BJT: Alles, was Sie über den Bipolartransistor wissen müssen

BJT

In unserem Abschnitt für elektronische Komponenten Wir haben bereits genug über verschiedene Arten kommerzieller Transistoren gesprochen. Jetzt ist es an der Zeit, tiefer in einen weit verbreiteten Transistor einzutauchen, nämlich die Familie von BJT-Transistoren, Das heißt, Bipolartransistoren, die in vielen elektronischen Geräten vorhanden sind, die wir täglich verwenden.

Also kannst du Erfahren Sie mehr über diese Transistoren und die Unterschiede zu unipolaren...

Was ist ein Halbleiter?

Die Halbleiter Dabei handelt es sich um Materialien, deren elektrische Leitfähigkeit zwischen der von Leitern und der von Isolatoren liegt. Im Gegensatz zu Metallen (gute Leiter) und Nichtmetallen (Isolatoren oder Dielektrika) nehmen Halbleiter eine einzigartige Stellung ein, die es ihnen ermöglicht, den Fluss elektrischen Stroms zu steuern.

Su Kristallstruktur, das typischerweise aus Elementen wie Silizium oder Germanium besteht, ist für das Verständnis seines Verhaltens von entscheidender Bedeutung. Die Atome dieser Materialien bilden eine kristalline Struktur, in der Elektronen in Energiebändern zwischen Atomen geteilt werden. Das Valenzband enthält Elektronen, die fest an Atome gebunden sind, während das Leitungsband Elektronen enthält, die sich frei bewegen können.

Die Halbleitermaterialien Sie sind für die Herstellung fortschrittlicher elektronischer Geräte unerlässlich. Silizium ist einer der am häufigsten verwendeten Halbleiter, in der Industrie allgegenwärtig und bildet die Grundlage für Chips und Mikroprozessoren. Neben Silizium ist Germanium ein weiteres gängiges Halbleitermaterial, das in älteren Technologien verwendet wurde. Auch Halbleiterverbindungen wie Galliumarsenid (GaAs) und Phosphor haben vor allem in Hochfrequenz- und optoelektronischen Anwendungen an Bedeutung gewonnen. Diese Materialien ermöglichen die Herstellung von Geräten wie Leuchtdioden (LEDs), Hochfrequenztransistoren und fortschrittlichen Sensoren und demonstrieren die Vielseitigkeit und Vitalität von Halbleitern an der Spitze der technologischen Innovation.

Frachttransporter und elektronisches Fahren

La Fähigkeit von Halbleitern, Elektrizität zu leiten liegt in seiner Fähigkeit, Ladungsträger zu erzeugen. Ladungsträger können negativ geladene Elektronen oder positiv geladene „Löcher“ sein, die durch Elektronen entstehen, die vom Valenzband in das Leitungsband verschoben wurden.

Wenn an einen Halbleiter eine Spannung angelegt wird, entstehen Elektronen kann vom Valenzband in das Leitungsband wechseln, wodurch elektrischer Strom erzeugt wird. Dieses Phänomen wird als elektronische Leitung bezeichnet und ist für den Betrieb elektronischer Geräte von wesentlicher Bedeutung.

Dotierstoffe (Verunreinigungen)

Um die elektrischen Eigenschaften von Halbleitern zu verbessern und zu kontrollieren, Durch einen sogenannten Dotierungsprozess werden gezielt Verunreinigungen in das Glas eingebracht. Die Dotierstoffatome können vom Donortyp (fügen zusätzliche Elektronen hinzu) oder vom Akzeptortyp (Löcher erzeugen) sein, d. h. die ersten wären die sogenannten N-Typ-Halbleiter und die zweiten die P-Typ-Halbleiter.

Dotierstoffe führen zusätzliche Energieniveaus in das ein verbotene Band, was eine bessere Kontrolle über das elektronische Fahren ermöglicht. Einige gängige Beispiele für Dotierstoffe sind Phosphor (Donor) und Bor (Akzeptor) für Silizium. Auf diese Weise können Zonen oder Übergänge erstellt werden, um Geräte wie eine Diode, bei der es sich im Grunde um einen einzelnen PN-Übergang handelt, oder Halbleiter zu erstellen, bei denen es sich normalerweise um drei Zonen handelt, wie wir später sehen werden.

