Inleiding tot bipolaire junctietransistoren (BJT)

De uitvinding van de bipolaire transistor in 1948 luidde een revolutie in de elektronica in. Technische hoogstandjes die voorheen relatief grote, mechanisch fragiele, energieverslindende vacuümbuizen vereisten, waren plotseling haalbaar met kleine, mechanisch robuuste, energiebesparende stipjes kristallijn silicium. Deze revolutie maakte het ontwerp en de fabricage mogelijk van lichtgewicht, goedkope elektronische apparaten die we nu als vanzelfsprekend beschouwen. Begrijpen hoe transistors werken is van het grootste belang voor iedereen die geïnteresseerd is in het begrijpen van moderne elektronica.

De functie en toepassingen voor bipolaire junctietransistoren

Mijn bedoeling hier is om me zo exclusief mogelijk te concentreren op de praktische functie en toepassing van bipolaire transistors, in plaats van de kwantumwereld van de halfgeleidertheorie te verkennen. Discussies over gaten en elektronen kunnen naar mijn mening beter aan een ander hoofdstuk worden overgelaten. Hier wil ik onderzoeken hoe ik gebruik deze componenten, analyseren niet hun intieme interne details. Ik wil niet het belang van het begrijpen van de halfgeleiderfysica bagatelliseren, maar soms doet een intense focus op vastestoffysica afbreuk aan het begrijpen van de functies van deze apparaten op componentniveau. Bij deze benadering ga ik er echter van uit dat de lezer een bepaalde minimale kennis van halfgeleiders bezit:het verschil tussen "P" en "N" gedoteerde halfgeleiders, de functionele kenmerken van een PN (diode) junctie en de betekenis van de termen "omgekeerd bevooroordeeld" en "voorwaarts bevooroordeeld." Als deze concepten je niet duidelijk zijn, kun je het beste de eerdere hoofdstukken in dit boek raadplegen voordat je verder gaat met dit hoofdstuk.

BJT-lagen

Een bipolaire transistor bestaat uit een drielaagse "sandwich" van gedoteerde (extrinsieke) halfgeleidermaterialen, (a en c) ofwel P-N-P of N-P-N (b en c). Elke laag die de transistor vormt, heeft een specifieke naam en elke laag is voorzien van een draadcontact voor verbinding met een circuit. De schematische symbolen zijn weergegeven in de figuren (a) en (c).

BJT-transistor:(a) PNP schematisch symbool, (b) lay-out (c) NPN schematisch symbool, (d) lay-out.

Het functionele verschil tussen een PNP-transistor en een NPN-transistor is de juiste voorspanning (polariteit) van de knooppunten tijdens bedrijf.

Bipolaire transistors werken als stroomgestuurde stroomregelaars . Met andere woorden, transistors beperken de hoeveelheid stroom die wordt doorgegeven volgens een kleinere, controlerende stroom. De hoofdstroom die wordt geregeld gaat van collector naar emitter, of van emitter naar collector, afhankelijk van het type transistor dat het is (respectievelijk NPN of PNP). De kleine stroom die stuurt de hoofdstroom gaat van basis naar emitter, of van emitter naar basis, wederom afhankelijk van het soort transistor dat het is (respectievelijk NPN of PNP). Volgens de normen van de halfgeleidersymboliek wijst de pijl altijd in de richting van de stroom.

De richting van de kleine, controlerende stroom en de grote gecontroleerde stroom voor (a) een PNP en (b) een NPN-transistor.

Bipolaire transistoren bevatten twee soorten halfgeleidermateriaal

Bipolaire transistors worden bi . genoemd polair omdat de hoofdstroom erdoorheen plaatsvindt in twee soorten halfgeleidermateriaal:P en N, aangezien de hoofdstroom van emitter naar collector gaat (of omgekeerd). Met andere woorden, twee soorten ladingsdragers - elektronen en gaten - omvatten deze hoofdstroom door de transistor.

Zoals je kunt zien, is de controlerende stroom en de gecontroleerde stroom gaat altijd samen door de emitterdraad en hun stromen vloeien in de richting van de pijl van de transistor. Dit is de eerste en belangrijkste regel bij het gebruik van transistors:alle stromen moeten in de juiste richting gaan om het apparaat als stroomregelaar te laten werken. De kleine, controlerende stroom wordt meestal eenvoudigweg de basisstroom genoemd omdat het de enige stroom is die door de basisdraad van de transistor gaat. Omgekeerd wordt de grote, gecontroleerde stroom de collectorstroom genoemd omdat het de enige stroom is die door de collectordraad gaat. De emitterstroom is de som van de basis- en collectorstromen, in overeenstemming met de huidige wet van Kirchhoff.

Geen stroom door de basis van de transistor schakelt de transistor uit als een open schakelaar en voorkomt stroom door de collector. Een basisstroom zet de transistor aan als een gesloten schakelaar en laat een evenredige hoeveelheid stroom door de collector. Collectorstroom wordt voornamelijk beperkt door de basisstroom, ongeacht de hoeveelheid beschikbare spanning om deze te duwen. In de volgende sectie wordt het gebruik van bipolaire transistors als schakelelementen in meer detail onderzocht.

BEOORDELING:

• Bipolaire transistors worden zo genoemd omdat de gecontroleerde stroom door twee moet gaan soorten halfgeleidermateriaal:P en N. De stroom bestaat uit zowel elektronen- als gatenstroom, in verschillende delen van de transistor.
• Bipolaire transistors bestaan ​​uit ofwel een P-N-P of een N-P-N halfgeleider "sandwich"-structuur.
• De drie draden van een bipolaire transistor heten de emitter , Basis , en Verzameler .
• Transistors functioneren als stroomregelaars door een kleine stroom toe te staan ​​controle een grotere stroom. De hoeveelheid toegestane stroom tussen collector en emitter wordt voornamelijk bepaald door de hoeveelheid stroom die tussen basis en emitter beweegt.
• Om een ​​transistor goed te laten functioneren als stroomregelaar, moeten de sturende (basis)stroom en de gestuurde (collector)stromen in de juiste richting gaan:additief ingrijpen bij de emitter en in de richting van de emitter gaan pijlsymbool.

GERELATEERD WERKBLAD:

• Werkblad Bipolaire Junction Transistor (BJT) Theorie