En nuestra sectie elektronische componenten We hebben al genoeg gesproken over verschillende soorten commerciële transistors. Nu is het tijd om dieper in te gaan op een veelgebruikte transistor, waarvan het de familie is BJT-transistors, dat wil zeggen bipolaire transistors, die zo aanwezig zijn in veel elektronische apparaten die we dagelijks gebruiken.
Dus je kunt leer meer over deze transistors en de verschillen met unipolaire transistors...
Wat is een halfgeleider?
-
- SONY DSC
-
- SONY DSC
De halfgeleiders Het zijn materialen met een elektrische geleidbaarheid tussen die van geleiders en die van isolatoren. In tegenstelling tot metalen (goede geleiders) en niet-metalen (isolatoren of diëlektrica) nemen halfgeleiders een unieke positie in waardoor ze kunnen worden gemanipuleerd om de stroom van elektrische stroom te controleren.
Su kristal structuur, doorgaans samengesteld uit elementen zoals silicium of germanium, is essentieel om het gedrag ervan te begrijpen. De atomen van deze materialen vormen een kristallijne structuur waarin elektronen worden gedeeld tussen atomen in energiebanden. De valentieband bevat elektronen die stevig aan atomen zijn gebonden, terwijl de geleidingsband elektronen bevat die vrij kunnen bewegen.
De halfgeleidermaterialen Ze zijn essentieel bij de vervaardiging van geavanceerde elektronische apparaten. Silicium, een van de meest gebruikte halfgeleiders, is alomtegenwoordig in de industrie en vormt de basis van chips en microprocessors. Naast silicium is germanium een ander veelgebruikt halfgeleidermateriaal dat in oudere technologieën is gebruikt. Halfgeleiderverbindingen zoals galliumarsenide (GaAs) en fosforeen hebben ook aan belang gewonnen, vooral in hoogfrequente en opto-elektronische toepassingen. Deze materialen maken de creatie mogelijk van apparaten zoals light-emitting diodes (LED's), hoogfrequente transistors en geavanceerde sensoren, wat de veelzijdigheid en vitaliteit aantoont van halfgeleiders die voorop lopen op het gebied van technologische innovatie.
Vrachtvervoerders en elektronisch rijden
La vermogen van halfgeleiders om elektriciteit te geleiden ligt in zijn vermogen om ladingsdragers te genereren. Ladingsdragers kunnen negatief geladen elektronen zijn of positief geladen "gaten", die het gevolg zijn van elektronen die zijn verschoven van de valentieband naar de geleidingsband.
Wanneer er een spanning wordt aangelegd op een halfgeleider, worden de elektronen gevormd kan van de valentieband naar de geleidingsband gaan, waardoor elektrische stroom ontstaat. Dit fenomeen staat bekend als elektronische geleiding en is essentieel voor de werking van elektronische apparaten.
Doteerstoffen (onzuiverheden)
Om de elektrische eigenschappen van halfgeleiders te verbeteren en te controleren, Er worden opzettelijk onzuiverheden in het glas gebracht via een proces dat doping wordt genoemd. De doteringsatomen kunnen van het donortype zijn (extra elektronen toevoegen) of van het acceptortype (gaten creëren), dat wil zeggen dat de eerste de zogenaamde N-type halfgeleiders zijn en de tweede de P-type halfgeleiders.
Dopants introduceren extra energieniveaus in de verboden bende, waardoor meer controle over elektronisch rijden mogelijk wordt. Enkele veel voorkomende voorbeelden van doteermiddelen zijn fosfor (donor) en boor (acceptor) voor silicium. Op deze manier kunnen zones of knooppunten worden gecreëerd om apparaten te creëren zoals een diode, die in feite uit één enkele PN-overgang bestaat, of halfgeleiders, die meestal uit drie zones bestaan, zoals we later zullen zien.
Soorten halfgeleiders: intrinsiek en extrinsiek
Aan de andere kant is het, om de BJT te begrijpen, ook belangrijk om te weten wat soorten halfgeleiders Ze bestaan, zoals:
- Intrinsiek: Wanneer er geen onzuiverheden aan een halfgeleider worden toegevoegd, wordt deze als intrinsiek geclassificeerd. In dit geval is de elektrische geleiding uitsluitend het gevolg van de thermische opwekking van ladingsdragers (elektron-gatparen).
- extrinsiek: Ze zijn het resultaat van opzettelijke doping met onzuiverheden. N-type (negatieve) halfgeleiders worden verkregen door donordoteermiddelen toe te voegen, terwijl p-type (positieve) halfgeleiders worden gevormd met acceptordoteermiddelen. Met deze processen kunnen de elektrische eigenschappen van halfgeleiders worden aangepast aan de specifieke behoeften van de toepassingen.
