BJT: vše, co potřebujete vědět o bipolárním tranzistoru

V našem sekce elektronických součástek O různých typech komerčních tranzistorů jsme již mluvili dost. Nyní je čas ponořit se hlouběji do široce používaného tranzistoru, je to rodina BJT tranzistory, tedy bipolární tranzistory, tak přítomné v mnoha elektronických zařízeních, která denně používáme.

Takže můžete dozvědět se více o těchto tranzistorech a rozdílech s unipolárními...

Co je to polovodič?

L polovodiče Jsou to materiály, které mají elektrickou vodivost mezi vodivostí vodičů a izolantů. Na rozdíl od kovů (dobré vodiče) a nekovů (izolátory nebo dielektrika) zaujímají polovodiče jedinečnou pozici, která s nimi umožňuje manipulovat za účelem řízení toku elektrického proudu.

Su Krystalická struktura, typicky složený z prvků, jako je křemík nebo germanium, je nezbytný pro pochopení jeho chování. Atomy těchto materiálů tvoří krystalickou strukturu, ve které jsou elektrony sdíleny mezi atomy v energetických pásech. Valenční pás obsahuje elektrony, které jsou pevně vázány k atomům, zatímco vodivostní pás obsahuje elektrony, které se mohou volně pohybovat.

L polovodičové materiály Jsou nezbytné při výrobě pokročilých elektronických zařízení. Křemík, který je jedním z nejpoužívanějších polovodičů, je v průmyslu všudypřítomný a tvoří základ čipů a mikroprocesorů. Kromě křemíku je germanium dalším běžným polovodičovým materiálem, který se používal ve starších technologiích. Polovodičové sloučeniny, jako je arsenid galia (GaAs) a fosforen, také získaly význam, zejména ve vysokofrekvenčních a optoelektronických aplikacích. Tyto materiály umožňují vytvářet zařízení, jako jsou diody emitující světlo (LED), vysokofrekvenční tranzistory a pokročilé senzory, což demonstruje všestrannost a vitalitu polovodičů v popředí technologických inovací.

Nákladní nosiče a elektronické řízení

La schopnost polovodičů vést elektřinu spočívá v jeho schopnosti generovat nosiče náboje. Nosiče náboje mohou být záporně nabité elektrony nebo kladně nabité "díry", které jsou výsledkem elektronů, které byly posunuty z valenčního pásma do vodivostního pásma.

Když je na polovodič přivedeno napětí, elektrony se může přesunout z valenčního pásma do vodivostního pásma, vytvářející elektrický proud. Tento jev je známý jako elektronické vedení a je nezbytný pro provoz elektronických zařízení.

Dopanty (nečistoty)

Pro zlepšení a kontrolu elektrických vlastností polovodičů, Záměrné nečistoty jsou do skla zaváděny procesem zvaným doping. Atomy dopantů mohou být donorového typu (přidávající elektrony navíc) nebo akceptorového typu (vytvářející díry), to znamená, že prvním by byly takzvané polovodiče typu N a druhým polovodiče typu P.

Dopanty zavádějí další energetické hladiny do zakázaná kapela, umožňující větší kontrolu nad elektronickým řízením. Některé běžné příklady příměsí jsou fosfor (donor) a bor (akceptor) pro křemík. Tímto způsobem mohou být vytvořeny zóny nebo přechody pro vytvoření zařízení, jako je dioda, což je v podstatě jeden PN přechod, nebo polovodiče, což jsou obvykle tři zóny, jak uvidíme později.

Typy polovodičů: vnitřní a vnější

Na druhou stranu, abychom porozuměli BJT, je také důležité vědět co typy polovodičů Existují, jako například:

• Vnitřní: Pokud do polovodiče nejsou přidány žádné nečistoty, je klasifikován jako vnitřní. V tomto případě je elektrická vodivost způsobena pouze tepelným generováním nosičů náboje (páry elektron-díra).
• vnější: Jsou výsledkem úmyslného dopování nečistotami. Polovodiče typu N (negativní) se získávají přidáním donorových dopantů, zatímco polovodiče typu p (pozitivní) se tvoří s akceptorovými dopanty. Tyto procesy umožňují upravit elektrické vlastnosti polovodičů podle specifických potřeb aplikací.

