Что значит биполярный транзистор. Биполярный транзистор: устройство, принцип работы и применение

Что такое биполярный транзистор. Как устроен биполярный транзистор. Как работает биполярный транзистор. Какие бывают типы биполярных транзисторов. Где применяются биполярные транзисторы. Как проверить биполярный транзистор.

Что такое биполярный транзистор

Биполярный транзистор — это полупроводниковый прибор с тремя выводами, который может усиливать и переключать электрические сигналы. Он состоит из трех слоев полупроводникового материала, образующих два p-n перехода.

Название «биполярный» означает, что в работе транзистора участвуют носители заряда обоих знаков — электроны и дырки. Это отличает его от униполярных транзисторов, где используются носители только одного типа.

Устройство биполярного транзистора

Биполярный транзистор имеет три области:

• Эмиттер — сильно легированная область, являющаяся источником основных носителей заряда
• База — тонкая слаболегированная область
• Коллектор — область, собирающая основные носители заряда

Между этими областями образуются два p-n перехода:

• Эмиттерный переход (между эмиттером и базой)
• Коллекторный переход (между базой и коллектором)

В зависимости от типа полупроводника в областях различают транзисторы:

• n-p-n типа
• p-n-p типа

Принцип работы биполярного транзистора

Принцип работы биполярного транзистора основан на взаимодействии двух близко расположенных p-n переходов. Основные этапы:

1. Эмиттерный переход смещается в прямом направлении, что вызывает инжекцию носителей из эмиттера в базу
2. Большая часть инжектированных носителей проходит через тонкую базу к коллектору
3. Коллекторный переход смещен в обратном направлении и собирает носители, прошедшие через базу
4. Небольшое изменение тока базы вызывает значительное изменение тока коллектора

Таким образом, небольшим током базы можно управлять гораздо большим током коллектора, что позволяет усиливать сигналы.

Типы биполярных транзисторов

Существует два основных типа биполярных транзисторов:

NPN транзисторы

В NPN транзисторах:

• Эмиттер и коллектор — области n-типа
• База — область p-типа
• Ток протекает от коллектора к эмиттеру

PNP транзисторы

В PNP транзисторах:

• Эмиттер и коллектор — области p-типа
• База — область n-типа
• Ток протекает от эмиттера к коллектору

NPN транзисторы более распространены, так как обладают лучшими характеристиками из-за более высокой подвижности электронов по сравнению с дырками.

Режимы работы биполярного транзистора

Биполярный транзистор может работать в трех основных режимах:

Активный режим

В активном режиме:

• Эмиттерный переход смещен в прямом направлении
• Коллекторный переход смещен в обратном направлении
• Транзистор работает как усилитель

Режим насыщения

В режиме насыщения:

• Оба перехода смещены в прямом направлении
• Транзистор полностью открыт
• Используется в ключевых схемах

Режим отсечки

В режиме отсечки:

• Оба перехода смещены в обратном направлении
• Транзистор полностью закрыт
• Также используется в ключевых схемах

Применение биполярных транзисторов

Биполярные транзисторы широко применяются в электронике:

• Усилители аналоговых сигналов
• Генераторы электрических колебаний
• Ключевые и импульсные схемы
• Стабилизаторы напряжения
• Источники опорного напряжения
• Логические элементы
• Драйверы мощных устройств

Как проверить биполярный транзистор

Для проверки биполярного транзистора можно использовать мультиметр:

1. Установите мультиметр в режим проверки диодов
2. Подключите щупы к базе и эмиттеру, затем к базе и коллектору
3. Измерьте прямое и обратное напряжения для обоих переходов
4. Сравните результаты с типовыми значениями для данного типа транзистора

Исправный транзистор должен показывать прямое напряжение 0.5-0.7 В для кремниевых и 0.2-0.3 В для германиевых транзисторов. Обратное напряжение должно быть высоким или показывать обрыв.

Преимущества и недостатки биполярных транзисторов

Преимущества:

• Высокий коэффициент усиления по току
• Хорошая линейность характеристик
• Низкий уровень шумов
• Высокое быстродействие

Недостатки:

• Меньший входной импеданс по сравнению с полевыми транзисторами
• Более высокое энергопотребление
• Сложность изготовления интегральных схем на биполярных транзисторах

Заключение

Биполярные транзисторы остаются важнейшими активными компонентами современной электроники. Несмотря на конкуренцию со стороны полевых транзисторов, они по-прежнему широко применяются благодаря своим уникальным характеристикам и возможностям. Понимание принципов работы биполярных транзисторов необходимо для проектирования и обслуживания электронных устройств.

Биполярный транзистор, что собой представляет, как устроен и работает

Структура, носители, принципы и режимы работы: нормальный режим (в активной области), режимы отсечки и насыщения. Как и за счёт чего усиливает биполярный транзистор? Сначала хотел приписать в названии темы: «для начинающих» или «для чайников», но, поразмыслив, пришёл к выводу: «А ведь далеко не каждый электронщик, считающий себя продвинутыми, понимает: как технологически устроен биполярный транзистор , за счёт чего он обладает усилительными свойствами, что влияет на характеристики транзистора и откуда появился этот загадочный зверь — «дырка»«. Начнём с определения: Биполярный транзистор — это полупроводниковый электронный прибор, работающий по принципу взаимодействия двух, вплотную расположенных на кристалле p-n переходов. А коли прибор полупроводниковый, то это значит, что, как ни крути, а изготовлен транзистор из полупроводниковых материалов таких как: кремний, германий, индий и т.д. А что это такое — полупроводниковый материал или по-простому полупроводник? Полупроводники по своим свойствам занимают промежуточное положение между проводниками и диэлектриками. При температурах, не сильно отличающихся от абсолютного нуля (-273,15°C), полупроводники обладают свойствами диэлектриков. Однако даже при незначительном повышении температуры, сопротивление полупроводника быстро уменьшается, и он начинает проводить электрический ток — т.е. становится проводящим. За счёт чего это происходит? С ростом температуры кристалл полупроводника получает некоторую долю энергии в виде тепла, достаточную для того, чтобы часть отрицательно заряженных электронов покинуло свои атомы и перешло в межатомное пространство. Такие электроны называются свободными, а атомы кристаллической решётки, от которых отпочковались электроны, приобретают несбалансирован- ный положительный заряд и получают условное название — «дырка». Таким образом, при температурах выше -273,15°C в кристалле чистого полупроводника содержится некоторое количество зарядов обоих знаков — свободные электроны и дырки. Если кристалл не содержит примесей, то в любой момент времени количество свободных электронов равно числу имеющихся в кристалле дырок. Другое дело, если к чистому полупроводнику подмешать некое вещество! В зависимости от свойств этой примеси мы можем получить: либо концентрацию дырок, намного превышающую концентрацию электронов (полупроводник p-типа), либо наоборот — превышение концентрации электронов над концентрацией дырок (полупроводник n-типа). Итак, p-полупроводник (от англ. positive) — это полупроводник с положительным дырочным типом проводимости, а n-полупроводник (от англ. negative) — с отрицательным электронным типом проводимости. Ну вот, а теперь можно переходить к описанию структурной схемы транзистора. Рис.1 Как следует из рисунка Рис.1, биполярные транзисторы — это приборы, изготовленные на основе трёхслойной полупроводниковой структуры. В зависимости от порядка чередования областей, различают изделия двух типов проводимости: прямой (p-n-p) и обратной (n-p-n). Легко заметить, что подобная комбинация полупроводников в транзисторе напоминает встречно-последовательное соединение двух диодов с общим катодом (p-n-p) либо анодом (n-p-n). Эта аналогия справедлива лишь в одном случае — она позволяет легко тестировать транзистор на предмет его живучести при помощи обычного омметра или мультиметра. Рассмотрим цепь, иллюстрирующую работу n-p-n транзистора типа в различных режимах. Рис.2 а) Режим отсечки тр-ра б) Активный режим тр-ра в) Режим насыщения тр-ра На Рис.2 приведено классическое включение транзистора n-p-n типа по схеме с общим эмиттером. Положительный вывод источника питания через нагрузку (в качестве которой в нашем случае выступает светодиод) подключается к коллектору транзистора, отрицательный — к эмиттеру полупроводника и для кучи — к земляной шине. Подадим нулевое смещение на базу транзистора (Рис.2 а)), посредством чего введём его в режим отсечки, соответствующий условию Uэб . В этом случае и эмиттерный, и коллекторный p-n-переходы оказываются запертыми, и в коллекторной цепи будет протекать лишь незначительный обратный ток Iко ≈ току обратно смещённого диода. Основные носители заряда (электроны в коллекторной/эмиттерной областях и дырки в базовой) сидят в отведённых областях и никуда выбираться не собираются, ввиду отсутствия воздействия на них какого-либо электрического поля. Другое дело если мы подадим между базой и эмиттером транзистора небольшое напряжение Uэб > 0,6—0,7 В (Рис.2 б)) и тем самым переведём его в активный (нормальный) режим. В данном режиме переход база-эмиттер оказывается включённым в прямом направлении (открыт), а переход база-коллектор — в обратном (закрыт): Поскольку прослойка р-полупроводника базы технологически сделана очень тонкой, положительное напряжение, приложенное к базе, сможет «дотянуться» своим электрическим полем до значительно большей по размеру n-области эмиттера. Под действием этого поля электроны из эмиттера направляются к базе и проникают внутрь неё. Малая часть электронов встречается и рекомбинирует (нейтрализуется) с дырками, являющимися основными носителями базы, но в связи с её малыми размерами (а соответственно и малым количеством дырок) бОльшая часть электронов проходит сквозь базу и доходит-таки до коллекторного перехода. Уменьшение числа дырок в базе, происходящее в результате рекомбинации, компенсируется источником питания Bat2 и обуславливает ток базы, который, как мы уже поняли — значительно меньше тока эмиттера, который находится в прямой зависимости к интенсивности потока электронов. Далее под действием электрического поля, создаваемого положительным потенциалом источника Bat1, электроны проникают из базы через p-n-переход в коллектор транзистора, выходят наружу и через источник питания замыкаются обратно в область эмиттера. Если дальше повышать напряжение на базе, то количество электронов, участвующих в процессе циркуляции по цепи также увеличится. Результатом будет являться незначительное (в абсолютном выражении) увеличение тока базы и значительное увеличение тока коллектора. А поскольку ток в цепи прямопропорционален интенсивности потока носителей заряда, то, исходя из всего вышесказанного и в соответствии с первым законом Кирхгофа, в транзисторе всегда существует следующее соотношение между токами: Iк = Iэ — Iб. Величина отношения токов коллектора и эмиттера характеризует такой параметр транзистора, как — коэффициент передачи тока α = Iк / Iэ. Из формул следует, что коэффициент передачи тока транзистора всегда меньше единицы и принимает значение ≈ 0,9-0,99. Усиливающее свойство транзистора заключается в том, что посредством относительно малого тока базы можно управлять большим током коллектора. Причём, в активном режиме — изменение тока коллектора прямо пропорционально изменению тока базы: ΔIк = ΔIб x h21э , где h31э (или β) — статический коэффициент передачи тока транзистора. Этот параметр является справочным и для разных полупроводников составляет величину от 10—12 до 200—300. И последний режим работы транзистора — режим насыщения (Рис 2 в)) или по-умному — режим двойной инжекции. При дальнейшем повышении уровня напряжения на базе, ток в коллекторной цепи Iк также увеличивается, что приводит (согласно закону Ома) к пропорциональному увеличению падения напряжения на нагрузке и, как следствие — уменьшению напряжения Uк. При определённом уровне этого напряжения Uк, коллекторный переход база-коллектор начнёт переходить в прямосмещённое (открытое) состояние, т.е. оба p-n перехода транзистора окажутся открытыми. Уровень напряжения на базе, при котором начинается этот процесс, называется Uбэ.нас, является справочной величиной и указывается при неком фиксированном токе коллектора. Физически, это прямое смещение КП приводит к тому, что не только эмиттер будет засылать (инжектировать) электроны в базу, но и коллектор — тоже. Движение этих коллекторных электронов противоположно направлению диффузионного тока эмиттера и активно препятствует дальнейшему повышению тока транзистора. В результате этого противостояния, ток коллектора практически перестаёт зависеть от дальнейшего увеличения уровня напряжения на базе и фиксируется на уровне, называемом Iк.нас. Ещё один паспортный параметр, характеризующий работу транзистора в режиме насыщения — Uкэ. нас показывает величину падения напряжения между коллектором и эмиттером при заданном токе коллектора. В связи с тем, что величина тока Iк.нас может принимать значения, значительно превышающие токи транзистора, находящегося линейном режиме, следует внимательно относиться к выбору коллекторной нагрузки, чтобы не превысить максимально допустимых значений мощностей как самого транзистора, так и нагрузки. В случае, изображённом на Рис 2 в), этот выходной ток будет явно выше 20мА, допустимых для светодиода, что собственно говоря, и отображено на схеме. Рис.3 Ну и под занавес приведу пример работы транзисторного каскада ОЭ в активном режиме (Рис.3). Переменный резистор R1 принимает значения от 0 (в верхнем положении) до 680кОм (в нижнем). В первом приближении — изменением значения напряжения Uбэ можно пренебречь и считать его равным Uбэ ≈ 0,6 В. Тогда, согласно закону Ома, в верхнем положении потенциометра ток базы будет равен: Iб ≈ (UBat1 — Uбэ)/(R1+R2) = (9в-0,6в)/51к = 0,16 мА, а в нижнем: Iб ≈ (UBat1 — Uбэ)/(R1+R2) = (9в-0,6в)/(51к +680к) = 0,011 мА, А поскольку мы помним, что Iк = Iб x h21э, то в верхнем положении R1 — Iк = 16мА, т.е. яркость светодиода близка к максимальной. В нижнем положении R1 — Iк = 1,1мА, т.е. светодиод не светится, либо светится очень слабо. В промежуточных положениях ручки потенциометра — токи, а соответственно и яркость свечения, также принимают промежуточные значения. На следующей странице рассмотрим эквивалентную схему транзистора, а также свойства и характеристики различных типов усилительных каскадов.

Что такое биполярный транзистор и как его проверить

Добрый день, друзья!

Сегодня мы продолжим знакомиться с электронными «кирпичиками» компьютерного «железа». Мы уже рассматривали с вами, как устроены полевые транзисторы, которые обязательно присутствуют на каждой материнской плате компьютера.

Усаживайтесь поудобнее – сейчас мы сделаем интеллектуально усилие и попытаемся разобраться, как устроен

Биполярный транзистор

Биполярный транзистор – это полупроводниковый прибор, который широко применяется в электронных изделиях, в том числе и компьютерных блоках питания.

Слово «транзистор» (transistor) образовано от двух английских слов – «translate» и «resistor», что означает «преобразователь сопротивления».

Слово «биполярный» говорит о том, что ток в приборе вызывается заряженными частицами двух полярностей – отрицательной (электронами) и положительной (так называемыми «дырками»).

«Дырка» — это не жаргон, а вполне себе научный термин. «Дырка» — это не скомпенсированный положительный заряд или, иными словами, отсутствие электрона в кристаллической решетке полупроводника.

Биполярный транзистор представляет собой трехслойную структуру с чередующимися видами полупроводников.

Так как существуют полупроводники двух видов, положительные (positive, p-типа) и отрицательные (negative, n-типа), то может быть два типа такой структуры – p-n-p и n-p-n.

Средняя область такой структуры называется базой, а крайние области – эмиттером и коллектором.

На схемах биполярные транзисторы обозначаются определенным образом (см рисунок). Видим, что транзистор представляет собой, по существу, да p-n перехода, соединенных последовательно.

Вопрос на засыпку – почему нельзя заменить транзистор двумя диодами? Ведь в каждом из них есть p-n переход, не так ли? Включил два диода последовательно – и дело в шляпе!

Нет! Дело в том, что базу в транзисторе во время изготовления делают очень тонкой, чего никак нельзя достичь при соединении двух отдельных диодов.

Принцип работы биполярного транзистора

Основной принцип работы транзистора заключается в том, что небольшой ток базы может управлять гораздо бОльшим током коллектора — в диапазоне практически от нуля до некоей максимально возможной величины.

Отношение тока коллектора к току базы называется коэффициентом усиления по току и может составлять величину от нескольких единиц до нескольких сотен.

Интересно отметить, что у маломощных транзисторов он чаще всего больше, чем у мощных (а не наоборот, как можно было бы подумать).

Это напоминает работу полевого транзистора (ПТ).

Разница в том, что в отличие от затвора ПТ, при управлении ток базы всегда присутствует, т.е. на управление всегда тратится какая-то мощность.

Чем больше напряжение между эмиттером и базой, тем больше ток базы и, соответственно, больше ток коллектора. Однако любой транзистор имеет максимально допустимые значения напряжений между эмиттером и базой и между эмиттером и коллектором. За превышение этих параметров придется расплачиваться новым транзистором.

В рабочем режиме обычно переход база-эмиттер открыт, а переход база-коллектор закрыт.

Биполярный транзистор, подобно реле, может работать и в ключевом режиме. Если подать некоторый достаточный ток в базу (замкнуть кнопку S1), транзистор будет хорошо открыт. Лампа зажжется.

При этом сопротивление между эмиттером и коллектором будет небольшим.

Падение напряжения на участке эмиттер – коллектор будет составлять величину в несколько десятых долей вольта.

Если затем прекратить подавать ток в базу (разомкнуть S1), транзистор закроется, т.е. сопротивление между эмиттером и коллектором станет очень большим.

Лампа погаснет.

Как проверить биполярный транзистор?

Так как биполярный транзистор представляет собой два p-n перехода, то проверить его цифровым тестером достаточно просто.

Надо установить переключатель работы тестера в положение проверки диодов, присоединив один щуп к базе, а второй – поочередно к эмиттеру и коллектору.

По сути, мы просто последовательно проверяем исправность p-n переходов.

Такой переход может быть или открыт, или закрыт.

Затем надо изменить полярность щупов и повторить измерения.

В одном случае тестер покажет падение напряжение на переходах эмиттер – база и коллектор – база 0,6 – 0,7 В (оба перехода открыты).

Во втором случае оба перехода будут закрыты, и тестер зафиксирует это.

Следует отметить, что в рабочем режиме чаще всего один из переходов транзистора открыт, а второй закрыт.

Измерение коэффициента передачи биполярного транзистора по току

Если в тестере имеется возможность измерения коэффициента передачи по току, то проверить работоспособность транзистора можно, установив выводы транзистора в соответствующие гнезда.

Коэффициент передачи по току – это отношение тока коллектора к току базы.

Чем больше коэффициент передачи, тем большим током коллектора может управлять ток базы при прочих равных условиях.

Цоколевку (наименование выводов) и другие данные можно взять из data sheets (справочных данных) на соответствующий транзистор. Data sheets можно найти в Интернете через поисковые системы.

Тестер покажет на дисплее коэффициент передачи (усиления) тока, который нужно сравнить со справочными данными.

Коэффициент передачи тока маломощных транзисторов может достигать нескольких сотен.

У мощных транзисторов он существенно меньше – несколько единиц или десятков.

Однако существуют мощные транзисторы с коэффициентом передачи в несколько сотен или тысяч. Это так называемые пары Дарлингтона.

Пара Дарлингтона представляет собой два транзистора. Выходной ток первого транзистора является входным током для второго.

Общий коэффициент передачи тока – это произведение коэффициентов первого и второго транзисторов.

Пара Дарлингтона делается в общем корпусе, но ее можно сделать и из двух отдельных транзисторов.

Встроенная диодная защита

Некоторые транзисторы (мощные и высоковольтные) могут быть защищены от обратного напряжения встроенным диодом.

Таким образом, если подключить щупы тестера к эмиттеру и коллектору в режиме проверки диодов, то он покажет те же 0,6 – 0,7 В (если диод смещен в прямом направлении) или «запертый диод» (если диод смещен в обратном направлении).

Если же тестер покажет какое-то небольшое напряжение, да еще в обоих направлениях, то транзистор однозначно пробит и подлежит замене. Закоротку можно определить и в режиме измерения сопротивления – тестер покажет малое сопротивление.

Встречается (к счастью, достаточно редко) «подлая» неисправность транзисторов. Это когда он поначалу работает, а по истечению некоторого времени (или по прогреву) меняет свои параметры или отказывает вообще.

Если выпаять такой транзистор и проверить тестером, то он успеет остыть до присоединения щупов, и тестер покажет, что он нормальный. Убедиться в этом лучше всего заменой «подозрительного» транзистора в устройстве.

В заключение скажем, что биполярный транзистор – одна из основных «железок» в электронике. Хорошо бы научиться узнавать – «живы» эти «железки» или нет. Конечно, я дал вам, уважаемые читатели, очень упрощенную картину.

В действительности, работа биполярного транзистора описывается многими формулами, существуют многие их разновидности, но это сложная наука. Желающим копнуть глубже могу порекомендовать чудесную книгу Хоровица и Хилла «Искусство схемотехники».

До встречи на блоге!

Биполярный переходной транзистор (БЮТ) — работа, типы и применение

Содержание

История

Биполярный переходной транзистор (БЯТ) был изобретен Уильямом Шокли и Джоном Бардином. Хотя первый транзистор был изобретен 70 лет назад, но до сих пор он изменил мир от загадочных больших компьютеров до маленьких смартфонов. Изобретение транзистора изменило представление об электрических схемах на интегральных схем (ИС). В настоящее время использование BJT сокращается, поскольку при разработке цифровых ИС использовалась технология CMOS.

Что такое BJT — биполярный транзистор ?

Биполярный переходной транзистор (BJT) представляет собой двунаправленное устройство, в котором в качестве носителей заряда используются как электронов , так и дырок . В то время как однополярный транзистор т.е. полевой транзистор использует только один тип носителей заряда. BJT — это устройство, управляемое током. Ток течет от эмиттера к коллектору или от коллектора к эмиттеру в зависимости от типа соединения. Этот основной ток контролируется очень малым током на базовой клемме.

Конструкция    

Биполярный переходной транзистор образован комбинацией двух легированных полупроводниковых материалов. Другими словами, BJT образован «сэндвичем» из внешних полупроводниковых материалов. Эти внешние полупроводники представляют собой диоды с PN-переходом. Два диода PN-перехода соединены вместе, образуя трехконтактное устройство, известное как BJT-транзистор . BJT представляет собой трехконтактное устройство с двумя переходами.

После легирования собственного полупроводника трехвалентными или пятивалентными примесями получается полупроводник P-типа или полупроводник N-типа соответственно. Если количество электронов больше, чем количество дырок (положительных носителей), то это известно как полупроводниковый материал N-типа. В то время как в полупроводнике P-типа количество дырок больше, чем количество электронов. Когда материалы P-типа и N-типа соединяются вместе, получается диод с PN-переходом . Транзисторы BJT формируются после соединения двух PN-переходов встречно-параллельно. Эти транзисторы известны как транзисторы с биполярным переходом PNP или NPN в зависимости от того, какой тип P или N зажат.

В основном транзисторы состоят из трех частей и двух переходов. Эти три части называются Излучатель , Коллектор, и База . Между эмиттером и коллектором находится база. Средняя часть (база) образует два перехода с эмиттером и коллектором. Соединение базы с эмиттером известно как 9.0005 Соединение эмиттер-база , в то время как соединение базы с коллектором известно как соединение коллектор-база .

Клеммы BJT

Имеется три клеммы BJT. Эти клеммы известны как коллектор , эмиттер и база . Эти терминалы кратко обсуждаются здесь.

Эмиттер

Эмиттер — это часть на одной стороне транзистора, которая испускает электроны или дырки на две другие части. База всегда имеет обратное смещение по отношению к эмиттеру, так что она может излучать большое количество большинство операторов связи . Это наиболее сильно легированная область BJT. Переход эмиттер-база всегда должен иметь прямое смещение как в транзисторах PNP, так и в транзисторах NPN. Эмиттер поставляет электроны к переходу эмиттер-база в NPN, в то время как он поставляет дырки в тот же переход в PNP-транзисторе.

Коллектор

Часть на противоположной стороне эмиттера, которая собирает испускаемые носители заряда (т.е. электроны или дырки), известна как коллектор . Коллектор сильно легирован, но уровень легирования коллектора находится между уровнем легкого легирования базы и уровнем сильного легирования эмиттера. Переход коллектор-база всегда должен иметь обратное смещение как в транзисторах PNP, так и в транзисторах NPN. Причиной обратного смещения является удаление носителей заряда (электронов или дырок) из перехода коллектор-база. Коллектор транзистора NPN собирает электроны, испускаемые эмиттером. В то время как в транзисторе PNP он собирает дырки, испускаемые эмиттером.

Основание

Основание представляет собой среднюю часть между коллектором и эмиттером и образует между ними два PN перехода. База является наиболее слабо легированной частью биполярного транзистора. Будучи средней частью BJT, он позволяет контролировать поток носителей заряда между эмиттером и коллектором. Переход база-коллектор показывает высокое сопротивление, потому что этот переход имеет обратное смещение.

Тип BJT

Это трехслойное устройство, образованное встречным соединением, имеет определенные названия. Это может быть погода PNP или NPN . Оба соединения здесь кратко не используются.

Конструкция PNP

В биполярном транзисторе PNP полупроводник N-типа зажат между двумя полупроводниками P-типа. Транзисторы PNP могут быть образованы путем соединения катодов двух диодов. Катоды диодов соединены вместе в общей точке, известной как база . В то время как аноды диодов, которые находятся на противоположных сторонах, известны как коллектор и эмиттер .

Переход эмиттер-база имеет прямое смещение, а переход коллектор-база — обратное смещение. Итак, в типе PNP ток течет от эмиттера к коллектору. Эмиттер в этом случае находится под высоким потенциалом как к коллектору, так и к базе.

• По теме: Что такое транзистор PNP? Строительство, работа и применение

Конструкция NPN

Тип NPN полностью противоположен типу PNP. В биполярном транзисторе NPN полупроводник P-типа зажат между двумя полупроводниками N-типа. Когда аноды двух диодов соединены вместе, получается NPN-транзистор. Ток будет течь от коллектора к эмиттеру, потому что клемма коллектора более положительна, чем эмиттер в соединении NPN.

Разница между символами PNP и NPN заключается в стрелке на эмиттере, которая показывает направление протекания тока. Ток будет течь либо от эмиттера к коллектору, либо от коллектора к эмиттеру. Стрелка на транзисторе PNP направлена ​​внутрь, что показывает протекание тока от эмиттера к коллектору. В случае коллектора NPN стрелка направлена ​​наружу, что показывает протекание тока от коллектора к эмиттеру.

Запись по теме: Что такое транзистор NPN? BJT Строительство, работа и применение

Работа BJT

Слово «транзистор» представляет собой комбинацию двух слов: «Trans» (преобразование) и «istor» (варистор). Таким образом, это означает, что транзистор может изменять свое сопротивление. Сопротивление изменяется таким образом, что оно может действовать как изолятор или проводник, прикладывая небольшое сигнальное напряжение. Эта изменяющаяся способность позволяет ему работать как «Усилитель » или как «Переключатель ». Его можно использовать как переключатель или как усилитель одновременно. Следовательно, BJT может работать в трех разных регионах для выполнения указанной операции.

Активная область:

В активной области одно из соединений находится в прямом смещении, а другое — в обратном. Здесь ток базы I _b может использоваться для управления величиной тока коллектора I _c . Следовательно, активная область используется для целей усиления, где BJT действует как усилитель с коэффициентом усиления β с использованием уравнения;

i _c  = β x I _b

Он также известен как линейная область . Эта область находится между областью отсечки и областью насыщения . В этой области происходит нормальная работа BJT.

Область насыщения:

В области насыщения оба соединения BJT находятся в прямом смещении. Эта область используется для включения переключателя, где;

i _c = i _сб

I _sat — это ток насыщения и максимальное значение тока, протекающего между эмиттером и коллектором, когда BJT находится в области насыщения. Поскольку оба перехода находятся в прямом смещении, BJT действует как короткое замыкание.

Область отсечки:

В области отсечки оба перехода BJT находятся в обратном смещении. Здесь BJT работает как выключенное состояние переключателя, где

i _c = 0

Работа в этой области полностью противоположна области насыщения. Внешние источники питания не подключены. Нет тока коллектора и, следовательно, нет тока эмиттера. В этом режиме транзистор работает как выключенное состояние переключателя. Этот режим достигается за счет снижения напряжения базы меньше, чем напряжение эмиттера и коллектора.

В _be < 0,7

• Связанный пост: Тиристорный и кремниевый выпрямитель (SCR) – Применение тиристоров

Принцип работы BJT

BJT имеют два соединения, образованных комбинацией двух встречных соединений PN. Переход база-эмиттер (BE) — это прямое смещение, а переход коллектор-эмиттер (CE) — обратное смещение. На BE-переходе потенциальный барьер уменьшается при прямом смещении. Итак, электрон начинает течь от терминала эмиттера к терминалу базы. Поскольку база представляет собой слегка легированный вывод, поэтому очень небольшое количество электронов от вывода эмиттера объединяется с дырками в выводе базы. Из-за комбинации электронов и дырок от базовой клеммы начнет течь ток, известный как Базовый ток (i _b ) . Ток базы составляет всего 2% от тока эмиттера I _e , в то время как остальные электроны будут течь из коллекторного перехода обратного смещения, известного как Коллекторный ток ( i _c ). Общий ток эмиттера будет представлять собой комбинацию тока базы и тока коллектора, определяемую формулой;

i _e = i _b +i _c

Где i _e приблизительно равно i _c почти 7% от I b 9017 .

     

Конфигурация BJT

BJT — это трехконтактное устройство, поэтому существует три возможных способа подключения BJT в цепи, где одна клемма является общей среди других. Другими словами, одна клемма является общей между входом и выходом. Каждое соединение по-разному реагирует на входной сигнал, как показано в таблице ниже.

Конфигурации	Коэффициент усиления по напряжению	Коэффициент усиления по току	Прирост мощности	Входное сопротивление	Полное выходное сопротивление	Фазовый сдвиг
Общая базовая конфигурация	Высокий	Низкий	Низкий	Низкий	Очень высокая	0 градусов
Конфигурация с общим эмиттером	Средний	Средний	Высокий	Средний	Высокий	180 градусов
Конфигурация с общим коллектором	Низкий	Высокий	Средний	Высокий	Низкий	0 градусов

Конфигурация с общей базой:

В конфигурации с общей базой клемма базы является общей для входного и выходного сигналов. Входной сигнал подается между базой и эмиттерной клеммой, а выходной — между базой и коллекторной клеммой.

Выходной сигнал на стороне коллектора меньше, чем входной сигнал на стороне эмиттера. Значит, его выигрыш меньше 1. Другими словами, он « ослабляет» сигнал.

Он имеет неинвертирующий выход, что означает, что и входной, и выходной сигналы совпадают по фазе . Этот тип конфигурации обычно не используется из-за высокого коэффициента усиления по напряжению.

Благодаря очень высокой частотной характеристике эта конфигурация используется для однокаскадного усилителя. Эти однокаскадные усилители можно использовать в качестве радиочастотного усилителя, микрофонного предусилителя.

Усиления общей базовой конфигурации

Усиление напряжения
Коэффициент усиления по току	I c /i e
Усиление сопротивления	R L /R в

Конфигурация общего эмиттера

Как следует из названия, в общем эмиттере эмиттер является общим между входом и выходом. Вход подается между базой и эмиттером, а выход — между коллектором и эмиттером. Это можно просто распознать, взглянув на схему. Если эмиттер заземлен, а вход и выход взяты соответственно с базы и коллектора.

Эта конфигурация имеет самый высокий ток и прирост мощности среди всех трех конфигураций. Причина в том, что вход находится на переходе прямого смещения, поэтому его входное сопротивление очень низкое . В то время как выход берется из перехода обратного смещения, поэтому его выходное сопротивление очень велико.

Ток эмиттера в этой конфигурации равен сумме токов базы и коллектора. Дан в уравнении как;

I _e = i _c + i _b

Где i _e — ток эмиттера

Эта конфигурация имеет высокий коэффициент усиления по току, равный0 i 170 б . Причиной такого огромного прироста тока является то, что сопротивление нагрузки включено последовательно с коллектором. Из уравнения видно, что незначительное увеличение тока базы приведет к чрезвычайно высокому току на выходе.

Эта конфигурация действует как инвертирующий усилитель, где выходной сигнал полностью противоположен по полярности входному сигналу. Следовательно, он сдвигает выходной сигнал на 180° по отношению к входному сигналу.

Конфигурация с общим коллектором

Конфигурация с общим коллектором, известная как повторитель напряжения или эмиттерный повторитель имеет заземленный коллектор. В конфигурации с общим коллектором клемма коллектора заземляется на источник питания. Таким образом, клемма коллектора является общей как для входа, так и для выхода. Выход берется с клеммы эмиттера с последовательно подключенной нагрузкой, а вход подается напрямую на базовую клемму.

Имеет высокое входное сопротивление и низкое выходное сопротивление. Это позволяет ему работать в качестве согласователя импеданса. Таким образом, эта конфигурация очень полезна для метода согласования импеданса.

Смещение BJT

Процесс установки уровней постоянного напряжения или тока транзистора таким образом, чтобы обеспечить надлежащее усиление подаваемого входного сигнала переменного тока. В дальнейшем смещение — это метод, используемый для предотвращения работы транзистора в режиме отсечки или в режиме насыщения.

Чтобы сохранить выходной сигнал без каких-либо потерь после усиления, необходимо правильное смещение. Работа в установившемся режиме в основном зависит от тока коллектора ( i _c ), ток базы ( i _b ) и напряжение между коллектором и эмиттером ( В _ce ). Если транзистор предназначен для правильной работы в качестве усилителя. Затем эти параметры должны быть выбраны правильно, что известно как смещение транзистора . Целью смещения транзистора является достижение известной рабочей точки покоя или точки добротности для BJT для получения неискаженного выходного сигнала. Q2 , приведенный на приведенном выше графике, не является правильной точкой q и приводит к обрезанию верхней части выходного сигнала.

 

Типы смещения

Без смещения транзистор будет работать как изолятор или проводник. Таким образом, для правильного усиления BJT смещается с помощью различных методов. Несмотря на то, что существует множество различных методов, мы кратко обсудим несколько наиболее распространенных методов.

Фиксированное смещение

Для коллектора и базы используется один источник питания. В конфигурации с фиксированным смещением базовый ток биполярного транзистора остается постоянным независимо от входного постоянного напряжения (V _cc ). Это зависит от выбора резистора таким образом, чтобы Q-точка оставалась фиксированной и, следовательно, известна как конфигурация с фиксированным смещением . Значение резистора смещения можно найти по формуле

(V _cc -V _be ) / I _b .

где В _be = 0,7 В для стандартных транзисторов и

I _b = I _c / β .

Преимущества фиксированного смещения

Обсуждаются некоторые преимущества этой схемы.

• Нет эффекта загрузки: Нет эффекта загрузки. Где эффект нагрузки можно определить как воздействие нагрузки на источник. Используя эту схему для смещения, мы можем избавиться от снижения уровня напряжения источника напряжения.
• Простая схема: Схема очень проста, поскольку требует только одного постоянного резистора RB.
• Простой расчет: Метод расчета очень прост.

Фиксированное смещение с сопротивлением эмиттера

Это модифицированная форма схемы с фиксированным смещением, в которой внешнее сопротивление подключено к клемме эмиттера. Эта схема требует дополнительного резистора для эмиттера, который обеспечивает отрицательную обратную связь.

Напряжение смещения В _ББ -В _БЭ = И _Б Р _Б + И Е

5 06

R _E должен появиться в RE для установки I _E ≈I _c .

Цепь постоянного смещения с эмиттерным сопротивлением

Преимущества фиксированного смещения с эмиттерной конфигурацией

• Без теплового разгона: Недостаток теплового разгона при фиксированном смещении можно преодолеть с помощью фиксированного смещения с конфигурацией сопротивления эмиттера. Тепловой разгон можно определить как увеличение тока коллектора при повышении температуры. Это приводит к саморазрушению, поскольку перегрузка по току вызывает перегрев.
• Проблема с этой конфигурацией заключается в том, что она уменьшает коэффициент усиления BJT-усилителя. Эту проблему можно очень легко решить, обойдя сопротивление эмиттера.

Коллектор к базовому смещению

Резистор базы подключается к клемме коллектора в этом типе смещения. Эта конфигурация стабилизирует рабочую точку и предотвращает тепловой разгон за счет использования отрицательной обратной связи. Эта конфигурация также является улучшенной версией конфигурации с фиксированным смещением. Резистор смещения подключен между коллектором и базой, которые обеспечивают цепь обратной связи. Смещение коллектора к базе — это улучшенный метод по сравнению с методом фиксированного смещения.

Эта конфигурация также известна как Цепь обратной связи со смещением по напряжению . Потому что Rb напрямую появляется на выходе и входе. Другими словами, часть вывода передается на вход. Таким образом, в цепи существует отрицательная обратная связь.

Если есть изменение бета из-за вариации между частями или повышения температуры бета и I _co , то ток коллектора пытается увеличиться дальше, из-за чего падение напряжения на R _c увеличивается. В результате V _ce и I _b уменьшается. Следовательно, конечное значение значения коллектора I _c поддерживается стабильным схемой, которая удерживает фиксированную точку Q.

Эта схема также известна как Цепь смещения обратной связи по напряжению , потому что R _b появляется непосредственно на входе и выходе в этой схеме. увеличение тока коллектора уменьшает ток базы.

Делитель напряжения Делитель смещения или потенциала

Два внешних резистора R 9Для этого типа используются 0170 1 и R ₂ . Напряжение на R ₂ смещает эмиттерный переход в прямом направлении. При правильном подборе R ₁ и R ₂ рабочую точку транзистора можно сделать независимой от Бета. Смещение делителя потенциала является наиболее популярным и используемым методом смещения транзистора. Эмиттерный диод смещен в прямом направлении за счет управления падением напряжения на R ₂ .

Р _б = Р ₁ || р ₂

В цепи смещения делителя напряжения значение R _b равно параллельной комбинации R ₁ и R ₂ .

Цепь смещения делителя напряжения:

Преимущество смещения делителя напряжения

Независимость от бета: Основное преимущество схемы смещения делителя напряжения заключается в том, что транзистор больше не зависит от бета. Причина в том, что напряжения на клеммах транзистора, то есть напряжения коллектора, эмиттера и базы, будут зависеть от внешней цепи. Сопротивление эмиттера R _e обеспечивает стабильность коэффициента усиления, несмотря на колебания бета.

Ограничения BJT

Вот некоторые ограничения биполярного транзистора;

• Громоздкие: BJT являются громоздкими, требуют больше места и, следовательно, очень редко используются в производстве интегральных схем (ИС).
• Низкая частота переключения: время переключения очень низкое, что является еще одной причиной редкого использования в микросхемах По сравнению с полевыми МОП-транзисторами частота очень низкая
• Ток утечки: токов утечки с биполярными транзисторами достаточно, поэтому их нельзя использовать для высоких частот.
• Термическая стабильность BJT:  по сравнению с другими транзисторами термостойкость BJT очень низкая, и это шумное устройство.
• Тепловой разгон: BJT страдает от теплового разгона, что приводит к избыточному выделению тепла. Другими словами, это приводит к саморазрушению. Поскольку выделяемое тепло равно I ² Таким образом, избыточный ток вызовет чрезмерное тепло, которое сожжет BJT.
• Ранний эффект: Ток между эмиттером и коллектором регулируется током базы. Если ширина основания сдвинута к нулю, известному как , , то место соединения коллектора и эмиттера касается друг друга. После этого от эмиттера к коллектору начинает течь огромный ток, который не может контролироваться базовым током. Этот выход из-под контроля известен как ранний эффект и является одним из основных ограничений среди ограничений BJT.

Уязвимость

Радиационное повреждение транзистора, когда транзистор подвергается воздействию ионизирующего излучения. Время жизни неосновных носителей уменьшается после облучения, что приводит к постепенной потере коэффициента усиления транзистора.

Транзистор имеет номинальную мощность и обратное напряжение пробоя , выше которого BJT может не работать. Когда BJT работают за пределами их номинальной мощности или обратного напряжения пробоя, BJT не будет работать должным образом или может быть необратимо поврежден.

В случае обратного смещения переход эмиттер-база вызовет лавинный пробой, который необратимо повредит коэффициент усиления по току биполярного переходного транзистора.

Преимущества BJT

• Широкая полоса усиления: Полоса усиления — это разница между максимальной и минимальной частотой среза. Коэффициент усиления на частоте среза составляет 0,7. При дальнейшем увеличении или уменьшении частоты от максимальной и минимальной частоты среза соответственно коэффициент усиления уменьшается, что невозможно использовать. Таким образом, BJT предлагает широкий диапазон частот, предлагая большее усиление, чем 0,7. Таким образом, BJT имеет огромный прирост пропускной способности.  
• Низкое прямое падение напряжения: BJT имеют 0,6 В прямого падения напряжения, что является очень низким и весьма важным моментом. Этот момент имеет большое значение, поскольку большее прямое напряжение вызовет ненужные потери мощности в соответствии с P=VI . Это означает, что для одного и того же типа нагрузки устройство с большим падением напряжения в прямом направлении приведет к ненужным потерям мощности.
• Пара Дарлингтона: Благодаря низкому выходному импедансу и высокому входному импедансу BJT может обеспечить достойный текущий коэффициент усиления.  
• Долгий срок службы: BJT имеют относительно длительный срок службы. Устройство гноится, потому что ток насыщения увеличивается с течением времени. Хотя для преодоления этой проблемы и дальнейшего увеличения срока службы устройства могут использоваться различные методы смещения.

Похожие сообщения: В чем разница между транзистором и тиристором (SCR)?

Применение BJT

Вот некоторые из применений транзистора с биполярным соединением;

• Преобразователи: BJT могут использоваться в подавляющем большинстве преобразователей. Эти преобразователи могут быть различных типов, таких как инверторы, понижающие преобразователи, повышающие преобразователи или любые DC-DC , DC-AC , AC-DC или AC-AC
.
• Датчики температуры: Определение температуры — одно из других применений BJT. Где это можно найти, вычитая два напряжения на двух разных уровнях в известном отношении
• Высокая управляемость : Высокая управляемость. Для работы с высоким напряжением или током устройства подключаются последовательно и параллельно соответственно. Но всегда учитываются возможности управления отдельными устройствами.
• Работа на высокой частоте: BJT могут работать на очень высокой частоте. Частота BJT для слабого сигнала намного выше, чем его частота переключения, в основном из-за задержки хранения. Время хранения 2N2222 составляет 310 нс, поэтому максимальная частота переключения составляет около 3 МГц.
• Цифровой переключатель : Семейство цифровых логических устройств имеет эмиттерно-связанную логику, используемую в BJT в качестве цифрового переключателя.
• Колебательный контур : Предпочтительны в колебательных контурах.
• Clippers: BJT могут использоваться в схемах клиппинга для изменения формы волн. Его можно использовать как простой диод для отсечки, но проблема с диодом в том, что диод неуправляем.
• Демодулятор и модулятор: BJT могут использоваться в схемах демодуляции и модуляции. BJT до сих пор используют очень старую известную технику модуляции, известную как «9».0005 Амплитудная модуляция ”.
• Цепи обнаружения : BJT могут использоваться в цепях обнаружения. BJT может быть новым типом полупроводникового датчика для измерения дозы ионизирующего излучения.
• Усилители: Одним из наиболее важных применений биполярных транзисторов является усиление, когда они используются в схеме усилителя для усиления слабых сигналов. например, в аудиоусилителях, эти крошечные компоненты усиливают очень низкий аудиосигнал до слышимого диапазона.
• Электронные переключатели: Может использоваться как электронный переключатель. BJTS используются в инверторе для изменения направления постоянного тока и перехода в переменный ток.
• Автоматический выключатель: Может использоваться вместо ручного выключателя в электрической цепи. выходной сигнал датчиков иногда бесполезен в электрических цепях, потому что эти сигналы очень слабы. Однако эти сигналы станут полезными, если они будут управлять биполярными транзисторами. Поскольку BJT работает на низких сигналах. Затем эти переключатели BJT могут работать с большими нагрузками, включая двигатели.

Похожие сообщения:

• Как проверить значения транзисторов PNP и NPN с помощью цифрового мультиметра
• Тиристорно-кремниевый выпрямитель (SCR)
• Выпрямитель — Типы выпрямителей и их работа
• Типы диодов и их применение
• Что такое датчик? Различные типы датчиков с приложениями
• Схема электронного релейного переключателя с использованием каналов NPN, PNP, N и P
• типов компьютерной памяти с их приложениями
• Транзистор, MOSFET и IGFET Обозначения

URL Скопировано

Что означает биполярный или униполярный переход в транзисторе?

спросил 5 лет, 1 месяц назад

Изменено 4 года, 7 месяцев назад

Просмотрено 6к раз

\$\начало группы\$

Я не могу найти определение униполярного и биполярного перехода в транзисторе, например, биполярный транзистор имеет биполярный переход, а МОП-транзистор имеет униполярный переход, что это значит, униполярный и биполярный переход?

• транзисторы
• переход

\$\конечная группа\$

3

\$\начало группы\$

Это не имеет никакого отношения к перекрестку. Терминология связана с носителями заряда, связанными с протеканием тока в устройстве. BJT называется биполярным, потому что ток в BJT течет как за счет электронных, так и за дырочных носителей, тогда как ток в полевом транзисторе (FET) протекает за счет электронных носителей для N-типа FET или дырочных носителей для P-типа FET, поэтому они называются униполярными транзисторами.

\$\конечная группа\$

1

\$\начало группы\$

Нет, вы неправильно читаете. И «биполярный», и «соединение» не «связаны»… Я имею в виду, что соединение не биполярное или однополярное. На самом деле «биполярный» означает, что проводимость тока в устройстве обусловлена ​​как носителями заряда полярности, так и электронами и дырками. В NPN BJT электроны являются основными носителями заряда, а дырки являются неосновными носителями заряда, но дырки по-прежнему играют свою (небольшую) роль в проводимости, поэтому они называются биполярными транзисторами.