Arten von Halbleitern: intrinsisch und extrinsisch

Andererseits ist es zum Verständnis des BJT auch wichtig zu wissen, was Arten von Halbleitern Es gibt sie, wie zum Beispiel:

  • Eigenheiten: Wenn einem Halbleiter keine Verunreinigungen zugesetzt werden, wird er als intrinsisch eingestuft. In diesem Fall beruht die elektrische Leitung ausschließlich auf der thermischen Erzeugung von Ladungsträgern (Elektron-Loch-Paaren).
  • extrinsisch: Sie sind das Ergebnis einer absichtlichen Dotierung mit Verunreinigungen. Halbleiter vom N-Typ (negativ) werden durch Zugabe von Donator-Dotierstoffen erhalten, während Halbleiter vom p-Typ (positiv) mit Akzeptor-Dotierstoffen gebildet werden. Mit diesen Verfahren können die elektrischen Eigenschaften von Halbleitern an die spezifischen Anforderungen der Anwendungen angepasst werden.

Einführung in PN-Übergänge

PN-Kreuzung

La PN-Kreuzung Es handelt sich um ein wesentliches Konzept der Halbleiterelektronik, das den Grundstein für die Entwicklung von Bauteilen wie Dioden und Transistoren legt. Ein PN-Übergang entsteht, wenn zwei Bereiche eines Halbleitermaterials zusammenkommen. Diese Regionen sind die P-Typ-Region (wo die Konzentration positiver Ladungsträger oder Löcher vorherrscht) und die N-Typ-Region (wo die Konzentration negativer Ladungsträger oder Elektronen vorherrschend ist). Durch den Übergang zwischen diesen beiden Regionen entsteht eine einzigartige Schnittstelle mit besonderen elektrischen Eigenschaften.

La Bildung des PN-Übergangs Dies geschieht in der Regel durch einen Prozess namens Dotierung, bei dem gezielt Verunreinigungen in das Halbleitermaterial eingebracht werden. In der P-Typ-Region werden Akzeptor-Dotierstoffe (wie Bor) verwendet, während in der N-Typ-Region Donor-Dotierstoffe (wie Phosphor) verwendet werden, wie ich bereits erwähnt habe. Dieser Prozess erzeugt einen Konzentrationsgradienten von Ladungsträgern über den Übergang hinweg und errichtet so die Potentialbarriere.

Um comportamiento dieses PN-Übergangs weist einzigartige Eigenschaften auf, wenn es in verschiedene Richtungen polarisiert wird:

  • En Vorspannungwird eine Spannung in der Richtung angelegt, die den Stromfluss durch die Verbindungsstelle begünstigt. In diesem Fall bewegen sich die Ladungsträger über die Potentialbarriere und ermöglichen so die elektrische Leitung.
  • Im Gegenteil, in umgekehrte Vorspannung, wirkt die angelegte Spannung gegen die Potentialbarriere und behindert so den Stromfluss. In diesem Zustand wirkt der PN-Übergang wie eine Diode, die die Leitung in eine Richtung zulässt und in die entgegengesetzte Richtung blockiert.

Der PN-Übergang ist die Basis vieler elektronischer Geräte. Dioden beispielsweise machen sich die Eigenschaft des PN-Übergangs zunutze, den Stromfluss in einer Richtung zuzulassen und ihn in der anderen zu blockieren. Transistoren, die für die digitale Logik und Signalverstärkung von grundlegender Bedeutung sind, werden ebenfalls mit verschiedenen PN-Übergängen aufgebaut, wie im Fall von BJTs, die NPN- oder PNP-Übergänge haben können ...

Was ist ein BJT-Transistor?

