Bipolar Junction Transistor (BJT) - Butiran Pembinaan, dan Operasi

Cuba Instrumen Kami Untuk Menghapuskan Masalah





Transistor bipolar atau BJT adalah peranti semikonduktor terminal 3 yang dapat menguatkan atau menukar voltan dan arus input isyarat kecil kepada voltan dan arus output yang jauh lebih besar.

Bagaimana BJT Transistor Persimpangan Bipolar Berkembang

Pada tahun 1904-1947, tiub vakum tidak diragukan lagi merupakan alat elektronik yang penuh rasa ingin tahu dan pertumbuhan. Pada tahun 1904, diod tiub vakum dilancarkan oleh J. A. Fleming. Tidak lama kemudian, pada tahun 1906, Lee De Forest meningkatkan peranti dengan fitur ketiga, yang dikenali sebagai grid kawalan, menghasilkan penguat pertama, dan dinamakan sebagai triode.



Pada dekad-dekad berikutnya, radio dan televisyen mendorong inspirasi besar terhadap perniagaan tabung. Pembuatan meningkat dari sekitar 1 juta tiub pada tahun 1922 menjadi sekitar 100 juta pada tahun 1937. Pada awal tahun 1930-an 4 elemen tetrode dan 5 elemen pentode mendapat populariti dalam perniagaan tiub elektron.

Pada tahun-tahun berikutnya, sektor pembuatan berkembang menjadi salah satu sektor yang paling penting, dan peningkatan pesat dibuat untuk model-model ini, dalam kaedah pengeluaran, dalam aplikasi daya tinggi dan frekuensi tinggi, dan ke arah miniaturisasi.



Pencipta bersama transistor pertama di Bell Laboratories: Dr. William Shockley (duduk) Dr. John Bardeen (kiri) Dr. Walter H. Brattain. (Dengan hormat dari Arkib AT&T.)

Namun, pada 23 Disember 1947, industri elektronik akan menyaksikan kedatangan 'arah minat' dan peningkatan yang sama sekali baru. Ternyata pada tengah hari Walter H. Brattain dan John Bardeen mempamerkan dan membuktikan fungsi penguat transistor pertama di Bell Telephone Laboratories.

Transistor pertama (yang berbentuk transistor kontak titik) ditunjukkan dalam Rajah 3.1.

gambar transistor pertama

Gambar Kesopanan: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Replica-of-first-transistor.jpg

Aspek positif dari unit pepejal 3 pin ini berbeza dengan tiub dapat dilihat dengan serta-merta: Ternyata jauh lebih kecil, boleh berfungsi tanpa 'pemanas' atau kehilangan pemanasan, tidak dapat dipecahkan dan kuat, lebih efisien dari segi penggunaan kuasa, dapat disimpan dan diakses dengan mudah, tidak memerlukan permulaan pemanasan awal, dan ia berfungsi pada voltan operasi yang jauh lebih rendah.

Vcc dan Vee dalam pangkalan pangkalan dan npn BJT

PEMBINAAN TRANSISTOR

Transistor pada asasnya adalah peranti yang dibina dengan 3 lapisan bahan semikonduktor di mana sama ada jenis bahan 2-jenis dan lapisan jenis p-tunggal digunakan atau jenis p-2 dan lapisan bahan jenis-n tunggal digunakan. Jenis pertama disebut transistor NPN, sementara varian kedua dinamakan sebagai transistor jenis PNP.

Kedua-dua jenis ini dapat dilihat pada gambar 3.2 dengan bias DC yang sesuai.

Kami telah mengetahui bagaimana cara masuk Bias DC BJT menjadi mustahak untuk mewujudkan wilayah operasi yang diperlukan dan untuk penguatan AC. Untuk ini lapisan sisi pemancar didoping dengan lebih ketara berbanding dengan sisi dasar yang didoping kurang ketara.

Lapisan luar dibuat dengan lapisan ketebalan yang jauh lebih besar berbanding dengan bahan sandwic jenis p- atau n-. Dalam Rajah 3.2 di atas, kita dapati bahawa untuk jenis ini, bahagian lebar keseluruhan dibandingkan dengan lapisan tengah adalah sekitar 0.150 / 0.001: 150: 1. Doping yang dilaksanakan di atas lapisan sandwich juga relatif lebih rendah daripada lapisan luar yang biasanya berkisar antara 10: 1 atau bahkan lebih rendah.

Tahap doping yang dikurangkan ini menurunkan kapasiti pengaliran bahan dan meningkatkan daya tahan dengan menyekat kuantiti elektron bergerak bebas atau pembawa 'bebas'.

Dalam rajah biasing kita juga dapat melihat bahawa terminal peranti ditunjukkan menggunakan huruf besar E untuk pemancar, C untuk pemungut dan B untuk pangkalan, dalam perbincangan masa depan kita akan menjelaskan mengapa kepentingan ini diberikan kepada terminal ini.

Juga, istilah BJT digunakan untuk menyingkat transistor bipolar dan ditentukan untuk 3 peranti terminal ini. Frasa 'bipolar' menunjukkan perkaitan lubang dan elektron yang terlibat semasa proses doping berkenaan dengan bahan yang terpolarisasi.

OPERASI TRANSISTOR

Sekarang mari kita fahami asas kerja BJT dengan bantuan versi PNP pada Rajah 3.2. Prinsip operasi rakan NPN akan sama persis jika penyertaan elektron dan lubang hanya ditukar.

Seperti yang dapat dilihat pada Gambar 3.3, transistor PNP telah digambar semula, menghilangkan dasar ke bias pengumpul. Kita dapat memvisualisasikan bagaimana wilayah penipisan kelihatan semakin sempit kerana bias yang disebabkan, yang menyebabkan aliran besar syarikat penerbangan majoriti merentasi p- hingga bahan jenis-n.

kerja asas BJT, pembawa majoriti aliran, dan wilayah penipisan

Sekiranya bias base-to-emitter dari transistor pnp dikeluarkan seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.4, aliran pembawa majoriti menjadi sifar, yang memungkinkan aliran hanya pembawa minoriti.

Secara ringkas kita dapat memahami bahawa, dalam keadaan berat sebelah satu persimpangan p-n BJT menjadi bias terbalik manakala persimpangan yang lain adalah bias ke hadapan.

Dalam Gambar 3.5 kita dapat melihat kedua tegangan bias diterapkan pada transistor pnp, yang menyebabkan aliran pembawa majoriti dan minoriti yang ditunjukkan. Di sini, dari lebar kawasan penipisan kita dapat melihat dengan jelas persimpangan mana yang berfungsi dengan keadaan bias ke depan dan yang berada di bias terbalik.

Seperti yang ditunjukkan dalam gambar, sebilangan besar pembawa majoriti akhirnya tersebar di persimpangan p-n yang berpihak ke hadapan ke dalam bahan jenis-n. Ini menimbulkan persoalan di benak kita, mungkinkah pembawa ini memainkan peranan penting untuk mempromosikan IB arus asas atau membolehkannya mengalir terus ke bahan jenis-p?

Memandangkan bahawa kandungan n-jenis sandwich sangat tipis dan mempunyai kekonduksian minimum, sangat sedikit pembawa ini akan mengambil jalan rintangan tinggi ini di terminal pangkalan.

Tahap arus asas biasanya berada di sekitar mikroamper dan bukannya miliamper untuk arus pemancar dan pemungut.

Julat pembawa majoriti yang lebih besar ini akan meresap di sepanjang persimpangan bias terbalik ke dalam bahan jenis p yang dilekatkan pada terminal pengumpul seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.5.

Sebab sebenar di sebalik kemudahan relatif ini yang membolehkan pembawa majoriti melintasi persimpangan bias terbalik dengan cepat disedari oleh contoh diod bias terbalik di mana pembawa majoriti yang disebabkan muncul sebagai pembawa minoriti dalam bahan jenis-n.

Untuk meletakkannya secara berbeza, kita dapati pengenalan minoriti pembawa ke dalam bahan wilayah jenis-n. Dengan pengetahuan ini dan bersama dengan fakta bahawa untuk dioda semua pembawa minoritas di wilayah penipisan menyeberangi simpang bias terbalik, menghasilkan aliran elektron, seperti yang ditunjukkan pada Gambar 3.5.

aliran pembawa majoriti dan minoriti dalam transistor pnp

Dengan mengandaikan transistor dalam Gambar.3.5 sebagai simpul tunggal, kita dapat menerapkan undang-undang Kirchhoff semasa untuk mendapatkan persamaan berikut:

Yang menunjukkan bahawa arus pemancar sama dengan jumlah arus asas dan pengumpul.

Walau bagaimanapun, arus pemungut terdiri daripada beberapa elemen, iaitu pembawa majoriti dan minoriti seperti yang dibuktikan dalam Rajah.3.5.

Elemen pembawa arus minoriti di sini merupakan arus kebocoran, dan dilambangkan sebagai ICO (IC semasa mempunyai terminal pemancar terbuka).

Akibatnya, arus pemungut bersih ditetapkan seperti yang diberikan dalam persamaan 3.2 berikut:

IC arus pemungut diukur dalam mA untuk semua transistor tujuan umum, sementara ICO dikira dalam uA atau nA.

ICO akan bersikap seperti diod bias terbalik dan oleh itu mungkin terdedah kepada perubahan suhu, dan oleh itu mesti dijaga dengan sewajarnya semasa melakukan ujian, terutama pada litar yang dirancang untuk berfungsi dalam pelbagai senario julat suhu, atau jika tidak, hasilnya dapat sangat terjejas kerana faktor suhu.

Oleh kerana itu, kerana banyak peningkatan lanjutan dalam susun atur pembinaan transistor moden, ICO dikurangkan dengan ketara dan dapat diabaikan sepenuhnya untuk semua BJT hari ini.

Pada bab seterusnya kita akan belajar bagaimana mengkonfigurasi BJT dalam mod asas biasa.

Rujukan: https://en.wikipedia.org/wiki/John_Bardeen




Sebelumnya: Bias Voltan-Pembahagi dalam Litar BJT - Lebih Kestabilan tanpa Faktor beta Seterusnya: Memahami Konfigurasi Pangkalan Biasa dalam BJT