Úvod do PN přechodů

La PN spojení Je to základní koncept v polovodičové elektronice, který pokládá základ pro vytvoření zařízení, jako jsou diody a tranzistory. PN přechod se vytvoří, když se spojí dvě oblasti polovodičového materiálu. Těmito oblastmi jsou oblast typu P (kde převládá koncentrace kladných nosičů náboje nebo děr) a oblast typu N (kde převládá koncentrace záporných nosičů náboje nebo elektronů). Přechod mezi těmito dvěma oblastmi vytváří jedinečné rozhraní se speciálními elektrickými vlastnostmi.

La vznik PN přechodu Obvykle k tomu dochází prostřednictvím procesu zvaného doping, kdy se do polovodičového materiálu zavádějí záměrné nečistoty. V oblasti typu P se používají akceptorové dopanty (jako je bor), zatímco v oblasti typu N se používají donorové dopanty (jako je fosfor), jak jsem uvedl dříve. Tento proces vytváří koncentrační gradient nosičů náboje napříč spojem, čímž se vytváří potenciální bariéra.

Týkající se chování tohoto PN přechodu, má jedinečné vlastnosti, když je polarizován v různých směrech:

• En dopředná polarizace, napětí je aplikováno ve směru, který podporuje tok proudu přes přechod. V tomto případě se nosiče náboje pohybují přes potenciální bariéru a umožňují elektrické vedení.
• Naopak v polarizace obrácenáaplikované napětí působí proti potenciálové bariéře a brání toku proudu. V tomto stavu se PN přechod chová jako dioda, umožňuje vedení v jednom směru a blokuje ho v opačném směru.

PN přechod je základem mnoha elektronických zařízení. Diody například využívají vlastnosti PN přechodu, že umožňují tok proudu v jednom směru a blokují jej ve druhém. Tranzistory, základní pro digitální logiku a zesílení signálu, jsou také postaveny pomocí různých PN přechodů, jako v případě BJT, které mohou mít NPN nebo PNP přechody...

Co je tranzistor BJT?

El bipolární tranzistor (BJT nebo bipolární tranzistor) Jedná se o polovodičové elektronické zařízení složené ze dvou velmi blízkých PN přechodů, umožňujících zvýšení proudu, snížení napětí a řízení toku proudu jeho svorkami. Vedení v tomto typu tranzistoru zahrnuje nosiče náboje obou polarit (kladné díry a záporné elektrony). BJT jsou široce používány v analogové elektronice a některých digitálních elektronických aplikacích, jako je technologie TTL nebo BiCMOS.

La Historie bipolárních tranzistorů sahá až do roku 1947, kdy John Bardeen a Walter Houser Brattain vynalezli bod-kontaktní bipolární tranzistor v Bell Telephone Company. Později William Shockley v roce 1948 vyvinul bipolární tranzistor s bipolárním přechodem. Přestože byly po desetiletí zásadní, jejich použití upadlo ve prospěch technologie CMOS v digitálních integrovaných obvodech.

Struktura BJT se skládá z tři regiony:

• Emitor (vysoce dopovaný a funkční jako emitor náboje)
• Základna (zužuje a odděluje emitor od kolektoru)
• Sběrač (větší prodloužení).

Epitaxní nanášení je běžnou výrobní technikou. V normálním provozu je spojení báze-emitor předpjaté dopředu, zatímco spojení báze-kolektor je obrácené. Princip fungování zahrnuje Polarizace přímá polarizace přechodu báze-emitor a reverzní polarizace přechodu báze-kolektor. Elektrony jsou injektovány z emitoru do kolektoru, což umožňuje zesílení signálu. BJT se vyznačuje nízkou vstupní impedancí a lze jej modelovat jako napěťově řízený zdroj proudu nebo proudově řízený zdroj proudu.

Provoz bipolárního tranzistoru

Pokud jde o provoz, máme to v bipolárním tranzistoru (BJT) v konfiguraci NPN, Přechod báze-emitor je polarizován dopředu a přechod báze-kolektor je polarizován zpětně.. Tepelné míchání umožňuje nosičům náboje z emitoru překročit potenciálovou bariéru emitoru a báze a dosáhnout kolektoru, poháněného elektrickým polem mezi bází a kolektorem. V typickém provozu je spojení báze-emitor posunuto dopředu, což umožňuje vstřikování elektronů do oblasti báze a jejich cestování směrem ke kolektoru. Oblast báze musí být tenká, aby se minimalizovala rekombinace nosiče před dosažením spojení báze-kolektor. Proud kolektor-emitor může být řízen proudem báze-emitor (regulace proudu) nebo napětím báze-emitor (regulace napětí). U PNP tranzistoru je to naopak...

Rozdíly s unipolárním tranzistorem

Tranzistory lze rozdělit do dvou hlavních kategorií: bipolární a unipolární. The klíčové rozdíly Mezi těmito dvěma najdeme:

• BJT nebo bipolární: Stejně jako unipolární tranzistory mají bipolární tranzistory také kladné a záporné nosiče náboje, to znamená s P a N dopovanými oblastmi ve své struktuře. Pokud jde o polarizaci, mohou být polarizovány přímo nebo obráceně, podle toho, co je potřeba, a mohou být typu NPN nebo PNP. Pokud jde o provozní režimy, mohou pracovat v aktivním režimu, režimu řezání a režimu saturace. Jsou řízeny proudem a mají proudový zisk reprezentovaný písmenem β (beta). Výkonová ztráta je v tomto případě vyšší než u unipolárních tranzistorů a její rychlost je obecně nižší než u unipolárních tranzistorů. Proto se často používají mimo jiné v zesilovačích analogového signálu a nízkofrekvenčním přepínání. BJT jsou náchylnější k hluku.
• FET nebo unipolární: Unipolární tranzistory nebo tranzistory s efektem pole také používají nosiče náboje, ale zde máme elektrony nebo díry, podle typu. Hlavní polarizace je zde obrácená a provozní režimy jsou převážně v saturaci. V tomto případě máme napěťově řízené tranzistory. Proudové zesílení je v tomto případě reprezentováno transkonduktancí, ztrátový výkon je menší než u bipolárních a jsou rychlejší. Z tohoto důvodu se často používají pro vysokofrekvenční spínací a digitální obvody. Unipolární jsou méně náchylné na hluk.

Typ BJT (NPN a PNP)

Jak jsem uvedl v několika částech článku, existují dva hlavní typy BJT tranzistorů:

• NPN tranzistory: Jsou součástí jednoho ze dvou základních typů bipolárních tranzistorů, kde písmena „N“ a „P“ označují většinu nosičů náboje přítomné v různých oblastech zařízení. V současné době je většina bipolárních tranzistorů typu NPN, protože pohyblivost elektronů je vyšší než pohyblivost „děr“ v polovodičích, což umožňuje vyšší proudy a vyšší provozní rychlosti. Struktura tranzistoru NPN se skládá z vrstvy polovodičového materiálu dotovaného P, nazývaného „základna“, umístěného mezi dvěma vrstvami materiálu dotovaného N. V konfiguraci se společným emitorem je malý proud tekoucí do báze zesílen v výstup rozdělovače. Symbol tranzistoru NPN obsahuje šipku ukazující na terminál emitoru a směr konvenčního proudu během aktivního provozu zařízení.
• PNP tranzistory: Druhý typ bipolárního tranzistoru, mají písmena "P" a "N", která označují většinu nábojů v různých oblastech zařízení. Ačkoli je to dnes méně běžné, PNP tranzistory sestávají z vrstvy polovodičového materiálu dotovaného N mezi dvěma vrstvami materiálu dotovaného P. V typickém provozu je kolektor spojen se zemí a emitor je spojen s kladným pólem zdroje. napájení přes externí elektrickou zátěž. Malý proud tekoucí do báze umožňuje výrazně větší proud protékat z emitoru do kolektoru. Šipka v symbolu tranzistoru PNP je umístěna na svorce emitoru a při aktivním provozu zařízení ukazuje ve směru konvenčního proudu. Navzdory jejich nižšímu rozšíření jsou tranzistory NPN preferovány ve většině situací kvůli jejich lepšímu výkonu.

Všechny detaily můžete vidět na obrázcích výše.

Aplikace BJT

Bipolární tranzistory (BJT) se používají v různých aplikace v elektronice, K některým případům jsem se již dříve vyjádřil, ale zde vám ukážu seznam některých hlavních aplikací nebo použití těchto tranzistorů:

• Zesílení signálu: BJT se běžně používají k zesílení slabých signálů, jako jsou signály ze senzorů nebo mikrofonů, v audio a radiofrekvenčních obvodech.
• komutace: Používají se k ovládání přepínání proudu v digitálních a logických obvodech, jako jsou elektronické spínače, za účelem implementace logických hradel.
• Výkonové zesilovače: Používají se ve výkonových zesilovacích stupních v audio systémech a RF (radiofrekvenčních) zesilovačích. Ve skutečnosti jedna z prvních aplikací, pro kterou byly tyto tranzistory navrženy, byla právě pro toto, která nahradila předchozí elektronky.
• Zdroje energie: Mohou být konfigurovány tak, aby vydávaly konstantní proud, což je užitečné v určitých proudových referenčních obvodech a aplikacích. Najdete je také v systémech regulátorů napětí nebo obvodech pro udržení konstantního napětí na výstupu napájecího zdroje.
• Oscilátory: Používají se v obvodech oscilátorů pro generování periodických signálů, jako jsou generátory sinusových vln.
• RF zesílení: V komunikačních systémech se BJT používají ve stupních zesílení vysokofrekvenčního signálu.
• Amplitudová a frekvenční modulace: Používají se v modulačních obvodech ke změně charakteristik audio nebo RF signálů. Mohou být také implementovány do některých senzorů nebo detektorů pro zpracování signálů.

Jak zkontrolovat tranzistor BJT

Kontrola BJT tranzistoru je důležitá pro zajištění jeho správné funkce. Pokud chcete vědět, jak na to, budete potřebovat pouze multimetr nebo multimetr, který má tuto funkci pro kontrolu bipolárních tranzistorů. A postup je velmi jednoduchý, stačí dodržet tyto kroky:

• BJT NPN: Nejprve musíte identifikovat vývody nebo kolíky emitoru (E), báze (B) a kolektoru (C), které váš tranzistor obsahuje. V závislosti na modelu si můžete prohlédnout technické listy pro více podrobností, i když je snadné je poznat. Poté, co jste identifikovali svorky a multimetr po ruce, další věcí je jednoduše správně zasunout kolíky do slotů pro tento účel. Pokud váš multimetr tuto funkci nemá, můžete použít tuto jinou alternativu:
  1. Uveďte multimetr do testovacího režimu tranzistoru, to znamená, že otáčením kolečka vyberte symbol pro měření stejnosměrného napětí (V —).
  2. Dotkněte se požadovaných kolíků pomocí multimetrových sond:
     • Když zkontrolujete přechod BE nebo Base-Emitter, měli byste na obrazovce vidět napětí mezi 0.6 a 0.7 V, v závislosti na tranzistoru.
     • Když kontrolujete spojení BC nebo Base-Collector, dotknete se těchto ostatních svorek a údaj napětí by měl být podobný výše uvedenému.
     • Chcete-li zkontrolovat aktuální zisk (hFE), otočte voličem na funkci hFE. A dotykem vysílače a základny a emitoru a kolektoru sondami určíte zisk hFE, což bude vztah mezi těmito dvěma.
• BJT PNP: v tomto jiném případě je ověření podobné, pouze opačným způsobem než u NPN.

Pokud jsou získané výsledky hodnoty mimo očekávání, tranzistor bude indikovat, že nefunguje nebo je vadný a je třeba jej vyměnit.

Kde koupit BJT

Pokud si chcete koupit levné BJT tranzistory, můžete to udělat v jakémkoli obchodě s elektronikou nebo na specializované online platformě. Jedno místo, kde najdete tato zařízení BJT, je na Amazonu a my doporučujeme toto: