Bipolar Junction Transistor (BJT) - Konstruksiyon, at Mga Detalye ng Pagpapatakbo

Ang isang bipolar transistor o isang BJT ay isang 3 terminal semiconductor aparato na kung saan ay magagawang upang palakasin o lumipat maliit na signal input voltages at alon sa makabuluhang mas malaki output voltages signal at alon.

Paano Nag-evolve ang Bipolar Junction Transistor BJTs

Noong 1904-1947, ang vacuum tube ay walang alinlangan na elektronikong aparato ng labis na pag-usisa at paglaki. Noong 1904, ang vacuum-tube diode ay inilunsad ni J. A. Fleming. Hindi nagtagal pagkatapos, noong 1906, pinahusay ng Lee De Forest ang aparato sa isang pangatlong tampok, na kilala bilang control grid, na gumagawa ng unang amplifier, at pinangalanan bilang triode.

Sa kasunod na mga dekada, ang radyo at telebisyon ay nagdulot ng malaking inspirasyon sa negosyo sa tubo. Ang pagmamanupaktura ay umakyat mula sa humigit-kumulang na 1 milyong mga tubo noong 1922 hanggang sa halos 100 milyon noong 1937. Sa simula ng 1930s ang 4 na elemento ng tetrode at 5 elemento na pentode ang nakakuha ng katanyagan sa negosyong electron-tube.

Sa mga susunod na taon, ang sektor ng pagmamanupaktura ay nagbago sa isa sa pinakamahalagang sektor, at ang mabilis na mga pagpapabuti ay nilikha para sa mga modelong ito, sa mga pamamaraan ng paggawa, sa mga application na may mataas na lakas at mataas na dalas, at sa direksyon ng miniaturization.

Gayunman, noong Disyembre 23, 1947, nasaksihan ng industriya ng electronics ang pagdating ng isang ganap na bagong direksyong 'direksyon ng interes' at pagpapabuti. Ito ay naka-mid-day na sina Walter H. Brattain at John Bardeen ay nagpakita at napatunayan ang nagpapalakas na pagpapaandar ng pinakaunang transistor sa Bell Telephone Laboratories.

Ang pinakaunang transistor (na nasa anyo ng isang point-contact transistor) ay ipinakita sa Larawan 3.1.

Kagandahang-loob ng Larawan: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Replica-of-first-transistor.jpg

Ang mga positibong aspeto ng 3 pin solid-state unit na ito na kaiba sa tubo ay agad na kapansin-pansin: Ito ay naging mas maliit, maaaring gumana nang walang isang 'heater' o mga pagkawala ng pag-init, hindi masira at malakas, ay mas mahusay sa mga tuntunin ng ang paggamit ng kuryente, maaaring maiimbak at mai-access nang madali, hindi nangangailangan ng anumang paunang pagsisimula ng pag-init, at gumana ito sa mas mababang mga boltahe ng operating.

TRANSISTOR CONSTRUCTION

Ang transistor ay karaniwang isang aparato na itinayo na may 3 layer ng semiconductor na materyal na kung saan alinman sa 2 n- type at isang solong p-type na layer ng materyal ang ginamit o 2 p- type at isang solong n-type na layer ng materyal ang ginamit. Ang unang uri ay tinatawag na isang NPN transistor, habang ang pangalawang variant ay pinangalanan bilang uri ng transistor ng PNP.

Ang parehong mga uri ay maaaring mailarawan sa pigura 3.2 na may naaangkop na DC biasing.

Natutunan na natin kung paano sa Bias ng BJTs DC naging mahalaga para sa pagtataguyod ng kinakailangang rehiyon ng pagpapatakbo at para sa pagpapalakas ng AC. Para sa mga ito ang layer ng emitter na bahagi ay na-doped nang mas makabuluhang kumpara sa base side na kung saan ay hindi gaanong malaki ang pagka-doped.

Ang panlabas na mga layer ay nilikha na may mga layer na mas malaki sa kapal kung ihahambing sa mga p- o n- type na mga sandwich na materyales. Sa Larawan 3.2 sa itaas, mahahanap natin na para sa ganitong uri ang proporsyon ng kabuuang lapad sa paghahambing sa gitnang layer ay nasa paligid ng 0.150 / 0.001: 150: 1. Ang pag-doping na ipinatupad sa sandwiched layer ay mas mababa din kaysa sa mga labas na layer na karaniwang saklaw sa 10: 1 o kahit na mas kaunti.

Ang ganitong uri ng pinababang antas ng doping ay nagpapababa ng kapasidad ng pagpapadaloy ng materyal at pinapataas ang resistive nature sa pamamagitan ng paghihigpit sa dami ng libreng paglipat ng mga electron o ang mga 'malayang' carrier.

Sa diagram ng biasing maaari din nating makita na ang mga terminal ng aparato ay ipinapakita gamit ang malalaking titik E para sa emitter, C para sa kolektor at B para sa batayan, sa hinaharap na talakayan ipapaliwanag ko kung bakit ibinibigay ang kahalagahan na ito sa mga terminal na ito.

Gayundin, ang term na BJT ay ginagamit para sa pagpapaikli ng bipolar transistor at itinalaga sa 3 mga aparatong pang-terminal. Ang pariralang 'bipolar' ay nagpapahiwatig ng kaugnayan ng mga butas at electron na kasangkot sa panahon ng proseso ng pag-doping patungkol sa isang salungat na polarized na sangkap.

TRANSISTOR OPERATION

Maunawaan natin ngayon ang pangunahing pagtatrabaho ng isang BJT sa tulong ng isang bersyon ng PNP ng Larawan 3.2. Ang prinsipyo ng pagpapatakbo ng isang katapat na NPN ay eksaktong kapareho kung ang pakikilahok ng mga electron at mga butas ay palitan lamang.

Tulad ng makikita sa Larawan 3.3, ang PNP transistor ay muling binago, na tinanggal ang base sa biasing ng kolektor. Maaari nating maisip kung paano ang hitsura ng rehiyon ng pag-ubos ay makitid sa lapad dahil sa sapilitan na bias, na sanhi ng isang napakalaking daloy ng karamihan sa mga tagadala sa buong p- sa mga hindi uri ng materyales.

Kung sakaling ang base-to-emitter bias ng pnp transistor ay tinanggal tulad ng ipinakita sa Fig 3.4, ang daloy ng karamihan sa mga carrier ay nagiging zero, na pinapayagan ang daloy ng mga carrier ng minority lamang.

Sa madaling sabi maiintindihan natin iyon, sa isang kiling na sitwasyon ang isang p-n junction ng isang BJT ay nagiging bias bias habang ang iba pang kantong ay pasulong.

Sa Larawan 3.5 maaari nating makita ang parehong mga biasing voltages na inilalapat sa isang pnp transistor, na sanhi ng ipinahiwatig na pagdaloy ng karamihan at minority-carrier. Dito, mula sa mga lapad ng mga rehiyon ng pagkaubos maaari naming malinaw na mailarawan kung aling kantong ang nagtatrabaho sa isang kundisyon na pasulong at alin sa baligtad.

Tulad ng ipinakita sa pigura ng isang malaking dami ng mga nakakaraming carrier ay natapos na kalat sa p-n na junction na pasulong sa pasok sa n-uri na materyal. Nag-aangat ito ng isang katanungan sa aming mga isipan, maaari bang may mahalagang papel ang mga tagapagdala na ito upang itaguyod ang batayang kasalukuyang IB o paganahin itong dumaloy nang direkta sa p-uri na materyal?

Isinasaalang-alang na ang nilalaman ng n-uri ng sandwich na hindi kapani-paniwalang manipis at nagtataglay ng kaunting pag-uugali, isang kakaibang ilan sa mga carrier na ito ang dadalhin sa partikular na ruta ng mataas na paglaban sa base terminal.

Ang antas ng kasalukuyang batayan ay karaniwang sa paligid ng microamperes kaysa sa milliamperes para sa mga alon ng emitter at kolektor.

Ang mas malaking saklaw ng mga karamihan sa mga carrier na ito ay magkakalat sa kahabaan ng reverse-bias bias sa p uri ng materyal na nakakabit sa terminal ng kolektor tulad ng itinuro sa Larawan 3.5.

Ang tunay na sanhi sa likurang kadalian na ito kung saan pinapayagan ang karamihan sa mga carrier na makatawid sa reverse-bias prunction ay mabilis na napagtanto ng halimbawa ng isang reverse bias na diode kung saan ang sapilitan na karamihan sa mga carrier ay nagiging mga carrier ng minorya sa materyal na hindi n.

Upang mailagay ito nang magkakaiba, nakakahanap kami ng isang pagpapakilala ng mga carrier ng minorya sa materyal na pang-n na uri ng rehiyon. Sa kaalamang ito at kasama ang katotohanang para sa mga diode ang lahat ng mga carrier ng minorya sa rehiyon ng pag-ubos ay tumawid sa reverse-bias bias, nagreresulta sa daloy ng mga electron, tulad ng ipinahiwatig sa Larawan 3.5.

Ipagpalagay na ang transistor sa Fig.3.5 ay maging isang solong node, maaari nating mailapat ang kasalukuyang batas ni Kirchhoff upang makuha ang sumusunod na equation:

Na nagpapakita kung saan ang kasalukuyang emitter ay katumbas ng kabuuan ng base at kasalukuyang kolektor.

Gayunpaman, ang kasalukuyang kolektor ay binubuo ng isang pares ng mga elemento, na kung saan ay ang karamihan at ang mga carrier ng minorya na napatunayan sa Fig.3.5.

Ang elemento ng minority-kasalukuyang carrier dito ay bumubuo ng kasalukuyang tagas, at sinasagisag bilang ICO (kasalukuyang IC na may bukas na emitter terminal).

Dahil dito, ang kasalukuyang kolektor ng net ay itinatag na ibinigay sa sumusunod na equation 3.2:

Ang kasalukuyang IC ng kolektor ay sinusukat sa mA para sa lahat ng mga pangkalahatang layunin na transistor, habang ang ICO ay kinakalkula sa uA o nA.

Ang ICO ay kumikilos tulad ng isang reverse biased diode at samakatuwid ay maaaring maging mahina laban sa mga pagbabago sa temperatura, at samakatuwid ay dapat na naaalagaan habang sinusubukan, lalo na sa mga circuit na idinisenyo upang gumana sa malawak na magkakaibang mga sitwasyon sa saklaw ng temperatura, o kung hindi, ang resulta ay maaaring maging napakalaki apektado dahil sa factor ng temperatura.

Sinabi nito, dahil sa maraming mga advanced na pagpapahusay sa layout ng konstruksyon ng mga modernong transistor, ang ICO ay makabuluhang nabawasan at maaaring ganap na balewalain para sa lahat ng mga BJT ngayon.

Sa susunod na kabanata malalaman natin kung paano i-configure ang BJTs sa karaniwang base mode.

Mga Sanggunian: https://en.wikipedia.org/wiki/John_Bardeen