BJT: gjithçka që duhet të dini për transistorin bipolar

Në tonë seksioni i komponentëve elektronikë Ne kemi folur tashmë mjaft për lloje të ndryshme të transistorëve komercialë. Tani është koha për të gërmuar më thellë në një transistor të përdorur gjerësisht, ai është familja e tranzistorë BJT, pra tranzistorë bipolarë, aq të pranishëm në shumë pajisje elektronike që i përdorim çdo ditë.

Pra ti mundesh mësoni më shumë rreth këtyre transistorëve dhe ndryshimeve me ato unipolare...

Çfarë është një gjysmëpërçues?

: SONY DSC

: SONY DSC

L gjysmëpërçues Janë materiale që kanë një përçueshmëri elektrike ndërmjet asaj të përçuesve dhe asaj të izolatorëve. Ndryshe nga metalet (përçuesit e mirë) dhe jometalet (izoluesit ose dielektrikët), gjysmëpërçuesit zënë një pozicion unik që u lejon atyre të manipulohen për të kontrolluar rrjedhën e rrymës elektrike.

Su struktura kristalore, i përbërë zakonisht nga elementë të tillë si silikoni ose germaniumi, është thelbësor për të kuptuar sjelljen e tij. Atomet e këtyre materialeve formojnë një strukturë kristalore në të cilën elektronet ndahen midis atomeve në brezat e energjisë. Brezi i valencës përmban elektrone që janë të lidhur ngushtë me atomet, ndërsa brezi i përcjelljes përmban elektrone që mund të lëvizin lirshëm.

L materiale gjysmëpërçuese Ato janë thelbësore në prodhimin e pajisjeve elektronike të avancuara. Siliconi, duke qenë një nga gjysmëpërçuesit më të përdorur, është i kudondodhur në industri dhe përbën bazën e çipave dhe mikroprocesorëve. Përveç silikonit, germaniumi është një tjetër material gjysmëpërçues i zakonshëm që është përdorur në teknologjitë e vjetra. Komponimet gjysmëpërçuese si arsenidi i galiumit (GaAs) dhe fosforeni gjithashtu kanë fituar rëndësi, veçanërisht në aplikimet me frekuencë të lartë dhe optoelektronike. Këto materiale mundësojnë krijimin e pajisjeve të tilla si diodat që lëshojnë dritë (LED), transistorët me frekuencë të lartë dhe sensorë të avancuar, duke demonstruar shkathtësinë dhe vitalitetin e gjysmëpërçuesve në krye të inovacionit teknologjik.

Transportuesit e ngarkesave dhe ngarje elektronike

La aftësia e gjysmëpërçuesve për të përcjellë energjinë elektrike qëndron në aftësinë e tij për të gjeneruar transportues ngarkese. Bartësit e ngarkesës mund të jenë elektrone të ngarkuar negativisht ose "vrima" të ngarkuara pozitivisht, të cilat rezultojnë nga elektronet që janë zhvendosur nga brezi i valencës në brezin e përcjelljes.

Kur një tension aplikohet në një gjysmëpërçues, elektronet mund të lëvizë nga brezi i valencës në brezin e përcjelljes, duke krijuar rrymë elektrike. Ky fenomen njihet si përçueshmëri elektronike dhe është thelbësor për funksionimin e pajisjeve elektronike.

Dopants (papastërti)

Për të përmirësuar dhe kontrolluar vetitë elektrike të gjysmëpërçuesve, Papastërtitë e qëllimshme futen në gotë përmes një procesi të quajtur doping. Atomet dopantuese mund të jenë të tipit dhurues (duke shtuar elektrone shtesë) ose të tipit pranues (krijimi i vrimave), pra, të parët do të ishin të ashtuquajturit gjysmëpërçues të tipit N dhe të dytët gjysmëpërçues të tipit P.