Inleiding tot PN-knooppunten
La PN-knooppunt Het is een essentieel concept in de halfgeleiderelektronica dat de basis legt voor het maken van apparaten zoals diodes en transistors. Een PN-overgang wordt gevormd wanneer twee gebieden van een halfgeleidermateriaal samenkomen. Deze gebieden zijn het P-type gebied (waar de concentratie van positieve ladingsdragers of gaten overheerst) en het N-type gebied (waar de concentratie van negatieve ladingsdragers of elektronen overheerst). De overgang tussen deze twee regio's creëert een unieke interface met bijzondere elektrische eigenschappen.
La vorming van de PN-overgang Het gebeurt meestal via een proces dat doping wordt genoemd, waarbij opzettelijke onzuiverheden in het halfgeleidermateriaal worden geïntroduceerd. In het P-type gebied worden acceptordoteermiddelen (zoals boor) gebruikt, terwijl in het N-type gebied donordoteermiddelen (zoals fosfor) worden gebruikt, zoals ik eerder al zei. Dit proces creëert een concentratiegradiënt van ladingsdragers over de kruising, waardoor de potentiële barrière ontstaat.
Wat betreft gedrag van deze PN-overgang heeft unieke eigenschappen wanneer deze in verschillende richtingen gepolariseerd is:
- En voorwaartse vooringenomenheid, wordt een spanning aangelegd in de richting die de stroom door de junctie bevordert. In dit geval bewegen de ladingsdragers over de potentiaalbarrière, waardoor elektrische geleiding mogelijk is.
- Integendeel, in omgekeerde vooringenomenheid, de aangelegde spanning werkt tegen de potentiële barrière en belemmert de stroomstroom. In deze toestand gedraagt de PN-overgang zich als een diode, waardoor geleiding in de ene richting mogelijk is en deze in de tegenovergestelde richting wordt geblokkeerd.
De PN-overgang vormt de basis van veel elektronische apparaten. Diodes maken bijvoorbeeld gebruik van de eigenschap van de PN-overgang om stroom in de ene richting mogelijk te maken en deze in de andere richting te blokkeren. Transistors, fundamenteel voor digitale logica en signaalversterking, worden ook gebouwd met behulp van verschillende PN-overgangen, zoals in het geval van BJT's die NPN- of PNP-overgangen kunnen hebben...
Wat is een BJT-transistor?
El bipolaire junctietransistor (BJT of bipolaire junctietransistor) Het is een elektronisch apparaat in vaste toestand dat bestaat uit twee zeer nauwe PN-overgangen, waardoor stroomverhoging, spanningsverlaging en controle van de stroom door de aansluitingen mogelijk zijn. Bij geleiding in dit type transistor zijn ladingsdragers van beide polariteiten betrokken (positieve gaten en negatieve elektronen). BJT's worden veel gebruikt in analoge elektronica en sommige digitale elektronica-toepassingen, zoals TTL- of BiCMOS-technologie.
La De geschiedenis van bipolaire transistors gaat terug tot 1947, toen John Bardeen en Walter Houser Brattain de bipolaire transistor met puntcontact uitvonden bij de Bell Telephone Company. Later ontwikkelde William Shockley in 1948 de bipolaire junctie-transistor. Hoewel ze tientallen jaren essentieel waren, is het gebruik ervan afgenomen ten gunste van CMOS-technologie in digitale geïntegreerde schakelingen.
De structuur van een BJT bestaat uit drie regio's:
- De zender (hoog gedoteerd en functioneel als ladingszender)
- De basis (vernauwt en scheidt de zender van de collector)
- De collector (grotere uitbreiding).
Epitaxiale afzetting is de gebruikelijke productietechniek. Bij normaal bedrijf is de basis-emitterovergang in voorwaartse richting voorgespannen, terwijl de basis-collectorovergang in tegengestelde richting is voorgespannen. Het werkingsprincipe omvat de Polarisatie directe polarisatie van de basis-emitterovergang en omgekeerde polarisatie van de basis-collectorovergang. Elektronen worden vanuit de emitter naar de collector geïnjecteerd, waardoor signaalversterking mogelijk is. De BJT wordt gekenmerkt door zijn lage ingangsimpedantie en kan worden gemodelleerd als een spanningsgestuurde stroombron of een stroomgestuurde stroombron.
Bipolaire transistorwerking
Wat de werking betreft, hebben we dat in een bipolaire junctie-transistor (BJT) in NPN-configuratie, De basis-emitterovergang is voorwaarts gepolariseerd en de basis-collectorovergang is omgekeerd gepolariseerd.. Thermische agitatie zorgt ervoor dat de ladingsdragers van de emitter de potentiaalbarrière van de emitter en de basis kunnen passeren en de collector kunnen bereiken, aangedreven door het elektrische veld tussen de basis en de collector. Bij normaal gebruik is de basis-emitterovergang voorwaarts voorgespannen, waardoor elektronen in het basisgebied kunnen worden geïnjecteerd en naar de collector kunnen reizen. Het basisgebied moet dun zijn om dragerrecombinatie te minimaliseren voordat het de basis-collectorovergang bereikt. De collector-emitterstroom kan worden geregeld door de basis-emitterstroom (stroomregeling) of door de basis-emitterspanning (spanningsregeling). Bij een PNP-transistor is het andersom...
Verschillen met de unipolaire transistor
Transistors kunnen worden ingedeeld in twee hoofdcategorieën: bipolair en unipolair. De belangrijkste verschillen Wat we tussen de twee vinden is:
- BJT of bipolair: Net als unipolaire transistors hebben bipolaire transistors ook positieve en negatieve ladingsdragers, dat wil zeggen met P- en N-gedoteerde gebieden in hun structuur. Wat de polarisatie betreft, deze kunnen direct of omgekeerd gepolariseerd zijn, afhankelijk van wat nodig is, en kunnen van het NPN- of PNP-type zijn. Wat de bedrijfsmodi betreft, deze kunnen werken in de actieve modus, de snijmodus en de verzadigingsmodus. Ze worden stroomgestuurd en hebben een stroomversterking die wordt weergegeven door de letter β (bèta). Het vermogensverlies is in dit geval hoger dan dat van unipolaire transistors en de snelheid ervan is over het algemeen langzamer dan die van unipolaire transistors. Daarom worden ze vaak gebruikt in onder meer analoge signaalversterkers en laagfrequente schakeling. BJT's zijn gevoeliger voor geluid.
- FET of unipolair: Unipolaire of veldeffecttransistors gebruiken ook ladingsdragers, maar hier hebben we elektronen of gaten, afhankelijk van het type. De belangrijkste polarisatie hier is het omgekeerde, en de werkingsmodi zijn voornamelijk verzadigend. In dit geval hebben we spanningsgestuurde transistors. De huidige winst wordt in dit geval weergegeven door transconductantie, het vermogensverlies is minder dan bij bipolaire en ze zijn sneller. Om deze reden worden ze vaak gebruikt voor hoogfrequente schakelingen en digitale circuits. Unipolaire exemplaren zijn minder gevoelig voor ruis.
BJT-type (NPN en PNP)
Zoals ik in verschillende delen van het artikel heb opgemerkt, is dat zo twee hoofdtypen van BJT-transistors:
- NPN-transistors: Ze maken deel uit van een van de twee fundamentele typen bipolaire transistors, waarbij de letters "N" en "P" de meerderheid van de ladingsdragers aangeven die aanwezig zijn in de verschillende delen van het apparaat. Momenteel zijn de meeste bipolaire transistors van het NPN-type, omdat de mobiliteit van elektronen hoger is dan die van "gaten" in halfgeleiders, waardoor hogere stromen en hogere bedrijfssnelheden mogelijk zijn. De structuur van een NPN-transistor bestaat uit een laag P-gedoteerd halfgeleidermateriaal, de "basis" genoemd, gelegen tussen twee lagen N-gedoteerd materiaal. In de gemeenschappelijke-emitterconfiguratie wordt een kleine stroom die in de basis vloeit, versterkt aan de onderkant. uitgang van het verdeelstuk. Het NPN-transistorsymbool omvat een pijl die naar de emitterterminal wijst en de richting van conventionele stroom tijdens actieve werking van het apparaat.
- PNP-transistoren: Het tweede type bipolaire transistor, ze hebben de letters "P" en "N" die verwijzen naar de meeste ladingen in verschillende delen van het apparaat. Hoewel ze tegenwoordig minder gebruikelijk zijn, bestaan PNP-transistoren uit een laag N-gedoteerd halfgeleidermateriaal tussen twee lagen P-gedoteerd materiaal.Bij normaal gebruik is de collector verbonden met aarde en is de emitter verbonden met de positieve pool van de bron. voeding via een externe elektrische belasting. Een kleine stroom die in de basis vloeit, zorgt ervoor dat een aanzienlijk grotere stroom van de emitter naar de collector kan stromen. De pijl in het PNP-transistorsymbool bevindt zich op de emitterterminal en wijst in de richting van conventionele stroom tijdens actieve werking van het apparaat. Ondanks hun lagere prevalentie hebben NPN-transistoren in de meeste situaties de voorkeur vanwege hun betere prestaties.
Je kunt alle details zien in de bovenstaande afbeeldingen.
Toepassingen van een BJT
Bipolaire junctie-transistors (BJT's) worden in verschillende toepassingen gebruikt toepassingen in de elektronica, Ik heb al eerder op enkele gevallen gereageerd, maar hier laat ik je een lijst zien met enkele van de belangrijkste toepassingen of toepassingen van deze transistors:
- Signaalversterking: BJT's worden vaak gebruikt om zwakke signalen, zoals die van sensoren of microfoons, in audio- en radiofrequentiecircuits te versterken.
- Commutatie: Ze worden gebruikt om de stroomschakeling in digitale en logische circuits, zoals elektronische schakelaars, te regelen om logische poorten te implementeren.
- Eindversterkers: Ze worden gebruikt in vermogensversterkingsfasen in audiosystemen en RF-versterkers (radiofrequentie). Eén van de eerste toepassingen waarvoor deze transistors werden ontworpen, was hiervoor, ter vervanging van eerdere vacuümbuizen.
- Energiebronnen: Ze kunnen worden geconfigureerd om constante stroom uit te voeren, wat handig is in bepaalde stroomreferentiecircuits en -toepassingen. Je vindt ze ook in spanningsregelaarsystemen of circuits om een constante spanning aan de uitgang van de voeding te behouden.
- Oscillatoren: Ze worden gebruikt in oscillatorcircuits om periodieke signalen te genereren, zoals in sinusgolfgeneratoren.
- RF-versterking: In communicatiesystemen worden BJT's gebruikt in radiofrequentiesignaalversterkingsfasen.
- Amplitude- en frequentiemodulatie: Ze worden gebruikt in modulatiecircuits om de kenmerken van audio- of RF-signalen te veranderen. Ze kunnen ook in sommige sensoren of detectoren worden geïmplementeerd om de signalen te verwerken.
Hoe een BJT-transistor te controleren
Het controleren van een BJT-transistor is belangrijk om de goede werking ervan te garanderen. Als je wilt weten hoe je dat moet doen, heb je alleen een multimeter of multimeter nodig die deze functie heeft om bipolaire transistors te controleren. En de manier om verder te gaan is heel eenvoudig, u hoeft alleen maar deze stappen te volgen:
- BJT NPN: Eerst moet u de Emitter (E), Base (B) en Collector (C) aansluitingen of pinnen identificeren die uw transistor bevat. Afhankelijk van het model kunt u de datasheets raadplegen voor meer details, hoewel dit gemakkelijk te achterhalen is. Nadat u de aansluitingen en de aanwezige multimeter heeft geïdentificeerd, hoeft u alleen maar de pinnen hiervoor eenvoudig correct in de sleuven te steken. Als uw multimeter deze functie niet heeft, kunt u dit andere alternatief gebruiken:
- Zet de multimeter in de transistortestmodus, dat wil zeggen: draai aan het wiel om het symbool voor het meten van de gelijkspanning (V —) te selecteren.
- Raak de gewenste pinnen aan met de multimetersondes:
- Wanneer u de BE- of Base-Emitter-overgang controleert, ziet u een spanningswaarde op het scherm tussen 0.6 en 0.7 V, afhankelijk van de transistor.
- Wanneer u de BC- of Base-Collector-verbinding controleert, raakt u deze andere aansluitingen aan en de spanningswaarde zou vergelijkbaar moeten zijn met bovenstaande.
- Om de huidige versterking (hFE) te controleren, draait u de keuzeknop naar de hFE-functie. En door de emitter en de basis, en de emitter en de collector met de sondes aan te raken, om de versterking hFE te bepalen, wat de relatie tussen de twee zal zijn.
- BJT PNP: in dit andere geval is de verificatie vergelijkbaar, alleen in de tegenovergestelde richting van die van een NPN.
Als de verkregen resultaten waarden zijn die buiten de verwachtingen liggen, zal de transistor aangeven dat deze niet werkt of defect is en vervangen moet worden.
Waar koop je een BJT?
Als je wilt kopen goedkope BJT-transistors, je kunt het bij elke elektronicawinkel of gespecialiseerd onlineplatform doen. Eén plaats waar je deze BJT-apparaten kunt vinden, is op Amazon, en we raden deze aan:
