivosť spôsobená výlučne tepelným generovaním nosičov náboja (páry elektrón-diera).
- vonkajších: Sú výsledkom úmyselného dopovania nečistotami. Polovodiče typu N (negatívne) sa získavajú pridaním donorových dopantov, zatiaľ čo polovodiče typu p (pozitívne) sa tvoria s akceptorovými dopantmi. Tieto procesy umožňujú úpravu elektrických vlastností polovodičov podľa špecifických potrieb aplikácií.
Úvod do PN prechodov
La Križovatka PN Je to základný koncept v polovodičovej elektronike, ktorý kladie základ pre vytvorenie zariadení, ako sú diódy a tranzistory. PN prechod sa vytvorí, keď sa spoja dve oblasti polovodičového materiálu. Týmito oblasťami sú oblasť typu P (kde prevláda koncentrácia kladných nosičov náboja alebo dier) a oblasť typu N (kde prevláda koncentrácia záporných nosičov náboja alebo elektrónov). Prechod medzi týmito dvoma oblasťami vytvára jedinečné rozhranie so špeciálnymi elektrickými vlastnosťami.
La vznik PN prechodu Zvyčajne k tomu dochádza prostredníctvom procesu nazývaného doping, pri ktorom sa do polovodičového materiálu zavádzajú zámerne nečistoty. V oblasti typu P sa používajú akceptorové dopanty (ako je bór), zatiaľ čo v oblasti typu N sa používajú donorové dopanty (ako je fosfor), ako som už spomenul. Tento proces vytvára koncentračný gradient nosičov náboja cez spojenie, čím sa vytvára potenciálna bariéra.
Pokiaľ ide o comportamiento tohto PN prechodu má pri polarizácii v rôznych smeroch jedinečné vlastnosti:
- En dopredná polarizácia, napätie sa aplikuje v smere, ktorý podporuje tok prúdu cez prechod. V tomto prípade sa nosiče náboja pohybujú cez potenciálnu bariéru, čo umožňuje elektrickú vodivosť.
- Naopak, v reverzná polarizáciaaplikované napätie pôsobí proti potenciálnej bariére a bráni toku prúdu. V tomto stave funguje PN prechod ako dióda, ktorá umožňuje vedenie v jednom smere a blokuje ho v opačnom smere.
PN prechod je základom mnohých elektronických zariadení. Diódy napríklad využívajú vlastnosť PN prechodu, aby umožnili tok prúdu v jednom smere a blokovali ho v druhom. Tranzistory, ktoré sú základom pre digitálnu logiku a zosilnenie signálu, sú tiež postavené pomocou rôznych PN prechodov, ako v prípade BJT, ktoré môžu mať NPN alebo PNP prechody...
Čo je tranzistor BJT?
El bipolárny tranzistor (BJT alebo bipolárny tranzistor) Je to polovodičové elektronické zariadenie zložené z dvoch veľmi blízkych PN prechodov, ktoré umožňujú zvýšenie prúdu, zníženie napätia a riadenie toku prúdu cez jeho svorky. Vedenie v tomto type tranzistora zahŕňa nosiče náboja oboch polarít (kladné diery a záporné elektróny). BJT sú široko používané v analógovej elektronike a niektorých digitálnych elektronických aplikáciách, ako je TTL alebo BiCMOS technológia.
La História bipolárnych tranzistorov siaha až do roku 1947, keď John Bardeen a Walter Houser Brattain vynašli bodový kontaktný bipolárny tranzistor v Bell Telephone Company. Neskôr William Shockley vyvinul bipolárny tranzistor v roku 1948. Hoci boli nevyhnutné po celé desaťročia, ich použitie upadlo v prospech technológie CMOS v digitálnych integrovaných obvodoch.
Štruktúra BJT pozostáva z tri regióny:
- Emitor (vysoko dopovaný a funkčný ako žiarič náboja)
- Základňa (zužuje a oddeľuje emitor od kolektora)
- Zberač (väčší predĺženie).
Epitaxné nanášanie je bežnou výrobnou technikou. V normálnej prevádzke je spojenie báza-emitor predpäté dopredu, zatiaľ čo spojenie báza-kolektor je spätne predpäté. Princíp fungovania zahŕňa Polarizácia priama polarizácia prechodu báza-emitor a reverzná polarizácia prechodu báza-kolektor. Elektróny sú vstrekované z žiariča do kolektora, čo umožňuje zosilnenie signálu. BJT sa vyznačuje nízkou vstupnou impedanciou a môže byť modelovaný ako napäťovo riadený zdroj prúdu alebo prúdovo riadený zdroj prúdu.