Dopantët futin nivele shtesë të energjisë në bandë e ndaluar, duke lejuar kontroll më të madh mbi drejtimin elektronik. Disa shembuj të zakonshëm të dopantëve janë fosfori (dhurues) dhe bor (pranues) për silikonin. Në këtë mënyrë, mund të krijohen zona ose kryqëzime për të krijuar pajisje të tilla si një diodë, e cila në thelb është një kryqëzim i vetëm PN, ose gjysmëpërçues, të cilët zakonisht janë tre zona siç do të shohim më vonë.

Llojet e gjysmëpërçuesve: Intrinsic dhe Extrinsic

Nga ana tjetër, për të kuptuar BJT, është gjithashtu e rëndësishme të dini se çfarë llojet e gjysmëpërçuesve Ato ekzistojnë, si p.sh.

Të brendshme: Kur nuk shtohen papastërti në një gjysmëpërçues, ai klasifikohet si i brendshëm. Në këtë rast, përçueshmëria elektrike është vetëm për shkak të gjenerimit termik të transportuesve të ngarkesës (çifte elektron-vrima).
e jashtme: Janë rezultat i dopingut të qëllimshëm me papastërti. Gjysmëpërçuesit e tipit N (negativë) fitohen duke shtuar dopantë dhurues, ndërsa gjysmëpërçuesit e tipit p (pozitiv) formohen me dopantë pranues. Këto procese lejojnë që vetitë elektrike të gjysmëpërçuesve të rregullohen sipas nevojave specifike të aplikacioneve.

Hyrje në nyjet PN

La Kryqëzimi PN Është një koncept thelbësor në elektronikën gjysmëpërçuese që hedh themelet për krijimin e pajisjeve të tilla si diodat dhe transistorët. Një kryqëzim PN formohet kur dy rajone të një materiali gjysmëpërçues bashkohen. Këto rajone janë rajoni i tipit P (ku mbizotëron përqendrimi i bartësve të ngarkesës pozitive ose vrimave) dhe rajoni i tipit N (ku mbizotëron përqendrimi i bartësve të ngarkesës negative ose elektroneve). Kalimi midis këtyre dy rajoneve krijon një ndërfaqe unike me veti të veçanta elektrike.

La formimi i kryqëzimit PN Zakonisht ndodh përmes një procesi të quajtur doping, ku papastërtitë e qëllimshme futen në materialin gjysmëpërçues. Në rajonin e tipit P përdoren dopantë pranues (si bor), ndërsa në rajonin e tipit N përdoren dopantë dhurues (si fosfori), siç e përmenda më parë. Ky proces krijon një gradient përqendrimi të bartësve të ngarkesës përgjatë kryqëzimit, duke krijuar kështu pengesën e mundshme.

Për të sjellje i këtij kryqëzimi PN, ka veti unike kur polarizohet në drejtime të ndryshme:

En polarizimi përpara, aplikohet një tension në drejtimin që favorizon rrjedhjen e rrymës nëpër kryqëzim. Në këtë rast, transportuesit e ngarkesës lëvizin nëpër barrierën e mundshme, duke lejuar përcjelljen elektrike.
Përkundrazi, në polarizimi i kundërt, tensioni i aplikuar punon kundër pengesës potenciale, duke penguar rrjedhën e rrymës. Në këtë gjendje, kryqëzimi PN vepron si një diodë, duke lejuar përcjelljen në një drejtim dhe duke e bllokuar atë në drejtim të kundërt.

Kryqëzimi PN është baza e shumë pajisjeve elektronike. Diodat, për shembull, përfitojnë nga vetia e kryqëzimit PN për të lejuar rrjedhjen e rrymës në një drejtim dhe për ta bllokuar atë në tjetrin. Transistorët, themelorë për logjikën dixhitale dhe përforcimin e sinjalit, ndërtohen gjithashtu duke përdorur kryqëzime të ndryshme PN, si në rastin e BJT-ve që mund të kenë kryqëzime NPN ose PNP...

Çfarë është një tranzistor BJT?

El tranzistor i kryqëzimit bipolar (BJT ose tranzitor i kryqëzimit bipolar) Është një pajisje elektronike në gjendje të ngurtë e përbërë nga dy nyje shumë të afërta PN, që lejojnë rritjen e rrymës, uljen e tensionit dhe kontrollin e rrjedhës së rrymës nëpër terminalet e saj. Përçimi në këtë lloj tranzistor përfshin bartës të ngarkesave të të dy polariteteve (vrima pozitive dhe elektrone negative). BJT-të përdoren gjerësisht në elektronikën analoge dhe në disa aplikacione elektronike dixhitale, të tilla si teknologjia TTL ose BiCMOS.

La Historia e transistorëve bipolarë daton që nga viti 1947, kur John Bardeen dhe Walter Houser Brattain shpikën tranzistorin bipolar me kontakt pikë në kompaninë telefonike Bell. Më vonë, William Shockley zhvilloi tranzistorin e kryqëzimit bipolar në 1948. Edhe pse ata ishin thelbësorë për dekada, përdorimi i tyre ka rënë në favor të teknologjisë CMOS në qarqet e integruara dixhitale.

Struktura e një BJT përbëhet nga tre rajone:

Emiter (shumë i dopuar dhe funksional si emetues ngarkese)
Baza (ngushton dhe ndan emetuesin nga kolektori)
Kolektori (shtrirje më e madhe).

Depozitimi epitaksial është teknika e zakonshme e prodhimit. Në funksionimin normal, kryqëzimi bazë-emetues është i njëanshëm përpara, ndërsa kryqëzimi bazë-mbledhës është i njëanshëm i kundërt. Parimi i funksionimit përfshin Polarizimi polarizimi i drejtpërdrejtë i kryqëzimit bazë-emiter dhe polarizimi i kundërt i kryqëzimit bazë-kolektor. Elektronet injektohen nga emetuesi në kolektor, duke lejuar amplifikimin e sinjalit. BJT karakterizohet nga impedanca e ulët e hyrjes dhe mund të modelohet si një burim rrymë i kontrolluar nga tensioni ose një burim aktual i kontrolluar nga rryma.

Funksionimi i tranzistorit bipolar

Për sa i përket funksionimit, kemi atë në një tranzistor të kryqëzimit bipolar (BJT) në konfigurimin NPN, Kryqëzimi bazë-emetues është i polarizuar përpara dhe kryqëzimi bazë-kolektor është i polarizuar kundërt.. Agjitacioni termik lejon që transportuesit e ngarkesës nga emetuesi të kalojnë pengesën potenciale të bazës së emetuesit dhe të arrijnë kolektorin, të nxitur nga fusha elektrike midis bazës dhe kolektorit. Në funksionimin tipik, kryqëzimi bazë-emiter është i njëanshëm përpara, duke lejuar që elektronet të injektohen në rajonin bazë dhe të udhëtojnë drejt kolektorit. Zona e bazës duhet të jetë e hollë për të minimizuar rikombinimin e bartësit përpara se të arrihet në kryqëzimin bazë-mbledhës. Rryma e kolektorit-emiter mund të kontrollohet nga rryma e emetuesit bazë (kontrolli i rrymës) ose nga voltazhi i emetuesit bazë (kontrolli i tensionit). Në një tranzistor PNP është e kundërta...

Dallimet me tranzistorin unipolar

Transistorët mund të klasifikohen në dy kategori kryesore: bipolare dhe unipolare. Të dallimet kryesore Ajo që gjejmë midis të dyjave janë:

BJT ose bipolare: Ashtu si tranzistorët unipolarë, edhe transistorët bipolarë kanë bartës të ngarkesës pozitive dhe negative, domethënë me rajone të dopuara P dhe N në strukturën e tyre. Sa i përket polarizimit, ato mund të polarizohen drejtpërdrejt ose anasjelltas, në varësi të asaj që nevojitet, dhe mund të jenë të tipit NPN ose PNP. Sa i përket mënyrave të funksionimit, ato mund të funksionojnë në modalitetin aktiv, modalitetin e prerjes dhe mënyrën e ngopjes. Ato janë të kontrolluara nga rryma dhe kanë një fitim aktual të përfaqësuar nga shkronja β (beta). Humbja e fuqisë në këtë rast është më e lartë se ajo e transistorëve njëpolarë dhe shpejtësia e saj është përgjithësisht më e ngadaltë se transistorët unipolarë. Prandaj, ato shpesh përdoren në amplifikatorët e sinjalit analog dhe ndërrimin me frekuencë të ulët, ndër të tjera. BJT-të janë më të ndjeshëm ndaj zhurmës.
FET ose unipolare: Transistorët unipolar ose me efekt në terren përdorin gjithashtu bartës të ngarkesës, por këtu kemi elektrone ose vrima, në varësi të llojit. Polarizimi kryesor këtu është i kundërt, dhe mënyrat e funksionimit janë kryesisht në ngopje. Në këtë rast kemi transistorë të kontrolluar me tension. Fitimi aktual përfaqësohet në këtë rast nga transpërcjellshmëria, humbja e fuqisë është më e vogël se në ato bipolare dhe ato janë më të shpejta. Për këtë arsye, ato përdoren shpesh për komutimin me frekuencë të lartë dhe qarqet dixhitale. Ato unipolare janë më pak të ndjeshme ndaj zhurmës.

Lloji BJT (NPN dhe PNP)

Siç e kam komentuar në disa pjesë të artikullit, ka dy lloje kryesore i tranzistorëve BJT:

Transistorët NPN: Ata janë pjesë e njërit prej dy llojeve themelore të transistorëve bipolarë, ku shkronjat "N" dhe "P" tregojnë shumicën e transportuesve të ngarkesës të pranishëm në rajone të ndryshme të pajisjes. Aktualisht, shumica e transistorëve bipolarë janë të tipit NPN, pasi lëvizshmëria e elektroneve është më e lartë se ajo e "vrimave" në gjysmëpërçuesit, duke lejuar kështu rryma më të larta dhe shpejtësi më të larta funksionimi. Struktura e një transistori NPN përbëhet nga një shtresë e materialit gjysmëpërçues të dopuar P, i quajtur "bazë", i vendosur midis dy shtresave të materialit të dopuar me N. Në konfigurimin e emetuesit të zakonshëm, një rrymë e vogël që rrjedh në bazë përforcohet në prodhimi i kolektorit. Simboli i transistorit NPN përfshin një shigjetë që tregon terminalin e emetuesit dhe drejtimin e rrymës konvencionale gjatë funksionimit aktiv të pajisjes.
Transistorë PNP: Lloji i dytë i tranzistorit bipolar, ata kanë shkronjat "P" dhe "N" që i referohen ngarkesave të shumicës në rajone të ndryshme të pajisjes. Ndonëse sot më pak të zakonshëm, transistorët PNP përbëhen nga një shtresë e materialit gjysmëpërçues të dopuar me N ndërmjet dy shtresave të materialit të dopuar me P. Në funksionimin tipik, kolektori është i lidhur me tokën dhe emituesi është i lidhur me terminalin pozitiv të burimit. furnizimi me energji elektrike nëpërmjet një ngarkese të jashtme elektrike. Një rrymë e vogël që rrjedh në bazë mundëson që një rrymë dukshëm më e madhe të rrjedhë nga emetuesi në kolektor. Shigjeta në simbolin e transistorit PNP ndodhet në terminalin e emetuesit dhe tregon drejtimin e rrymës konvencionale gjatë funksionimit aktiv të pajisjes. Pavarësisht prevalencës së tyre më të ulët, transistorët NPN preferohen në shumicën e situatave për shkak të performancës së tyre më të mirë.

Ju mund të shihni të gjitha detajet në imazhet e mësipërme.

Aplikimet e një BJT

Transistorët e kryqëzimit bipolar (BJT) përdoren në një sërë aplikime në elektronikë, Unë kam komentuar tashmë disa raste më parë, por këtu po ju tregoj një listë me disa nga aplikimet ose përdorimet kryesore të këtyre transistorëve:

Përforcimi i sinjalit: BJT-të përdoren zakonisht për të përforcuar sinjale të dobëta, të tilla si ato nga sensorët ose mikrofonat, në qarqet e frekuencës audio dhe radio.
Komutimi: Ato përdoren për të kontrolluar kalimin e rrymës në qarqet dixhitale dhe logjike, siç janë çelësat elektronikë, me qëllim zbatimin e portave logjike.
Përforcuesit e fuqisë: Ato përdoren në fazat e amplifikimit të fuqisë në sistemet audio dhe amplifikatorët RF (radiofrekuenca). Në fakt, një nga aplikimet e para për të cilat u projektuan këta transistorë ishte për këtë, duke zëvendësuar tubat e mëparshëm vakum.
Burimet e energjisë: Ato mund të konfigurohen për të nxjerrë rrymë konstante, e cila është e dobishme në qarqe dhe aplikacione të caktuara të referencës së rrymës. Ato do t'i gjeni gjithashtu në sistemet ose qarqet e rregullatorit të tensionit për të mbajtur një tension konstant në daljen e furnizimit me energji elektrike.
Lëkundësit: Ato përdoren në qarqet oshilatore për të gjeneruar sinjale periodike, si për shembull në gjeneratorët e valëve sinus.
Përforcim RF: Në sistemet e komunikimit, BJT-të përdoren në fazat e amplifikimit të sinjalit të radiofrekuencës.
Modulimi i amplitudës dhe frekuencës: Ato përdoren në qarqet e modulimit për të ndryshuar karakteristikat e sinjaleve audio ose RF. Ato gjithashtu mund të zbatohen në disa sensorë ose detektorë për të përpunuar sinjalet.

Si të kontrolloni një tranzistor BJT

Kontrollimi i një tranzistor BJT është i rëndësishëm për të siguruar funksionimin e duhur të tij. Nëse doni të dini se si ta bëni këtë, do t'ju duhet vetëm një multimetër ose multimetër që ka këtë funksion për të kontrolluar transistorët bipolarë. Dhe mënyra për të vazhduar është shumë e thjeshtë, thjesht duhet të ndiqni këto hapa:

BJT NPN: Së pari ju duhet të identifikoni terminalet ose kunjat Emitter (E), Bazë (B) dhe Kolektor (C) që përfshin transistori juaj. Në varësi të modelit, mund të konsultoni fletët e të dhënave për më shumë detaje, megjithëse është e lehtë të dihet. Pasi të keni identifikuar terminalet dhe multimetrin në dorë, gjëja tjetër është thjesht të futni kunjat në mënyrë korrekte në foletë për këtë qëllim. Nëse multimetri juaj nuk e ka këtë funksion, mund të përdorni këtë alternativë tjetër:
1. Vendosni multimetrin në modalitetin e provës së tranzistorit, domethënë rrotulloni timonin për të zgjedhur simbolin për matjen e tensionit DC (V —).
2. Prekni kunjat e dëshiruara me sondat e multimetrit:
  - Kur kontrolloni kryqëzimin BE ose Bazë-Emitues, duhet të shihni një lexim të tensionit në ekran midis 0.6 dhe 0.7 V, në varësi të tranzistorit.
  - Kur kontrolloni kryqëzimin BC ose Base-Collector, prekni këto terminale të tjera dhe leximi i tensionit duhet të jetë i ngjashëm me sa më sipër.
  - Për të kontrolluar fitimin aktual (hFE), kthejeni çelësin e zgjedhjes në funksionin hFE. Dhe duke prekur emetuesin dhe bazën, dhe emetuesin dhe kolektorin me sondat për të përcaktuar fitimin hFE, i cili do të jetë marrëdhënia midis të dyjave.
BJT PNP: në këtë rast tjetër, verifikimi është i ngjashëm, vetëm në mënyrë të kundërt me atë të një NPN.

Nëse rezultatet e marra janë vlera jashtë pritshmërive, transistori do të tregojë se nuk funksionon ose është me defekt dhe duhet të zëvendësohet.

Ku të blini një BJT

Nëse dëshironi të blini tranzistorë të lirë BJT, mund ta bëni në çdo dyqan elektronik ose platformë të specializuar online. Një vend ku do t'i gjeni këto pajisje BJT është në Amazon, dhe ne rekomandojmë këto:

Hardwarelibre