Metercontrole van een transistor (BJT)

Bipolaire transistors zijn gemaakt van een drielaagse halfgeleider "sandwich", ofwel PNP of NPN. Als zodanig registreren transistors zich als twee diodes die rug-aan-rug zijn aangesloten wanneer ze worden getest met de "weerstand" of "diodecontrole" -functie van een multimeter, zoals geïllustreerd in de onderstaande afbeelding. Lage weerstandswaarden op de basis met de zwarte negatieve (-) draden komen overeen met een N-type materiaal in de basis van een PNP-transistor. Op het symbool wordt het N-type materiaal "aangewezen" door de pijl van de basis-emitterovergang, die de basis is voor dit voorbeeld. De emitter van het P-type komt overeen met het andere uiteinde van de pijl van de basis-emitterovergang, de emitter. De collector lijkt erg op de emitter en is ook een P-type materiaal van de PN-junctie.

PNP-transistormetercontrole:(a) vooruit BE, B-C, weerstand is laag; (b) omgekeerde BE, B-C, weerstand is ∞.

Hier ga ik uit van het gebruik van een multimeter met slechts een enkele continuïteitsbereik (weerstand) functie om de PN-juncties te controleren. Sommige multimeters zijn uitgerust met twee afzonderlijke functies voor continuïteitscontrole:weerstand en "diodecontrole", elk met zijn eigen doel. Als uw meter een aangewezen "diodecontrole" -functie heeft, gebruikt u die in plaats van het "weerstands" -bereik, en de meter zal de werkelijke voorwaartse spanning van de PN-overgang weergeven en niet alleen of deze wel of niet stroom geleidt.

Meterstanden zijn natuurlijk precies het tegenovergestelde voor een NPN-transistor, met beide PN-overgangen naar de andere kant. Lage weerstandswaarden met de rode (+) draad op de basis zijn de "tegenovergestelde" toestand voor de NPN-transistor.

Als bij deze test een multimeter met een "diodecheck"-functie wordt gebruikt, blijkt dat de emitter-basisovergang een iets grotere voorwaartse spanningsval heeft dan de collector-basisovergang. Dit verschil in voorwaartse spanning is te wijten aan de ongelijkheid in doteringsconcentratie tussen de emitter- en collectorgebieden van de transistor:de emitter is een veel zwaarder gedoteerd stuk halfgeleidermateriaal dan de collector, waardoor de verbinding met de basis een hogere voorwaartse spanning produceert laten vallen.

Dit wetende, wordt het mogelijk om te bepalen welke draad welke is op een ongemarkeerde transistor. Dit is belangrijk omdat transistorverpakkingen helaas niet gestandaardiseerd zijn. Alle bipolaire transistors hebben natuurlijk drie draden, maar de posities van de drie draden op het daadwerkelijke fysieke pakket zijn niet in een universele, gestandaardiseerde volgorde gerangschikt.

Stel dat een technicus een bipolaire transistor vindt en de continuïteit gaat meten met een multimeter die is ingesteld in de modus "diodecontrole". Door te meten tussen aderparen en de waarden te registreren die door de meter worden weergegeven, verkrijgt de technicus de gegevens in onderstaande afbeelding.

• Meter raakt draad 1 (+) en 2 (-):"OL"
• Meter raakt draad 1 (-) en 2 (+):"OL"
• Meter raakt draad 1 (+) en 3 (-):0,655 V
• Meter raakt draad 1 (-) en 3 (+):"OL"
• Meter raakt draad 2 (+) en 3 (-):0,621 V
• Meter raakt draad 2 (-) en 3 (+):"OL"

Onbekende bipolaire transistor. Welke terminals zijn emitter, basis en collector? Ω-meterstanden tussen klemmen.

De enige combinaties van testpunten die geleidende meterstanden geven, zijn draden 1 en 3 (rood meetsnoer op 1 en zwart meetsnoer op 3), en draden 2 en 3 (rood meetsnoer op 2 en zwart meetsnoer op 3). Deze twee metingen moeten geven voorwaartse voorspanning aan van de emitter-naar-basisovergang (0,655 volt) en de collector-naar-basisovergang (0,621 volt).

Nu zoeken we naar de ene draad die gemeenschappelijk is voor beide sets geleidende metingen. Het moet de basisverbinding van de transistor zijn, omdat de basis de enige laag is van het drielaagse apparaat dat gemeenschappelijk is voor beide sets PN-overgangen (emitter-base en collector-base). In dit voorbeeld is die draad nummer 3, wat gemeenschappelijk is voor zowel de 1-3 als de 2-3 testpuntcombinaties. In beide sets meterstanden is de zwarte (-) meter meetsnoer raakte draad 3, wat ons vertelt dat de basis van deze transistor is gemaakt van N-type halfgeleidermateriaal (zwart =negatief). De transistor is dus een PNP met een basis op draad 3, emitter op draad 1 en collector op draad 2 zoals beschreven in onderstaande afbeelding.

• E en C hoog R:1 (+) en 2 (-):"OL"
• C en E hoog R:1 (-) en 2 (+):"OL"
• E en B vooruit:1 (+) en 3 (-):0,655 V
• E en B omgekeerd:1 (-) en 3 (+):"OL"
• C en B vooruit:2 (+) en 3 (-):0,621 V
• C en B omgekeerd:2 (-) en 3 (+):"OL"

BJT-terminals geïdentificeerd door Ω-meter.

Houd er rekening mee dat de basisdraad in dit voorbeeld niet . is de middelste draad van de transistor, zoals je zou verwachten van het drielaagse "sandwich" -model van een bipolaire transistor. Dit is vrij vaak het geval en heeft de neiging om nieuwe studenten elektronica in verwarring te brengen. De enige manier om er zeker van te zijn welke kabel is, is door een metercontrole te doen, of door de documentatie van de fabrikant op het "gegevensblad" te raadplegen over dat specifieke onderdeelnummer van de transistor.

Wetende dat een bipolaire transistor zich gedraagt ​​als twee back-to-back diodes wanneer getest met een geleidbaarheidsmeter, is nuttig voor het identificeren van een onbekende transistor puur door meterstanden. Het is ook nuttig voor een snelle functionele controle van de transistor. Als de technicus de continuïteit zou meten in meer dan twee of minder dan twee van de zes combinaties van meetsnoeren, zou hij of zij onmiddellijk weten dat de transistor defect was (of anders dat het niet was) een bipolaire transistor, maar eerder iets anders - een duidelijke mogelijkheid als er geen onderdeelnummers kunnen worden vermeld voor een zekere identificatie!). Het "twee diodes"-model van de transistor legt echter niet uit hoe of waarom het als een versterkend apparaat fungeert.

Laten we, om dit beter te illustreren, een van de transistorschakelcircuits onderzoeken met behulp van het fysieke diagram in de onderstaande afbeelding in plaats van het schematische symbool om de transistor weer te geven. Op deze manier zijn de twee PN-knooppunten beter te zien.

Een kleine basisstroom die in de voorwaarts voorgespannen basis-emitterovergang vloeit, zorgt voor een grote stroom door de in tegengestelde richting voorgespannen basis-collectorovergang.

Een grijsgekleurde diagonale pijl geeft de richting van de stroom door de emitter-basisovergang aan. Dit deel is logisch omdat de stroom van de P-type basis naar de N-type emitter vloeit:de junctie is duidelijk voorwaarts gericht. De basis-collectorovergang is echter een heel andere zaak. Merk op hoe de grijsgekleurde dikke pijl in de richting van de stroom (naar beneden) wijst van de collector naar de basis. Met de basis van P-type materiaal en de collector van N-type materiaal. De basis en collector bevinden zich in de omgekeerde voorspanning die de stroomstroom tegenwerkt. Een verzadigde transistor vertoont echter heel weinig weerstand tegen stroom, helemaal van collector tot emitter, zoals blijkt uit de verlichting van de lamp!

Het is dus duidelijk dat hier iets aan de hand is dat het eenvoudige "twee-diode" verklarende model van de bipolaire transistor tart. Toen ik voor het eerst leerde over de werking van transistors, probeerde ik mijn eigen transistor te construeren uit twee back-to-back diodes, zoals in het onderstaande figuur.

Een paar back-to-back diodes werken niet als een transistor en de stroom kan niet door de lamp stromen!

In een transistor voorkomt de omgekeerde voorspanning van de basis-collectorovergang collectorstroom wanneer de transistor in de afsnijmodus staat (dat wil zeggen wanneer er geen basisstroom is). Als de basis-emitterovergang voorwaarts wordt voorgespannen door het stuursignaal, wordt de normaal blokkerende werking van de basis-collectorovergang opgeheven en wordt stroom door de collector toegestaan, ondanks het feit dat de stroom de "verkeerde kant op" gaat door die PN knooppunt. Deze actie is afhankelijk van de kwantumfysica van halfgeleiderjuncties en kan alleen plaatsvinden als de twee juncties op de juiste afstand van elkaar staan ​​en de doteringsconcentraties van de drie lagen goed geproportioneerd zijn. Twee in serie geschakelde diodes voldoen niet aan deze criteria; de bovenste diode kan nooit "aangaan" wanneer deze omgekeerd voorgespannen is, ongeacht hoeveel stroom er door de onderste diode in de basisdraadlus gaat. Zie Bipolaire junctietransistoren, hoofdstuk 2 voor meer details.

Dat dopingconcentraties een cruciale rol spelen in de bijzondere eigenschappen van de transistor blijkt verder uit het feit dat collector en emitter niet uitwisselbaar zijn. Als de transistor alleen wordt gezien als twee back-to-back PN-overgangen, of alleen als een gewone NPN- of PNP-sandwich van materialen, kan het lijken alsof beide uiteinden van de transistor als collector of emitter kunnen dienen. Dit is echter niet waar. Indien "achterwaarts" in een circuit aangesloten, zal een basis-collectorstroom de stroom tussen collector en emitter niet regelen. Ondanks het feit dat zowel de emitter- als de collectorlaag van een bipolaire transistor van hetzelfde doping-type zijn (N of P), collector en emitter zijn zeker niet identiek!

De basis-emitterovergang staat stroom toe omdat deze voorwaarts is voorgespannen, terwijl de basis-collectorovergang in tegengestelde richting is voorgespannen. De actie van basisstroom kan worden gezien als "het openen van een poort" voor stroom door de collector. Meer specifiek, elke gegeven hoeveelheid basis-naar-emitterstroom laat een beperkte hoeveelheid toe van basis-naar-collector stroom.

In de volgende sectie zal deze stroombegrenzing van de transistor in meer detail worden onderzocht.

BEOORDELING:

• Getest met een multimeter in de "weerstand" of "diode check" modi, gedraagt ​​een transistor zich als twee back-to-back PN (diode) juncties.
• De emitter-basis PN-overgang heeft een iets grotere voorwaartse spanningsval dan de collector-basis PN-overgang, vanwege de zwaardere dotering van de emitter-halfgeleiderlaag.
• De omgekeerde basis-collectorovergang blokkeert normaal gesproken elke stroom die door de transistor tussen emitter en collector gaat. Die junctie begint echter te geleiden als de stroom door de basisdraad wordt getrokken. Basisstroom kan worden gezien als "het openen van een poort" voor een bepaalde, beperkte hoeveelheid stroom door de collector.

GERELATEERD WERKBLAD:

• Werkblad Bipolaire Junction Transistor (BJT) Theorie