Prevádzka bipolárneho tranzistora
Pokiaľ ide o prevádzku, máme to v bipolárnom tranzistore (BJT) v konfigurácii NPN, Prechod báza-emitor je polarizovaný dopredu a prechod báza-kolektor je spätne polarizovaný.. Tepelné miešanie umožňuje nosičom náboja z žiariča prekročiť potenciálnu bariéru žiariča a bázy a dosiahnuť kolektor, poháňaný elektrickým poľom medzi bázou a kolektorom. V typickej prevádzke je spojenie báza-emitor dopredu predpäté, čo umožňuje vstrekovanie elektrónov do základnej oblasti a ich prechod smerom ku kolektoru. Základná oblasť musí byť tenká, aby sa minimalizovala rekombinácia nosiča pred dosiahnutím spojenia báza-kolektor. Prúd kolektor-emitor môže byť riadený prúdom báza-emitor (regulácia prúdu) alebo napätím báza-emitor (regulácia napätia). V PNP tranzistore je to naopak...
Rozdiely s unipolárnym tranzistorom
Tranzistory možno rozdeliť do dvoch hlavných kategórií: bipolárne a unipolárne. The kľúčové rozdiely Čo medzi nimi nájdeme:
- BJT alebo bipolárne: Rovnako ako unipolárne tranzistory, aj bipolárne tranzistory majú kladné a záporné nosiče náboja, to znamená s oblasťami dopovanými P a N vo svojej štruktúre. Čo sa týka polarizácie, môžu byť polarizované priamo alebo naopak, v závislosti od toho, čo je potrebné, a môžu byť typu NPN alebo PNP. Pokiaľ ide o prevádzkové režimy, môžu pracovať v aktívnom režime, režime rezu a režime saturácie. Sú riadené prúdom a majú prúdový zisk reprezentovaný písmenom β (beta). Strata výkonu je v tomto prípade vyššia ako pri unipolárnych tranzistoroch a jej rýchlosť je vo všeobecnosti pomalšia ako pri unipolárnych tranzistoroch. Preto sa často používajú okrem iného v zosilňovačoch analógového signálu a nízkofrekvenčnom prepínaní. BJT sú náchylnejšie na hluk.
- FET alebo unipolárne: Unipolárne alebo tranzistory s efektom poľa tiež používajú nosiče náboja, ale tu máme elektróny alebo diery, v závislosti od typu. Hlavná polarizácia je tu opačná a prevádzkové režimy sú prevažne v saturácii. V tomto prípade máme napäťovo riadené tranzistory. Prúdový zisk je v tomto prípade reprezentovaný transkonduktanciou, strata výkonu je menšia ako u bipolárnych a sú rýchlejšie. Z tohto dôvodu sa často používajú pre vysokofrekvenčné spínacie a digitálne obvody. Unipolárne sú menej náchylné na hluk.
Typ BJT (NPN a PNP)
Ako som sa vyjadril vo viacerých častiach článku, existujú dva hlavné typy BJT tranzistorov:
- NPN tranzistory: Sú súčasťou jedného z dvoch základných typov bipolárnych tranzistorov, kde písmená „N“ a „P“ označujú väčšinu nosičov náboja prítomných v rôznych oblastiach zariadenia. V súčasnosti je väčšina bipolárnych tranzistorov typu NPN, pretože mobilita elektrónov je vyššia ako mobilita "dier" v polovodičoch, čo umožňuje vyššie prúdy a vyššie prevádzkové rýchlosti. Štruktúra tranzistora NPN obsahuje vrstvu polovodičového materiálu dotovaného P, nazývaného „základňa“, situovanú medzi dvoma vrstvami materiálu dotovaného N. V konfigurácii so spoločným emitorom je malý prúd prúdiaci do základne zosilnený na výstup z rozdeľovača. Symbol tranzistora NPN obsahuje šípku smerujúcu k terminálu emitora a smer konvenčného prúdu počas aktívnej prevádzky zariadenia.
- PNP tranzistory: Druhý typ bipolárneho tranzistora, majú písmená "P" a "N", ktoré označujú väčšinu nábojov v rôznych oblastiach zariadenia. Hoci sú dnes tranzistory PNP menej bežné, pozostávajú z vrstvy polovodičového materiálu dotovaného N medzi dvoma vrstvami materiálu dotovaného P. V typickej prevádzke je kolektor spojený so zemou a emitor je spojený s kladným pólom zdroja. napájanie cez externú elektrickú záťaž. Malý prúd tečúci do základne umožňuje výrazne väčší prúd z emitora do kolektora. Šípka na symbole tranzistora PNP sa nachádza na svorke emitora a pri aktívnej prevádzke zariadenia ukazuje v smere konvenčného prúdu. Napriek ich nižšej prevalencii sú NPN tranzistory preferované vo väčšine situácií kvôli ich lepšiemu výkonu.
Všetky detaily môžete vidieť na obrázkoch vyššie.
Aplikácie BJT
Bipolárne tranzistory (BJT) sa používajú v rôznych aplikácie v elektronike, K niektorým prípadom som sa už vyjadril skôr, ale tu vám ukážem zoznam niektorých hlavných aplikácií alebo použití týchto tranzistorov:
- Zosilnenie signálu: BJT sa bežne používajú na zosilnenie slabých signálov, ako sú signály zo senzorov alebo mikrofónov, v audio a rádiofrekvenčných obvodoch.
- Komutácia: Používajú sa na riadenie prepínania prúdu v digitálnych a logických obvodoch, ako sú elektronické spínače, za účelom implementácie logických brán.
- Výkonové zosilňovače: Používajú sa vo výkonových zosilňovacích stupňoch v audio systémoch a RF (rádiofrekvenčných) zosilňovačoch. V skutočnosti jedna z prvých aplikácií, pre ktoré boli tieto tranzistory navrhnuté, bola práve na to, ktorá nahradila predchádzajúce vákuové elektrónky.
- Zdroje energie: Môžu byť nakonfigurované na výstup konštantného prúdu, čo je užitočné v určitých prúdových referenčných obvodoch a aplikáciách. Nájdete ich aj v systémoch regulátorov napätia alebo obvodoch na udržanie konštantného napätia na výstupe napájacieho zdroja.
- Oscilátory: Používajú sa v oscilačných obvodoch na generovanie periodických signálov, ako napríklad v generátoroch sínusových vĺn.
- RF zosilnenie: V komunikačných systémoch sa BJT používajú v stupňoch zosilnenia rádiofrekvenčného signálu.
- Amplitúdová a frekvenčná modulácia: Používajú sa v modulačných obvodoch na zmenu charakteristík audio alebo RF signálov. Môžu byť tiež implementované v niektorých senzoroch alebo detektoroch na spracovanie signálov.
Ako skontrolovať tranzistor BJT
Kontrola tranzistora BJT je dôležitá na zabezpečenie jeho správneho fungovania. Ak chcete vedieť, ako na to, budete potrebovať iba multimeter alebo multimeter, ktorý má túto funkciu na kontrolu bipolárnych tranzistorov. A postup je veľmi jednoduchý, stačí postupovať podľa týchto krokov:
- BJT NPN: Najprv musíte identifikovať vývody alebo kolíky emitora (E), základne (B) a kolektora (C), ktoré obsahuje váš tranzistor. V závislosti od modelu si môžete ďalšie podrobnosti pozrieť v katalógových listoch, hoci je ľahké ich poznať. Po identifikácii svoriek a multimetra po ruke je na tento účel jednoducho správne vložiť kolíky do štrbín. Ak váš multimeter túto funkciu nemá, môžete použiť túto inú alternatívu:
- Prepnite multimeter do testovacieho režimu tranzistorov, to znamená otáčaním kolieska vyberte symbol pre meranie jednosmerného napätia (V —).
- Dotknite sa požadovaných kolíkov pomocou sond multimetra:
- Keď skontrolujete prechod BE alebo Base-Emitter, na obrazovke by ste mali vidieť napätie medzi 0.6 a 0.7 V, v závislosti od tranzistora.
- Keď kontrolujete spojenie BC alebo Base-Collector, dotknete sa týchto ďalších svoriek a údaj napätia by mal byť podobný vyššie uvedenému.
- Ak chcete skontrolovať aktuálny zisk (hFE), otočte volič na funkciu hFE. A dotykom žiariča a základne a žiariča a kolektora sondami určíte zisk hFE, čo bude vzťah medzi nimi.
- BJT PNP: v tomto inom prípade je overenie podobné, len opačným spôsobom ako pri NPN.
Ak sú získané výsledky mimo očakávania, tranzistor bude indikovať, že nefunguje alebo je chybný a je potrebné ho vymeniť.
Kde kúpiť BJT
Ak si chcete kúpiť lacné BJT tranzistory, môžete to urobiť v akomkoľvek obchode s elektronikou alebo špecializovanej online platforme. Jedno miesto, kde nájdete tieto zariadenia BJT, je na Amazone a odporúčame tieto:
