Что такое bjt транзистор

Для чего нужны биполярные транзисторы? Его устройство и принцип работы.

Биполярный транзистор (Bipolar Junction Transistor, BJT) — это полупроводниковое электронное устройство, используемое в электронных схемах в качестве усилителя сигналов или в качестве переключателя. Он состоит из трех слоев полупроводниковых материалов, обычно кремния (Si) или германия (Ge), соединенных вместе.

Устройство

Конструкция биполярного транзистора состоит из трех слоев полупроводникового материала, каждый из которых имеет определенный тип примесей. Эти слои называются коллектор, база и эмиттер.

Коллектор — это слой, который является большим и имеет меньшую концентрацию носителей заряда, чем база. Он играет роль коллектора электронов или дырок, в зависимости от типа транзистора. Коллектор обычно имеет положительную полярность (p-type) при PNP транзисторах или отрицательную полярность (n-type) при NPN транзисторах.

База — это средний слой, который находится между коллектором и эмиттером. Он имеет большую концентрацию примесей, чем коллектор, и меньшую, чем эмиттер. База играет роль регулятора тока в транзисторе. Она также имеет обратную полярность по сравнению с коллектором.

Эмиттер — это слой, который имеет самую большую концентрацию примесей среди всех трех слоев. Он играет роль источника электронов или дырок, в зависимости от типа транзистора. Эмиттер обычно имеет противоположную полярность по сравнению с коллектором.

Ток управления транзистора — это ток, который подается на базу транзистора для управления током, протекающим через коллектор и эмиттер. При подаче положительного напряжения на базу PNP транзистора или отрицательного напряжения на базу NPN транзистора, база становится более проводимой, что приводит к увеличению тока коллектора. Ток коллектора увеличивается в зависимости от коэффициента усиления транзистора (β), который определяет отношение тока коллектора к току управления.

Типы подключения биполярного транзистора

Существует несколько способов подключения биполярного транзистора, которые мы рассмотрим ниже.

1. Подключение эмиттерного повторителя (common emitter connection). В этом подключении эмиттер транзистора подключен к общей точке (например, к земле), база подключена к источнику управляющего сигнала, а коллектор — к нагрузке. Такое подключение позволяет получить высокое усиление сигнала.
2. Подключение базового повторителя (common base connection). В этом подключении база транзистора подключена к общей точке, коллектор — к нагрузке, а эмиттер — к источнику управляющего сигнала. Такое подключение обеспечивает высокую входную импеданс транзистора и низкую выходную импеданс.
3. Подключение коллекторного повторителя (common collector connection). В этом подключении коллектор транзистора подключен к общей точке, база — к источнику управляющего сигнала, а эмиттер — к нагрузке. Такое подключение обеспечивает высокую входную и выходную импедансы.
4. Другие подключения. Кроме того, существуют и другие способы подключения биполярных транзисторов, такие как комплементарное симметричное подключение (complementary symmetry connection) и полностью дифференциальное подключение (fully differential connection), которые применяются в специфических цепях усиления.

Схема подключения

Схема подключения биполярных транзисторов зависит от конкретной задачи, которую нужно решить. Однако, в общем случае, биполярный транзистор может быть подключен в одном из трех основных режимов работы: эмиттерный (Emitter), базисный (Base) и коллекторный (Collector).

Эмиттерный режим

В эмиттерном режиме, эмиттер транзистора подключается к общей точке, базовый контакт подключается к источнику управляющего сигнала, а коллекторный контакт подключается к нагрузке. Этот режим чаще всего используется для усилителей и коммутаторов.

Базовый режим

В базовом режиме, базовый контакт подключается к источнику управляющего сигнала, а эмиттерный и коллекторный контакты подключаются к нагрузке. Этот режим чаще всего используется для создания логических элементов, таких как триггеры и инверторы.

Коллекторный режим

В коллекторном режиме, коллекторный контакт подключается к общей точке, базовый контакт подключается к источнику управляющего сигнала, а эмиттерный контакт подключается к нагрузке. Этот режим чаще всего используется для создания стабилизаторов напряжения и токов.

Важно отметить, что в каждом из этих режимов подключения существуют различные вариации, которые позволяют использовать биполярные транзисторы для решения конкретных задач в электронике.

Преимущества и недостатки

Биполярные транзисторы являются одними из наиболее распространенных типов транзисторов, используемых в электронике. Вот некоторые из их преимуществ и недостатков.

Преимущества

1. Биполярные транзисторы имеют большую скорость коммутации, что означает, что они могут быстро включаться и выключаться, что делает их хорошим выбором для быстродействующих устройств.
2. Они имеют высокий коэффициент усиления, что означает, что малая входная мощность может быть усилена до более высокой выходной мощности.
3. Они имеют относительно низкое входное сопротивление, что означает, что они могут легко управляться низкой входной мощностью.
4. Они могут работать в широком диапазоне температур и напряжений.

Недостатки

1. Биполярные транзисторы имеют высокое потребление энергии, что может приводить к нагреву их при работе с большими мощностями.
2. Они могут иметь большие размеры по сравнению с другими типами транзисторов, что делает их менее подходящими для некоторых приложений.
3. Они могут быть менее надежными, чем некоторые другие типы транзисторов, из-за возможности разрушения диэлектрической структуры в материалах при высоких напряжениях и токе.
4. Биполярные транзисторы могут быть чувствительны к воздействию окружающей среды, что может привести к снижению их эффективности в некоторых условиях.

Сфера применения

Биполярные транзисторы широко применяются в электронике для усиления и коммутации сигналов. Вот некоторые из областей их применения:

1. Телекоммуникации: Биполярные транзисторы используются в усилителях радиосигналов, передатчиках, приемниках и других устройствах связи.
2. Энергетика: Биполярные транзисторы используются в источниках питания, инверторах и других устройствах управления электроэнергией.
3. Автомобильная промышленность: Биполярные транзисторы используются в устройствах зажигания и управления двигателем.
4. Промышленность: Биполярные транзисторы могут использоваться для управления двигателями, освещением и другими устройствами в производственной сфере.
5. Медицинская техника: Биполярные транзисторы используются в медицинской технике для управления двигателями в медицинских приборах и аппаратах.
6. Компьютеры: Биполярные транзисторы используются в компьютерах для усиления и коммутации сигналов, а также в других устройствах, связанных с компьютерной техникой.
7. Электроника потребительских товаров: Биполярные транзисторы могут использоваться в устройствах бытовой техники, таких как телевизоры, радиоприемники, стиральные машины и др.

Заключение

Биполярные транзисторы являются важными элементами электроники и широко применяются в различных областях, включая телекоммуникации, энергетику, автомобильную промышленность, медицинскую технику и компьютеры. Они обладают высоким коэффициентом усиления и скоростью коммутации, а также могут работать в широком диапазоне температур и напряжений. Однако у них есть некоторые недостатки, такие как высокое потребление энергии и большие размеры. В целом, биполярные транзисторы продолжают оставаться важными элементами в электронике и применяются в широком спектре устройств.

• 28.03.2023

Типы транзисторов — BJT, FET, JFET, MOSFET, IGBT и специальные транзисторы

Различные типы полевого эффекта, биполярного перехода, истощения, усиления, биполярного сигнала с изолированным затвором и специальных транзисторов. Транзистор является наиболее часто используемым компонентом в современной электронике и логических схемах из-за их двух основных функций, а именно переключения и усиления. Они используются как в аналоговых, так и в цифровых схемах, приложениях малой и высокой мощности и частоты. Существуют различные типы транзисторов, имеющие свои достоинства и недостатки. Вот некоторые типы транзисторов, обсуждаемых в этой статье. Содержание Что такое транзистор? Биполярный переходной транзистор — BJTNPN-транзисторPNP-транзисторПолевой транзистор — FETПереходный полевой транзистор JFETN-канал JFETP-канал JFETMOSFETDepletion MOSFETN-канал D-MOSFETP MOSFETEnhancement MOSFETN-канал E-MOSFETP-канал E-MOSFETInsulated Gate Bipolar Transistor IGBTPunch через IGBTNon пробивать IGBTSpecial TransistorDarlington Пара TransistorSziklai Пара TransistorPhoto TransistorSmall сигнала TransistorsSmall Переключение TransistorsPower TransistorsHigh Частота TransistorsAvalanche TransistorDual Gate MOSFETMultiple-эмиттер TransistorSchottky TransistorUnijunction Транзисторы UJTHeterojunction биполярного транзистора (HBT) Что такое Транзистор? Транзистор — это трехконтактный полупроводниковый прибор, который используется для переключения или усиления сигнала. Небольшой ток или напряжение на его входе можно использовать для управления очень высоким выходным напряжением или током. Слово «Транзистор» — это комбинация двух слов «Trans» для «Transfer» и «istor» для «Resistor». Это связано с тем, что транзистор передает свое сопротивление от одного конца к другому в зависимости от входного сигнала. Транзисторы в основном подразделяются на два типа: биполярный переходной транзистор — BJT, полевой транзистор — полевой транзистор.Биполярный переходной транзистор — BJTBJT или биполярный переходной транзистор — это тип биполярного транзистора с переходом. Биполярный означает, что он использует оба типа носителей заряда, то есть электроны и дырки. В то время как соединение относится к границе между двумя разными полупроводниковыми материалами, обычно известными как PN-переход.Биполярный транзистор состоит из трех чередующихся слоев полупроводниковых материалов P-типа и N-типа, имеющих два PN-перехода. Он имеет 3 терминала, то есть эмиттер, базу и коллектор. Каждый вывод связан с каждым слоем транзистора. Основа — средний слой, зажатый между эмиттером и коллектором. Основа — это самый легированный слой из всех. И эмиттер, и коллектор сильно легированы, а эмиттер сравнительно сильно легирован, чем коллектор. BJT — это устройство с регулируемым током. Это означает, что он использует входной ток на своей базовой клемме для управления выходным током или током коллектора. Путем соединения перехода база-коллектор в обратном направлении и перехода база-эмиттер в прямом смещении позволяет протекать ток между эмиттером и коллектором. Этот ток прямо пропорционален базовому току. Поскольку его переход база-эмиттер или вход смещены в прямом направлении, входное сопротивление очень низкое. Выходное сопротивление очень высокое из-за обратного смещения коллектор-эмиттер. Следовательно, у BJT очень высокий прирост.Связанный пост: Биполярный переходной транзистор (BJT) — конструкция, работа, типы и применение Существует два типа BJT, то есть NPN и PNP транзистор. NPN транзистор NPN транзистор образован комбинацией двух материалов N-типа и одного материала P-типа. P-область зажата между N-областями. Каждый из трех терминалов — коллектор, база и эмиттер — поднимается из областей N, P и N. Основными носителями заряда являются электроны, а неосновными носителями заряда — дырки. Подача тока IB на базовый вывод позволяет току IC от коллектора к эмиттеру. Сила тока прямо пропорциональна базовому току. В то время как полный ток эмиттера IE представляет собой сумму как базы Ib, так и тока коллектора IC. IC = βIBIE = IB + IC. Символ транзистора NPN также представляет направление тока. Маленькая стрелка, указывающая наружу от эмиттера, показывает направление тока, идущего наружу от эмиттера. NPN-транзистор включается подачей положительного напряжения база-эмиттер VBE, и, поскольку большинство носителей — электроны, он имеет высокую скорость переключения. такое транзистор NPN? Конструкция, работа и применение PNP-транзистор PNP-транзистор состоит из двух P-слоев и одного N-слоя. Тонкий N-слой зажат между двумя толстыми P-слоями. Средний N-слой называется базой, а два окружающих его слоя называются коллектором и эмиттером.Большинство носителей заряда представляют собой дырки, а второстепенные носители заряда — электроны. Переход коллектор-эмиттер с обратным смещением и переход база-эмиттер с прямым смещением переводят транзистор в режим проводимости, в котором выходной ток прямо пропорционален току базы. Транзистор PNP включается, когда Отрицательное напряжение VBE подается на базовую область и отключается при приложении положительного напряжения. Поскольку большинство носителей представляют собой дырки, время восстановления PNP-транзистора сравнительно велико, поэтому он имеет более низкую скорость переключения, чем NPN-транзистор. В транзисторе PNP стрелка, указывающая внутрь, представляет направление тока, протекающего внутри эмиттера, к базе и коллектору. Следовательно, общий ток IC равен току эмиттера минус ток базы IC = IE — IB Связанный пост: Что такое транзистор PNP? Конструкция, работа и применение Полевой транзистор — FETFET или полевой транзистор — это тип транзистора, который использует электрическое поле или напряжение для управления током. Он униполярный, то есть ток течет только за счет основных носителей заряда, то есть электронов или дырок.Три терминала полевого транзистора — сток (D), затвор (G) и источник (S). В зависимости от конструкции полевой транзистор имеет канал между стоком и истоком. Канал обозначает путь, по которому течет ток. Сток и исток сделаны из одного и того же полупроводникового материала. Однако вывод стока — это тот, у которого больше положительного напряжения. Следовательно, клеммы стока и истока взаимозаменяемы.Ширина канала контролируется напряжением, приложенным к его затвору. Применение прямого затвора к напряжению истока VGS увеличивает ширину канала и, следовательно, ID тока стока. Такой режим называется режимом улучшения. При применении обратного VGS уменьшается длина канала и текущий идентификатор. Такой режим работы называется режимом истощения. Следовательно, это устройство, управляемое напряжением.Поскольку вход (затвор) имеет обратное смещение, входное сопротивление полевого транзистора очень велико в диапазоне 100 МОм, поэтому нет входного тока или тока затвора. Следовательно, он имеет очень низкое энергопотребление и высокую эффективность. И выходное сопротивление низкое. Следовательно, полевой транзистор имеет меньшее усиление, чем биполярный транзистор. Поскольку полевой транзистор использует только один тип носителей заряда — электроны или дырки, время восстановления очень быстрое. Следовательно, его скорость переключения очень высока, и он может использоваться для очень высокочастотных приложений. Существует два типа полевых транзисторов, а именно JFET (Junction FET) и MOSFET (Metal Oxide Semiconductor FET). Связанное сообщение: Разница между BJT и полевыми транзисторами Разница между NPN и PNP транзисторами с полевым эффектом JFETJFET или Junction Field Effect Transistor — это тип полевого транзистора, имеющего один PN-переход между затвором и каналом. Он имеет три терминала: Ворота (G), Слив (D) и Источник (S). Канал окружен воротами. Канал и затвор выполнены из чередующегося полупроводникового слоя. Два конца канала называются стоком и истоком.Канал встраивается при изготовлении. Следовательно, JFET может проводить ток, когда на его затворе нет напряжения. Приложение обратного напряжения к затвору создает область истощения, окружающую канал, которая сжимает и уменьшает ширину канала. Текущий поток уменьшается и в конечном итоге останавливается, когда область истощения полностью блокирует канал. Такой режим работы также известен как режим истощения, и JFET работает только в этом режиме.Канал может быть изготовлен из полупроводникового материала P-типа или N. Таким образом, JFET может быть разделен на N-канальный JFETP-канал JFETN-канал JFET N-канальный JFET-канал выполнен из полупроводникового материала N-типа, отсюда и название. Носителями заряда, ответственными за протекание тока, являются электроны. Время восстановления электронов быстрое, поэтому N-канальный JFET имеет высокую скорость переключения. При нулевом напряжении на затворе он будет проводить ток между истоком и стоком, поскольку есть канал. Применение отрицательного VGS создает область истощения, которая уменьшает ширину канала. Таким образом, уменьшая протекание тока. P-Channel JFET Канал в P-канале JFET выполнен из материала P-типа, а отверстия являются носителями заряда, отвечающими за протекание тока. Дырки относительно тяжелее и имеют меньшую скорость, чем электроны. Следовательно, P-канальный JFET имеет более низкую скорость, чем N-канальный JFET. JFET с P-каналом работает, даже когда на его затворе нет напряжения. Применение положительного напряжения затвора уменьшает ширину канала и уменьшает ток. Связанные сообщения: Биполярный переходной транзистор (BJT) — формулы и уравнения. Символы транзисторов, MOSFET и IGFET. Поэтому он также известен как IGFET (полевой транзистор с изолированным затвором). Он имеет четыре терминала; сток, вентиль, исток и тело. Вывод корпуса часто замыкается на источник, образуя три вывода.MOSFET имеет изолирующий слой из диоксида кремния между затвором и каналом. Это увеличивает входной импеданс в диапазоне мегаомов и снижает ток утечки.MOSFET работает так же, как и любой другой полевой транзистор. Напряжение на его затворе используется для изменения ширины канала и тока через него. Это может уменьшить или увеличить ширину канала. Таким образом, полевой МОП-транзистор работает в двух режимах, а именно в режиме истощения и режима улучшения.Недостатком изоляционного слоя является то, что он создает емкость между затвором и каналом, что делает его уязвимым для накопления статического заряда. Связанное сообщение: MOSFET — Работа, типы, работа, преимущества и приложения МОП-транзистора, в котором канал изготавливается во время производства. Обычно это полевой МОП-транзистор, который проводит ток без входа или напряжения затвор-исток VGS = 0. Он может работать как в режиме истощения, так и в режиме улучшения. Применение прямого VGS переводит D-MOSFET в режим улучшения, при котором ток увеличивается. при применении обратного VGS переводит его в режим истощения, где ток уменьшается, и он отключается.В зависимости от канала D-MOSFET можно разделить на N-канальный и P-канальный D-MOSFET. D-MOSFET может работать как в режиме истощения, так и в режиме улучшения. Хотя усовершенствованный MOSFET не может работать в режиме истощения. Связанные сообщения: Типы компьютерной памяти с их приложениями Типы защелок — SR и D Защелки Типы ИС. Классификация интегральных схем и их ограничения N-канальный D-MOSFET В N-канальном D-MOSFET канал выполнен из материала N-типа, и ток протекает за счет электронов. Положительное напряжение затвор-исток VGS увеличивает ширину канала, тем самым увеличивая ток. В то время как отрицательный ВГС истощает канал носителей заряда и снижает ток до полного отключения.D-MOSFET с P-каналом В D-MOSFET с P-каналом канал сделан из материала P-типа, имеющего отверстия в качестве носителей заряда. Положительный VGS уменьшает ширину канала и ток, в то время как отрицательный VGS увеличивает ток в P-канальном D-MOSFET. MOSFET с расширением или E-MOSFET — это полевой МОП-транзистор «Нормально выключен», который не проводит ток при отсутствии входа. У него нет канала. Канал индуцируется приложением прямого напряжения VGS между его затвором и истоком. Напряжение увеличивает ширину канала и ток, отсюда и название. E-MOSFET также подразделяется на E-MOSFET с N-каналом и P-каналом. N-канал. Увеличение напряжения увеличивает его ширину и токопроводимость.P-Channel E-MOSFET Канал индуцируется применением отрицательного VGS, который увеличивает ширину канала для увеличения тока. Канал создается путем накопления отверстий из N-подложки под электродом затвора.Связанные сообщения: Разница между диодом и транзистором Разница между транзистором и тиристором (SCR)? Биполярный транзистор с изолированным затвором IGBTIGBT или биполярный транзистор с изолированным затвором — это тип транзистора, который сочетает в себе лучшую часть BJT и MOSFET. Он имеет входные характеристики MOSFET (Insulate Gate), а именно высокий входной импеданс и быструю скорость переключения, и выходные характеристики BJT, то есть большие возможности обработки выходного тока.Он имеет три терминала: ворота (G), коллектор (C) и эмиттер (E). Затвор представляет часть MOSFET, в то время как коллектор и эмиттер представляют часть BJT. Это устройство, управляемое напряжением, такое как MOSFET, не имеющее входного тока. Таким образом, он не имеет потерь на входе. Однако он однонаправленный, в отличие от двунаправленного MOSFET. Он пропускает ток только от коллектора к эмиттеру. Он сделан из комбинации MOSFET и BJT с использованием конфигурации пары Дарлингтона, как показано выше, N-канального MOSFET с транзистором PNP. Положительное напряжение затвор-эмиттер VGE включает полевой МОП-транзистор, который запускает ток базы в PNP. PNP включается и проводит большой ток.Эта комбинация улучшает общие номинальные значения напряжения и тока с уменьшенными входными потерями и приличной скоростью переключения. С ним намного проще работать. Похожие сообщения: Тиристорный и кремниевый выпрямитель (SCR) — Типы и работа Что такое DIAC? Строительство и работаЧто такое TRIC? Конструкция и работа Пробивка через IGBT Пробивка через IGBT имеет буферный слой N +. Он имеет возможность блокировки асимметричного напряжения, т.е. прямое и обратное напряжение пробоя различны. Напряжение обратного пробоя меньше напряжения прямого пробоя. Они не могут справиться с обратным напряжением. Они используются в цепях постоянного тока, поскольку являются однонаправленными, например в цепях инверторов и прерывателей. У него более высокая скорость переключенияБез пробивки через IGBT Без пробивки через IGBT нет буферного слоя N +. Они имеют симметричное напряжение пробоя, т.е. прямое и обратное напряжения пробоя равны. Они используются в цепях переменного тока, таких как выпрямители. Связанный пост: Как проверить транзистор с помощью мультиметра (DMM + AVO) — NPN и PNP — 4 способа Специальный транзистор Существуют различные типы транзисторов, которые предназначены для специальных целей. Вот некоторые из этих транзисторов, представленных ниже. Транзистор с парой Дарлингтона Транзистор Дарлингтона или пара Дарлингтона представляет собой комбинацию двух транзисторов NPN или PNP в такой конфигурации, что их общее усиление равно произведению их индивидуального усиления. Он обеспечивает очень высокий коэффициент усиления по току. Ток, усиленный первым BJT, усиливается вторым BJT. Он используется в чувствительных схемах и занимает меньше места, чем отдельные транзисторы. Эмиттер первого транзистора соединен с базой второго транзистора, а их коллекторы являются общими. У него может быть высокое усиление, но у него также есть двойные капли база-эмиттер. Он доступен в виде одного транзистора с тремя выводами, то есть базой, эмиттером и коллектором. Связанные сообщения: Различные типы датчиков с приложениями Типы фильтров и их примененияТипы электронных счетчиковТипы транзисторов пары ШиклайПара Шиклай, как и пара Дарлингтона, представляет собой комбинацию двух BJT для улучшения его текущий прирост. Но он объединяет два разных BJT в один транзистор. Преимущество этой конфигурации перед парой Дарлингтона состоит в том, что она имеет единственное падение напряжения база-эмиттер. он имеет немного меньшее усиление по току, чем пара Дарлингтона.Коллектор первого БЮТ подключен к базе второго БЮТ. Эмиттер первого и коллектор второго соединены вместе. В целом транзистор Шиклая действует как первый или входной транзистор. Например, если первым транзистором является NPN, весь транзистор будет работать как NPN-транзистор с высоким коэффициентом усиления. Фото-транзистор Фото-транзистор, как следует из названия, полагается на силу света. Это простой транзистор, но вместо клеммы базы есть светочувствительная область. Следовательно, у него всего два терминала. Светочувствительная область преобразует световую энергию в электрическую, которая используется для управления выходным током.Они могут быть изготовлены из BJT или FET. Фототранзистор BJT преобразует энергию света в базовый ток, а фототранзистор на полевом транзисторе преобразует свет в напряжение для управления большим током. Он остается выключенным, когда находится в тени или нет света в его фоточувствительной области. Он включается, когда свет падает на его переход, который создает базовый ток или напряжение затвора, пропорциональное силе света. Он, в свою очередь, управляет большим током коллектора или стока. Как следует из названия, такие транзисторы используются для усиления и переключения очень слабого сигнала. У них очень высокий коэффициент усиления около 500, а номинальный ток коллектора выражается в миллиамперах. Это очень чувствительные транзисторы, и их следует использовать только для слабых сигналов. Связанные сообщения: Типы микропроцессоров и их применениеТипы микроконтроллеров и их примененияМаленькие переключающие транзисторы Эти транзисторы в основном используются для переключения небольших сигналов. Их можно использовать для усиления; однако их коэффициент усиления по току намного меньше, чем у малосигнального транзистора в диапазоне 200. Оба транзистора сделаны из BJT, таких как NPN и PNP.

Оставить сообщение
Список сообщений
Комментарии Загрузка .

Контактное лицо: Зои Чжан Веб-сайт: www.fmuser.net

Скайп: tomleequan Электронная почта: [электронная почта защищена]

Facebook: FMUSERBROADCAST Youtube: FMUSER ZOEY

Адрес на английском языке: Room305, HuiLanGe, № 273 HuangPu Road West, район Тяньхэ, Гуанчжоу, Китай, 510620 Адрес на китайском языке: 广州市天河区黄埔大道西273号惠兰阁305(3E)

Bipolar Junction Transistor – A Getting Started Guide for Beginners

The Bipolar Junction Transistor (BJT) is one of the two most used types of transistors. You can use it to create audio amplifiers, switch on/off DC lamps, motors, and much more.

In this tutorial aimed at beginners, you’ll learn the basics you need to start having fun and design your own transistor circuits.

Introduction to Bipolar Junction Transistors

The Bipolar Junction Transistor (BJT) is a device made of three layers of semiconductor material; these layers can be either P-type or N-type. The pins of a BJT are named base, collector, and emitter. Each pin is connected to one of these layers.

There are two different types of BJTs known as PNP and NPN. They are named after the arrangement of the semiconductor layers. You can see the construction and symbols of PNP and NPN transistors below.

How the Bipolar Junction Transistor Works

The BJT has two operation modes. It can be used as:

• an amplifier, which means that it can magnify an input signal (for example audio)
• a switch that can turn things (motors, lights, etc) on or off

But, how can you select between one behavior and the other? It all depends on the current that flows through the base. So to be able to design transistor circuits, you need to start by learning how currents flow in a bipolar transistor.

10 Simple Steps to Learn Electronics

Ready to finally learn electronics? Sign up for my circuit tips by email and I’ll send you the eBook:

A BJT is controlled by current. For an NPN transistor, a small current flowing into the base turns the transistor ON so that a bigger current can flow from collector to emitter.

β is the gain of your transistor that tells you how much bigger than the base current the collector current is.

This value is given by the manufacturer, and it’s also known as h_FE. You’ll find it in the datasheet of the transistor.

The path from base to emitter works like a diode with a forward voltage of about 0.7V.

The emitter current (I_E) equals the sum of the base current (I_B) and the collector current (I_C). This makes sense since the base and collector currents flow into the transistor, and there is nowhere else for the currents to flow than out from the emitter.

The PNP transistor works the same way, just that the currents flow the opposite way.

Basic BJT Configurations

There are essentially three ways to connect a BJT in a circuit, and they are named based on which terminal serves as a common connection point for the input and the output. The three configurations are:

• Common-Emitter Configuration (The most common)
• Common-Collector Configuration (Mostly used for creating a buffer)
• Common-Base Configuration (Not that common)

Common Emitter

The common-emitter configuration is the most common way to connect a transistor circuit. It’s used both to connect the transistor as a switch and to use it as an amplifier. This setup is great for amplifying a tiny voltage or current into a much higher voltage on the output.

In the circuit below an NPN transistor is set up as a common emitter. Its base is connected to the input voltage via a resistor R_B.

To simplify, the input voltage V_BB is represented as a battery. But this is normally a signal such as an audio signal or a microcontroller output pin.

The collector is connected to the DC power source V_CC through a resistor R_L. R_L can either be something you want to control (like a motor or a speaker), or it can be a resistor set to get a specific output voltage range from the collector terminal.

The emitter is connected to the negative terminals of both power supplies, hence the name common emitter.

Common Emitter Calculations

When you design a transistor circuit, you usually want to design it so that you have a specific current flowing through the load R_L. For example, if R_L is a motor, you want to make sure the motor gets enough current to turn on.

The current that flows through R_L is the same as the collector current (I_C) and you can find it from the value of I_B with the following formula as discussed above:

To find the base current (I_B), you need to find the current that flows through R_B. You can find it from the input voltage (V_BB) using the following formula:

V_BE is always around 0.7V (given that the input voltage is high enough). So by adjusting the value of R_B, you can set the base current, and thereby the collector current, to the value that you need.

Common Collector

The common-collector configuration is often used to create a voltage follower or buffer. The output voltage is the same as the input voltage minus 0.7V.

A buffer is useful if you have a signal source that can’t provide enough current for your load. With this circuit, it’s the transistor you choose that determines the maximum current, not the signal source.

When the transistor is turned on, the voltage drop from the base to the emitter is ~0.7V. So when you connect a bipolar-junction transistor in the common-collector configuration, you know that the output is always 0.7V lower than the input. So the output voltage follows the input voltage.

Common Base

The common-base configuration isn’t very common when building circuits with discrete components. However, it’s popular in integrated circuits and RF amplifiers for high frequency. You can learn more about the common-base configuration and how to set it up from this page.

Note: The operating principle for both PNP and NPN transistor types is identical; the only distinction lies in their biasing and the polarity of the power supply for each type.

Operating Regions of a Bipolar Junction Transistor

A transistor can be fully on, fully off, or somewhere in between. These are the operating regions of the bipolar junction transistor.

• Saturation Region (Transistor is turned fully ON)
• Cut-off Region (Transistor is turned OFF)
• Active Region (Transistor is somewhere between fully ON and OFF)

You can set your transistor into each of these regions by controlling the base current (I_B):

If there is no base current, the transistor is off, so it’s in the cut-off region. As you start to increase the base current, the transistor goes into the active region, where it’s partially on. At some point, when the base current is high enough, the transistor goes into the saturation region where it turns fully on.

If you want to use the transistor as a switch, you want to have the transistor in the Cut-off region (open switch) or the Saturation region (closed switch).

If you want to use the transistor as an amplifier, it is the Active region you want to be in. In the active region, the collector current can be found from the base current and the gain (β):

The BJT Transistor as a Switch

To use a bipolar junction transistor as a switch, use the common emitter configuration:

• Emitter: Connected to the ground (0V reference).
• Collector: Connected to the load (e.g., a lamp).
• Base: Connected to the control signal (e.g., push button, microcontroller).
• Load: Connected between the collector and the supply voltage.

Switch Off (Cut-off Region)

To turn the switch off, you need to set the base current to zero which puts the transistor into its cut-off region. So you have:

• No Base current (I_B = 0)
• Base-Emitter voltage V_BE< 0.7v
• No Collector current ( I_C = 0 )
• V_CE = V_CC
• The transistor operates as an open switch

Switch On (Saturation Region)

To turn the switch on, you need to have enough base current to place the transistor into the saturation region. So you have:

• Enough base current to place the transistor into saturation
• Base-Emitter voltage V_BE > 0.7v
• V_CE = 0 (ideally)
• Maximum collector current (I_C = V_CC/R_LOAD)
• The transistor operates as a closed switch

Bipolar Junction Transistor as an Amplifier

If you want to use the BJT as an amplifier, the most common configuration is the common emitter.

Below is a simple amplifier circuit that drives a speaker. The voltage on the input decides the base current. So the higher the voltage, the higher the current.

The collector current (which is the same current that goes through the speaker) is limited to the gain of the transistor multiplied by the base current. The base current will vary with the input voltage, which means the collector current will also vary with the input voltage.

So a varying input voltage makes the current in the speaker vary, which creates sound.

To start having current flowing through the speaker in the above example, the input voltage must be around 0.7V as a minimum, since that’s the point where the transistor turns on. If the input voltage is below this, the transistor will be off.

And you can’t increase the current through the speaker more than what is dictated by V_CC and the speaker resistance (I_C(MAX) = V_CC/R_LOAD). So there is a certain voltage on the input that will be the max, and increasing it more won’t make a difference.

So you have a minimum and a maximum input voltage.

But what if the signal you want to amplify does not match that range?

This is where biasing comes in.

BJT Amplifier Biasing

By adding resistors, you can make sure your amplifier accepts a different range of input signals to match whatever you want to amplify. In technical terms, you are biasing the transistor to work in the active region.

R1 and R2 divide the V_CC voltage and set the bias voltage for the base so that the transistor is in the active region. C1 and C3 are coupling capacitors whose role is to block the DC components and only allow the AC signal through.

When the transistor is in the active region, it means its collector current is controlled by the base current. The base current is controlled by the input signal, so this means the output signal becomes an amplified version of the input signal.

The resistor R_E and capacitor C2 are there to help bias the circuit properly together with R1 and R2.

Want to learn more about transistor biasing and how to choose the different values? Check out Single Transistor Amplifier Stages by Analog Devices. Or the book Transistor Circuit Techniques, Discrete and Integrated by G.J.Ritchie.

Questions?

Do you have any questions or any feedback you want to share? Let me know in the comment field below!

More Transistors Tutorials

• How Transistors Work
• Transistor as a Switch
• The Bipolar Junction Transistor (BJT)
• The PNP Transistor
• Insulated Gate Bipolar Transistor (IGBT)
• MOSFET Gate Resistor
• The Phototransistor
• Transistor Circuit: Astable Multivibrator for Blinking
• Transistor Circuit: H-Bridge for Motor Control

10 Simple Steps to Learn Electronics

Ready to finally learn electronics? Sign up for my circuit tips by email and I’ll send you the eBook:

БЮТ: все, что вам нужно знать о биполярном транзисторе

В нашем раздел электронных компонентов Мы уже достаточно говорили о различных типах коммерческих транзисторов. Теперь пришло время углубиться в широко используемый транзистор, это семейство БЮТ-транзисторы, то есть биполярные транзисторы, присутствующие во многих электронных устройствах, которыми мы пользуемся ежедневно.

так что вы можете узнать больше об этих транзисторах и различиях с униполярными.

Что такое полупроводник?

SONY DSC SONY DSC

полупроводники Это материалы, электропроводность которых находится между проводимостью проводников и изоляторов. В отличие от металлов (хороших проводников) и неметаллов (изоляторов или диэлектриков), полупроводники занимают уникальное положение, позволяющее манипулировать ими для управления потоком электрического тока.

Su Кристальная структура, обычно состоящий из таких элементов, как кремний или германий, важен для понимания его поведения. Атомы этих материалов образуют кристаллическую структуру, в которой электроны распределены между атомами в энергетических зонах. Валентная зона содержит электроны, прочно связанные с атомами, а зона проводимости содержит электроны, которые могут свободно перемещаться.

полупроводниковые материалы Они необходимы при производстве современных электронных устройств. Кремний, являющийся одним из наиболее используемых полупроводников, повсеместно используется в промышленности и составляет основу чипов и микропроцессоров. Помимо кремния, германий является еще одним распространенным полупроводниковым материалом, который использовался в старых технологиях. Полупроводниковые соединения, такие как арсенид галлия (GaAs) и фосфорен, также приобрели важное значение, особенно в высокочастотных и оптоэлектронных приложениях. Эти материалы позволяют создавать такие устройства, как светодиоды (LED), высокочастотные транзисторы и современные датчики, демонстрируя универсальность и жизнеспособность полупроводников, находящихся на переднем крае технологических инноваций.

Грузоперевозчики и электронное вождение

La способность полупроводников проводить электричество заключается в его способности генерировать носители заряда. Носителями заряда могут быть отрицательно заряженные электроны или положительно заряженные «дырки», образующиеся в результате смещения электронов из валентной зоны в зону проводимости.

Когда к полупроводнику приложено напряжение, электроны может переходить из валентной зоны в зону проводимости, создавая электрический ток. Это явление известно как электронная проводимость и имеет важное значение для работы электронных устройств.

Легирующие примеси (примеси)

Для улучшения и контроля электрических свойств полупроводников Преднамеренные примеси вводятся в стекло посредством процесса, называемого легированием.. Атомы легирующей примеси могут быть донорного типа (добавление дополнительных электронов) или акцепторного типа (создание дырок), то есть первые будут так называемыми полупроводниками N-типа, а вторые — полупроводниками P-типа.

Примеси вводят дополнительные уровни энергии в запретная группа, что позволяет лучше контролировать электронное вождение. Некоторыми распространенными примерами легирующих добавок являются фосфор (донор) и бор (акцептор) для кремния. Таким образом, можно создавать зоны или переходы для создания таких устройств, как диод, который по сути представляет собой один PN-переход, или полупроводники, которые обычно состоят из трех зон, как мы увидим позже.

Типы полупроводников: внутренние и внешние

С другой стороны, чтобы понять BJT, также важно знать, что типы полупроводников Они существуют, например:

• Внутренний: Если в полупроводник не добавлены примеси, он классифицируется как собственный. В этом случае электропроводность обусловлена ​​исключительно термической генерацией носителей заряда (электронно-дырочных пар).
• внешний: Они являются результатом преднамеренного добавления примесей. Полупроводники N-типа (отрицательные) получаются добавлением донорных примесей, а полупроводники p-типа (положительные) образуются с помощью акцепторных примесей. Эти процессы позволяют регулировать электрические свойства полупроводников в соответствии с конкретными потребностями приложений.

Введение в PN-переходы

La PN переход Это важная концепция полупроводниковой электроники, которая закладывает основу для создания таких устройств, как диоды и транзисторы. PN-переход образуется, когда две области полупроводникового материала соединяются. Этими областями являются область P-типа (где преобладает концентрация положительных носителей заряда или дырок) и область N-типа (где преобладает концентрация отрицательных носителей заряда или электронов). Переход между этими двумя областями создает уникальный интерфейс с особыми электрическими свойствами.

La формирование PN-перехода Обычно это происходит в результате процесса, называемого легированием, когда в полупроводниковый материал намеренно вводятся примеси. В области P-типа используются акцепторные примеси (например, бор), а в области N-типа используются донорные примеси (например, фосфор), как я упоминал ранее. Этот процесс создает градиент концентрации носителей заряда на переходе, создавая тем самым потенциальный барьер.

Относительно поведение этого PN-перехода обладает уникальными свойствами при поляризации в разных направлениях:

• En прямое смещение, напряжение подается в направлении, благоприятствующем протеканию тока через переход. В этом случае носители заряда перемещаются через потенциальный барьер, обеспечивая электрическую проводимость.
• Напротив, в обратная поляризация, приложенное напряжение действует против потенциального барьера, препятствуя протеканию тока. В этом состоянии PN-переход действует как диод, обеспечивая проводимость в одном направлении и блокируя ее в противоположном.

PN-переход является основой многих электронных устройств. Диоды, например, используют свойство PN-перехода пропускать ток в одном направлении и блокировать его в другом. Транзисторы, необходимые для цифровой логики и усиления сигнала, также создаются с использованием различных PN-переходов, как в случае биполярных транзисторов, которые могут иметь NPN- или PNP-переходы.

Что такое BJT-транзистор?

El биполярный переходной транзистор (BJT или биполярный переходной транзистор) Это твердотельное электронное устройство, состоящее из двух очень близких PN-переходов, позволяющее увеличивать ток, уменьшать напряжение и контролировать ток, протекающий через его клеммы. В проводимости транзисторов этого типа участвуют носители заряда обеих полярностей (положительные дырки и отрицательные электроны). BJT широко используются в аналоговой электронике и некоторых приложениях цифровой электроники, таких как технологии TTL или BiCMOS.

La История биполярных транзисторов берет свое начало в 1947 году., когда Джон Бардин и Уолтер Хаузер Браттейн изобрели биполярный транзистор с точечным контактом в телефонной компании Bell. Позже Уильям Шокли разработал биполярный переходной транзистор в 1948 году. Хотя они были необходимы на протяжении десятилетий, их использование сократилось в пользу технологии КМОП в цифровых интегральных схемах.

Структура BJT состоит из три региона:

• Эмиттер (сильно легированный и функциональный как эмиттер заряда)
• База (сужает и отделяет эмиттер от коллектора)
• Коллектор (большого расширения).

Эпитаксиальное осаждение является распространенной технологией производства. При нормальной работе переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор — в обратном направлении. Принцип действия предполагает Поляризация прямая поляризация перехода база-эмиттер и обратная поляризация перехода база-коллектор. Электроны инжектируются из эмиттера в коллектор, обеспечивая усиление сигнала. BJT характеризуется низким входным сопротивлением и может быть смоделирован как источник тока, управляемый напряжением, или источник тока, управляемый током.

Работа биполярного транзистора

Что касается работы, то мы имеем это в биполярном переходном транзисторе (BJT) в конфигурации NPN: Переход база-эмиттер имеет прямую поляризацию, а переход база-коллектор — обратную поляризацию.. Термическое перемешивание позволяет носителям заряда от эмиттера пересечь потенциальный барьер эмиттер-база и достичь коллектора под действием электрического поля между базой и коллектором. В типичной работе переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, что позволяет электронам инжектироваться в область базы и двигаться к коллектору. Область базы должна быть тонкой, чтобы минимизировать рекомбинацию носителей до достижения перехода база-коллектор. Ток коллектор-эмиттер можно контролировать током база-эмиттер (управление по току) или напряжением база-эмиттер (управление напряжением). В PNP-транзисторе все наоборот.

Отличия от униполярного транзистора

Транзисторы можно разделить на две основные категории: биполярные и униполярные. ключевые отличия Что мы находим между ними:

• БЮТ или биполярный: Так же, как и униполярные транзисторы, биполярные транзисторы также имеют в своей структуре положительные и отрицательные носители заряда, то есть с легированными P и N областями. Что касается поляризации, то они могут иметь прямую или обратную поляризацию, в зависимости от того, что необходимо, и могут быть типа NPN или PNP. Что касается режимов работы, то они могут работать в активном режиме, режиме резки и режиме насыщения. Они управляются по току и имеют коэффициент усиления по току, обозначенный буквой β (бета). Потери мощности в этом случае выше, чем у униполярных транзисторов, а скорость его работы обычно ниже, чем у униполярных транзисторов. Поэтому они часто используются, среди прочего, в усилителях аналогового сигнала и переключателях низких частот. BJT более восприимчивы к шуму.
• FET или униполярный: В униполярных или полевых транзисторах тоже используются носители заряда, но здесь у нас электроны или дырки, в зависимости от типа. Основная поляризация здесь обратная, а режимы работы преимущественно в насыщении. В данном случае мы имеем транзисторы, управляемые напряжением. Прирост тока представлен в данном случае крутизной, потери мощности меньше, чем у биполярных, и они быстрее. По этой причине их часто используют в высокочастотных коммутационных и цифровых схемах. Униполярные менее восприимчивы к шуму.

Тип BJT (NPN и PNP)

Как я уже отмечал в нескольких частях статьи, существуют два основных типа BJT-транзисторов:

• NPN-транзисторы: Они являются частью одного из двух основных типов биполярных транзисторов, где буквы «N» и «P» обозначают основные носители заряда, присутствующие в различных областях устройства. В настоящее время большинство биполярных транзисторов относятся к типу NPN, поскольку подвижность электронов выше, чем подвижность «дырок» в полупроводниках, что позволяет использовать более высокие токи и более высокие рабочие скорости. Структура NPN-транзистора включает слой полупроводникового материала, легированного P, называемого «базой», расположенного между двумя слоями материала, легированного N. В конфигурации с общим эмиттером небольшой ток, текущий в базу, усиливается на выход коллектора. Символ NPN-транзистора включает в себя стрелку, указывающую на вывод эмиттера и направление условного тока во время активной работы устройства.
• PNP-транзисторы: Второй тип биполярных транзисторов, они имеют буквы «П» и «Н», которые обозначают большинство зарядов в разных областях устройства. Хотя сегодня PNP-транзисторы менее распространены, они состоят из слоя полупроводникового материала, легированного N, между двумя слоями материала, легированного P. В типичной работе коллектор соединен с землей, а эмиттер — с положительной клеммой истока. питание через внешнюю электрическую нагрузку. Небольшой ток, текущий в базу, позволяет значительно большему току течь от эмиттера к коллектору. Стрелка в обозначении PNP-транзистора расположена на выводе эмиттера и указывает направление условного тока при активной работе устройства. Несмотря на меньшую распространенность, NPN-транзисторы в большинстве ситуаций предпочтительнее из-за их лучших характеристик.

Все детали вы можете увидеть на изображениях выше.

Применение BJT

Биполярные транзисторы (BJT) используются во множестве приложения в электронике, я уже комментировал некоторые случаи ранее, но здесь я показываю вам список некоторых основных применений или применений этих транзисторов:

• Усиление сигнала: BJT обычно используются для усиления слабых сигналов, например сигналов от датчиков или микрофонов, в аудио- и радиочастотных цепях.
• Коммутация: Они используются для управления переключением тока в цифровых и логических схемах, таких как электронные переключатели, для реализации логических элементов.
• Усилители мощности: Они используются в каскадах усиления мощности в аудиосистемах и усилителях радиочастоты. Фактически, одно из первых применений, для которых были разработаны эти транзисторы, заключалось в замене предыдущих электронных ламп.
• Источники энергии: Их можно настроить на выход постоянного тока, что полезно в определенных схемах и приложениях опорного тока. Вы также найдете их в системах регуляторов напряжения или схемах для поддержания постоянного напряжения на выходе блока питания.
• Осцилляторы: Они используются в генераторных схемах для генерации периодических сигналов, например, в генераторах синусоидальных волн.
• РЧ усиление: В системах связи BJT используются в каскадах усиления радиочастотного сигнала.
• Амплитудная и частотная модуляция: Они используются в схемах модуляции для изменения характеристик аудио или радиочастотных сигналов. Они также могут быть реализованы в некоторых датчиках или детекторах для обработки сигналов.

Как проверить BJT-транзистор

Проверка BJT-транзистора важна для обеспечения его правильного функционирования. Если вы хотите знать, как это сделать, вам понадобится только мультиметр или мультиметр, имеющий эту функцию для проверки биполярных транзисторов. И способ действия очень прост, вам просто нужно выполнить следующие шаги:

• БЮТ НПН: Сначала вам необходимо определить клеммы или контакты эмиттера (E), базы (B) и коллектора (C), которые имеются в вашем транзисторе. В зависимости от модели вы можете обратиться к техническим описаниям для получения более подробной информации, хотя это легко узнать. После того, как вы определили под рукой клеммы и мультиметр, следующим шагом будет просто правильно вставить контакты в предназначенные для этой цели разъемы. Если ваш мультиметр не имеет этой функции, вы можете использовать другую альтернативу:
• Переведите мультиметр в режим проверки транзисторов, то есть поверните колесико до выбора символа измерения напряжения постоянного тока (В —).
• Прикоснитесь к нужным контактам щупами мультиметра:
  • Когда вы проверяете переход BE или база-эмиттер, вы должны увидеть на экране напряжение от 0.6 до 0.7 В, в зависимости от транзистора.
  • Когда вы проверяете соединение BC или база-коллектор, вы прикасаетесь к этим другим клеммам, и показания напряжения должны быть аналогичны приведенным выше.
  • Чтобы проверить текущий коэффициент усиления (hFE), поверните селектор на функцию hFE. И прикасаясь щупами к эмиттеру и базе, а также к эмиттеру и коллектору, можно определить коэффициент усиления hFE, который и будет соотношением между ними.

  Если полученные результаты выходят за пределы ожиданий, транзистор укажет на то, что он не работает или неисправен и требует замены.

  Где купить БЮТ

  Если вы хотите купить дешевые биполярные транзисторы, сделать это можно в любом магазине электроники или на специализированной онлайн-площадке. Эти устройства BJT можно найти на Amazon, и мы рекомендуем следующее:

  Похожие публикации:

  1. Как сделать автотюн в дискорде
  2. Как сделать большой опрос вконтакте
  3. Какого сечения должен быть провод заземления
  4. Охарактеризуйте изображение которое дает рассеивающая линза