BJT

El Bipolarer Sperrschichttransistor (BJT oder Bipolar Junction Transistor) Es handelt sich um ein elektronisches Festkörpergerät, das aus zwei sehr nahe beieinander liegenden PN-Übergängen besteht und eine Stromerhöhung, Spannungssenkung und Steuerung des Stromflusses durch seine Anschlüsse ermöglicht. Bei diesem Transistortyp sind Ladungsträger beider Polaritäten (positive Löcher und negative Elektronen) an der Leitung beteiligt. BJTs werden häufig in der analogen Elektronik und einigen digitalen Elektronikanwendungen verwendet, beispielsweise in der TTL- oder BiCMOS-Technologie.

La Die Geschichte der Bipolartransistoren reicht bis ins Jahr 1947 zurück, als John Bardeen und Walter Houser Brattain bei der Bell Telephone Company den Punktkontakt-Bipolartransistor erfanden. Später entwickelte William Shockley im Jahr 1948 den Bipolartransistor. Obwohl sie jahrzehntelang unverzichtbar waren, ist ihre Verwendung zugunsten der CMOS-Technologie in digitalen integrierten Schaltkreisen zurückgegangen.

Die Struktur eines BJT besteht aus drei Regionen:

  • Der Emitter (hochdotiert und als Ladungsemitter funktionsfähig)
  • Die Basis (verengt und trennt den Emitter vom Kollektor)
  • Der Kollektor (größere Erweiterung).

Epitaktische Abscheidung ist die gängige Herstellungstechnik. Im Normalbetrieb ist der Basis-Emitter-Übergang in Durchlassrichtung vorgespannt, während der Basis-Kollektor-Übergang in Rückwärtsrichtung vorgespannt ist. Das Funktionsprinzip beinhaltet die Polarisation direkte Polarisation des Basis-Emitter-Übergangs und umgekehrte Polarisation des Basis-Kollektor-Übergangs. Elektronen werden vom Emitter zum Kollektor injiziert, was eine Signalverstärkung ermöglicht. Der BJT zeichnet sich durch seine niedrige Eingangsimpedanz aus und kann als spannungsgesteuerte Stromquelle oder als stromgesteuerte Stromquelle modelliert werden.

Bipolartransistorbetrieb

Was den Betrieb betrifft, so haben wir einen Bipolartransistor (BJT) in NPN-Konfiguration. Der Basis-Emitter-Übergang ist vorwärtspolarisiert und der Basis-Kollektor-Übergang ist umgekehrt polarisiert.. Durch thermische Bewegung können die Ladungsträger vom Emitter die Emitter-Basis-Potentialbarriere überwinden und den Kollektor erreichen, angetrieben durch das elektrische Feld zwischen Basis und Kollektor. Im typischen Betrieb ist der Basis-Emitter-Übergang in Durchlassrichtung vorgespannt, sodass Elektronen in den Basisbereich injiziert werden können und sich zum Kollektor bewegen. Der Basisbereich muss dünn sein, um die Rekombination der Träger vor Erreichen des Basis-Kollektor-Übergangs zu minimieren. Der Kollektor-Emitter-Strom kann durch den Basis-Emitter-Strom (Stromregelung) oder durch die Basis-Emitter-Spannung (Spannungsregelung) gesteuert werden. Bei einem PNP-Transistor ist es umgekehrt...

Unterschiede zum Unipolartransistor

Transistoren können in zwei Hauptkategorien eingeteilt werden: bipolar und unipolar. Der Hauptunterschiede Was wir zwischen den beiden finden, ist:

  • BJT oder bipolar: Ebenso wie Unipolartransistoren haben auch Bipolartransistoren positive und negative Ladungsträger, also P- und N-dotierte Bereiche in ihrer Struktur. Was die Polarisation betrifft, können sie je nach Bedarf direkt oder umgekehrt polarisiert sein und vom NPN- oder PNP-Typ sein. Die Betriebsmodi können im aktiven Modus, im Schnittmodus und im Sättigungsmodus betrieben werden. Sie sind stromgesteuert und haben eine Stromverstärkung, die durch den Buchstaben β (Beta) dargestellt wird. Die Verlustleistung ist in diesem Fall höher als bei unipolaren Transistoren und die Geschwindigkeit ist im Allgemeinen langsamer als bei unipolaren Transistoren. Daher werden sie unter anderem häufig in analogen Signalverstärkern und Niederfrequenzschaltungen eingesetzt. BJTs sind anfälliger für Lärm.
  • FET oder unipolar: Auch Unipolar- oder Feldeffekttransistoren nutzen Ladungsträger, allerdings handelt es sich hier je nach Typ um Elektronen oder Löcher. Die Hauptpolarisierung ist hier umgekehrt und die Betriebsarten befinden sich hauptsächlich in der Sättigung. In diesem Fall haben wir spannungsgesteuerte Transistoren. Der Stromgewinn wird in diesem Fall durch Transkonduktanz dargestellt, der Leistungsverlust ist geringer als bei bipolaren und sie sind schneller. Aus diesem Grund werden sie häufig für Hochfrequenzschaltungen und digitale Schaltungen verwendet. Unipolare sind weniger anfällig für Rauschen.

BJT-Typ (NPN und PNP)

Wie ich an mehreren Stellen des Artikels bereits erwähnt habe, gibt es solche zwei Haupttypen von BJT-Transistoren:

  • NPN-Transistoren: Sie sind Teil einer der beiden grundlegenden Arten von Bipolartransistoren, wobei die Buchstaben „N“ und „P“ die in den verschiedenen Bereichen des Geräts vorhandenen Mehrheitsladungsträger angeben. Derzeit sind die meisten Bipolartransistoren vom NPN-Typ, da die Beweglichkeit von Elektronen höher ist als die von „Löchern“ in Halbleitern und somit höhere Ströme und höhere Betriebsgeschwindigkeiten ermöglichen. Die Struktur eines NPN-Transistors besteht aus einer Schicht aus P-dotiertem Halbleitermaterial, der sogenannten „Basis“, die sich zwischen zwei Schichten aus N-dotiertem Material befindet. In der Konfiguration mit gemeinsamem Emitter wird ein kleiner Strom, der in die Basis fließt, an der Basis verstärkt Ausgang des Verteilers. Das NPN-Transistorsymbol enthält einen Pfeil, der auf den Emitteranschluss und die Richtung des konventionellen Stroms während des aktiven Betriebs des Geräts zeigt.
  • PNP-Transistoren: Der zweite Typ von Bipolartransistoren. Sie haben die Buchstaben „P“ und „N“, die sich auf die Mehrheitsladungen in verschiedenen Bereichen des Geräts beziehen. Obwohl heutzutage weniger üblich, bestehen PNP-Transistoren aus einer Schicht aus N-dotiertem Halbleitermaterial zwischen zwei Schichten aus P-dotiertem Material. Im typischen Betrieb ist der Kollektor mit Masse verbunden und der Emitter mit dem Pluspol der Quelle verbunden. Stromversorgung über eine externe elektrische Last. Ein kleiner Strom, der in die Basis fließt, ermöglicht einen deutlich größeren Strom, der vom Emitter zum Kollektor fließt. Der Pfeil auf dem PNP-Transistorsymbol befindet sich am Emitteranschluss und zeigt in die Richtung des konventionellen Stroms während des aktiven Betriebs des Geräts. Trotz ihrer geringeren Verbreitung werden NPN-Transistoren aufgrund ihrer besseren Leistung in den meisten Situationen bevorzugt.

Alle Details könnt ihr den Bildern oben entnehmen.

Anwendungen eines BJT

Bipolartransistoren (BJTs) werden in einer Vielzahl von Bereichen eingesetzt Anwendungen in der ElektronikIch habe einige Fälle bereits zuvor kommentiert, aber hier zeige ich Ihnen eine Liste mit einigen der Hauptanwendungen oder Verwendungszwecke dieser Transistoren:

  • Signalverstärkung: BJTs werden üblicherweise zur Verstärkung schwacher Signale, beispielsweise von Sensoren oder Mikrofonen, in Audio- und Hochfrequenzschaltungen verwendet.
  • Kommutierung: Sie dienen zur Steuerung der Stromumschaltung in digitalen und logischen Schaltkreisen, beispielsweise elektronischen Schaltern, um Logikgatter zu implementieren.
  • Leistungsverstärker: Sie werden in Leistungsverstärkungsstufen in Audiosystemen und HF-Verstärkern (Hochfrequenzverstärkern) eingesetzt. Tatsächlich war eine der ersten Anwendungen, für die diese Transistoren entwickelt wurden, der Ersatz früherer Vakuumröhren.
  • Energiequellen: Sie können so konfiguriert werden, dass sie einen konstanten Strom ausgeben, was in bestimmten Stromreferenzschaltungen und -anwendungen nützlich ist. Sie finden sie auch in Spannungsreglersystemen oder -schaltungen, um eine konstante Spannung am Ausgang des Netzteils aufrechtzuerhalten.
  • Oszillatoren: Sie werden in Oszillatorschaltungen zur Erzeugung periodischer Signale eingesetzt, beispielsweise in Sinusgeneratoren.
  • HF-Verstärkung: In Kommunikationssystemen werden BJTs in Hochfrequenzsignalverstärkungsstufen verwendet.
  • Amplituden- und Frequenzmodulation: Sie werden in Modulationsschaltungen verwendet, um die Eigenschaften von Audio- oder HF-Signalen zu verändern. Sie können auch in einigen Sensoren oder Detektoren implementiert werden, um die Signale zu verarbeiten.

So überprüfen Sie einen BJT-Transistor

Die Überprüfung eines BJT-Transistors ist wichtig, um seine ordnungsgemäße Funktion sicherzustellen. Wenn Sie wissen möchten, wie es geht, benötigen Sie lediglich ein Multimeter oder Multimeter, das über diese Funktion zur Überprüfung von Bipolartransistoren verfügt. Und die Vorgehensweise ist ganz einfach: Sie müssen lediglich die folgenden Schritte ausführen:

  • BJT NPN: Zuerst müssen Sie die Anschlüsse oder Pins Emitter (E), Basis (B) und Kollektor (C) identifizieren, die Ihr Transistor enthält. Je nach Modell können Sie für weitere Einzelheiten die Datenblätter konsultieren, obwohl diese leicht zu ermitteln sind. Sobald Sie die Anschlüsse und das vorliegende Multimeter identifiziert haben, müssen Sie als Nächstes nur noch die Stifte richtig in die dafür vorgesehenen Steckplätze stecken. Wenn Ihr Multimeter nicht über diese Funktion verfügt, können Sie diese andere Alternative verwenden:
    1. Versetzen Sie das Multimeter in den Transistortestmodus, d. h. drehen Sie das Rad, um das Symbol für die Messung der Gleichspannung (V —) auszuwählen.
    2. Berühren Sie die gewünschten Pins mit den Multimeter-Sonden:
      • Wenn Sie den BE- oder Basis-Emitter-Übergang überprüfen, sollten Sie je nach Transistor einen Spannungswert zwischen 0.6 und 0.7 V auf dem Bildschirm sehen.
      • Wenn Sie die BC- oder Basis-Kollektor-Verbindung prüfen, berühren Sie diese anderen Anschlüsse und der Spannungswert sollte dem oben genannten ähneln.
      • Um die aktuelle Verstärkung (hFE) zu überprüfen, drehen Sie den Auswahlknopf auf die Funktion hFE. Und indem Sie Emitter und Basis sowie Emitter und Kollektor mit den Sonden berühren, um die Verstärkung hFE zu bestimmen, die das Verhältnis zwischen beiden darstellt.
  • BJT PNP: In diesem anderen Fall ist die Überprüfung ähnlich, nur in umgekehrter Weise wie bei einem NPN.

Liegen die erhaltenen Ergebnisse außerhalb der Erwartungen, zeigt der Transistor an, dass er nicht funktioniert oder defekt ist und ausgetauscht werden muss.

Wo kann man einen BJT kaufen?

Wenn Sie kaufen möchten günstige BJT-Transistoren, Sie können dies in jedem Elektronikgeschäft oder auf einer spezialisierten Online-Plattform tun. Ein Ort, an dem Sie diese BJT-Geräte finden, ist Amazon, und wir empfehlen diese:


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