BJT: mọi thứ bạn cần biết về bóng bán dẫn lưỡng cực

Trong chúng tôi chuyên mục linh kiện điện tử Chúng ta đã nói đủ về các loại bóng bán dẫn thương mại khác nhau. Bây giờ là lúc để tìm hiểu sâu hơn về bóng bán dẫn được sử dụng rộng rãi, đó là họ bóng bán dẫn bóng bán dẫn BJT, tức là các bóng bán dẫn lưỡng cực, hiện diện trong nhiều thiết bị điện tử mà chúng ta sử dụng hàng ngày.

Vì vậy, bạn có thể tìm hiểu thêm về các bóng bán dẫn này và sự khác biệt với các bóng bán dẫn đơn cực...

Chất bán dẫn là gì?

Các chất bán dẫn Chúng là những vật liệu có độ dẫn điện nằm giữa chất dẫn điện và chất cách điện. Không giống như kim loại (chất dẫn điện tốt) và phi kim loại (chất cách điện hoặc chất điện môi), chất bán dẫn chiếm một vị trí duy nhất cho phép chúng được điều khiển để điều khiển dòng điện.

Su cấu trúc tinh thể, thường bao gồm các nguyên tố như silicon hoặc germanium, là điều cần thiết để hiểu hành vi của nó. Các nguyên tử của những vật liệu này tạo thành một cấu trúc tinh thể trong đó các electron được chia sẻ giữa các nguyên tử trong các dải năng lượng. Dải hóa trị chứa các electron liên kết chặt chẽ với các nguyên tử, trong khi dải dẫn chứa các electron có thể chuyển động tự do.

Các vật liệu bán dẫn Chúng rất cần thiết trong việc sản xuất các thiết bị điện tử tiên tiến. Silicon, là một trong những chất bán dẫn được sử dụng nhiều nhất, có mặt khắp nơi trong công nghiệp và là nền tảng của chip và bộ vi xử lý. Ngoài silicon, germanium là một vật liệu bán dẫn phổ biến khác đã được sử dụng trong các công nghệ cũ. Các hợp chất bán dẫn như gallium arsenide (GaAs) và photphorene cũng đã đạt được tầm quan trọng, đặc biệt là trong các ứng dụng quang điện tử và tần số cao. Những vật liệu này cho phép tạo ra các thiết bị như điốt phát sáng (LED), bóng bán dẫn tần số cao và cảm biến tiên tiến, thể hiện tính linh hoạt và sức sống của chất bán dẫn đi đầu trong đổi mới công nghệ.

Vận chuyển hàng hóa và lái xe điện tử

La khả năng dẫn điện của chất bán dẫn nằm ở khả năng tạo ra các hạt mang điện. Các hạt mang điện có thể là các electron tích điện âm hoặc các "lỗ trống" tích điện dương, là kết quả của các electron đã được dịch chuyển từ vùng hóa trị sang vùng dẫn.

Khi đặt một điện áp vào chất bán dẫn, các electron có thể di chuyển từ vùng hoá trị sang vùng dẫn, tạo ra dòng điện Hiện tượng này được gọi là sự dẫn điện và rất cần thiết cho hoạt động của các thiết bị điện tử.

Dopant (tạp chất)

Để cải thiện và kiểm soát tính chất điện của chất bán dẫn, Các tạp chất có chủ ý được đưa vào kính thông qua một quá trình gọi là doping. Các nguyên tử tạp chất có thể thuộc loại cho (thêm các electron) hoặc loại nhận (tạo lỗ), nghĩa là loại đầu tiên được gọi là chất bán dẫn loại N và loại thứ hai là chất bán dẫn loại P.

Dopants đưa thêm mức năng lượng vào ban nhạc bị cấm, cho phép kiểm soát tốt hơn việc lái xe điện tử. Một số ví dụ phổ biến về chất pha tạp là phốt pho (chất cho) và boron (chất nhận) cho silicon. Bằng cách này, các vùng hoặc điểm nối có thể được tạo ra để tạo ra các thiết bị như điốt, về cơ bản là một điểm nối PN hoặc chất bán dẫn, thường có ba vùng như chúng ta sẽ thấy sau.

Các loại chất bán dẫn: Nội tại và ngoại sinh

Mặt khác, để hiểu được BJT, điều quan trọng là phải biết những gì các loại chất bán dẫn Chúng tồn tại, chẳng hạn như:

• Nội tại: Khi không có tạp chất nào được thêm vào chất bán dẫn, nó được phân loại là chất bán dẫn nội tại. Trong trường hợp này, sự dẫn điện chỉ là do sự sinh nhiệt của các hạt mang điện (cặp lỗ electron).
• bên ngoài: Chúng là kết quả của việc cố ý pha tạp tạp chất. Chất bán dẫn loại N (âm) thu được bằng cách thêm chất khử chất cho, trong khi chất bán dẫn loại p (dương) được hình thành bằng chất pha tạp chất nhận. Các quy trình này cho phép điều chỉnh các tính chất điện của chất bán dẫn theo nhu cầu cụ thể của ứng dụng.

Giới thiệu về nút giao PN

La Ngã ba PN Đó là một khái niệm thiết yếu trong điện tử bán dẫn, đặt nền tảng cho việc tạo ra các thiết bị như điốt và bóng bán dẫn. Điểm nối PN được hình thành khi hai vùng của vật liệu bán dẫn gặp nhau. Các vùng này là vùng loại P (trong đó nồng độ của các hạt mang điện tích dương hoặc lỗ trống chiếm ưu thế) và vùng loại N (trong đó nồng độ của các hạt mang điện tích âm hoặc electron chiếm ưu thế). Sự chuyển tiếp giữa hai vùng này tạo ra một bề mặt tiếp xúc độc đáo với các đặc tính điện đặc biệt.

La sự hình thành điểm nối PN Nó thường xảy ra thông qua một quá trình gọi là doping, trong đó các tạp chất có chủ ý được đưa vào vật liệu bán dẫn. Ở vùng loại P, chất khử chất nhận (chẳng hạn như boron) được sử dụng, trong khi ở vùng loại N, chất khử chất cho (chẳng hạn như phốt pho) được sử dụng, như tôi đã đề cập trước đây. Quá trình này tạo ra một gradient nồng độ của các chất mang điện qua điểm nối, do đó thiết lập rào cản tiềm năng.

Khi đến hành vi của điểm nối PN này, có những đặc tính độc đáo khi bị phân cực theo các hướng khác nhau:

• En chuyển tiếp thiên vị, một điện áp được đặt theo hướng có lợi cho dòng điện chạy qua điểm nối. Trong trường hợp này, các hạt mang điện di chuyển qua hàng rào thế năng, cho phép dẫn điện.
• Ngược lại, trong khuynh hướng đảo ngược, điện áp đặt vào có tác dụng chống lại hàng rào tiềm năng, cản trở dòng điện. Ở trạng thái này, điểm nối PN hoạt động giống như một diode, cho phép dẫn điện theo một hướng và chặn nó theo hướng ngược lại.

Ngã ba PN là cơ sở của nhiều thiết bị điện tử. Ví dụ, điốt tận dụng đặc tính của điểm nối PN để cho phép dòng điện chạy theo một hướng và chặn nó theo hướng khác. Các bóng bán dẫn, nền tảng cho logic kỹ thuật số và khuếch đại tín hiệu, cũng được chế tạo bằng cách sử dụng các mối nối PN khác nhau, như trong trường hợp các BJT có thể có các mối nối NPN hoặc PNP...

Transistor BJT là gì?

El Transistor tiếp giáp lưỡng cực (BJT hoặc Transistor tiếp giáp lưỡng cực) Nó là một thiết bị điện tử trạng thái rắn bao gồm hai điểm nối PN rất gần nhau, cho phép tăng dòng điện, giảm điện áp và kiểm soát dòng điện qua các cực của nó. Sự dẫn điện trong loại bóng bán dẫn này liên quan đến các hạt mang điện của cả hai cực (lỗ dương và electron âm). BJT được sử dụng rộng rãi trong điện tử tương tự và một số ứng dụng điện tử kỹ thuật số, chẳng hạn như công nghệ TTL hoặc BiCMOS.

La Lịch sử của bóng bán dẫn lưỡng cực có từ năm 1947, khi John Bardeen và Walter Houser Brattain phát minh ra bóng bán dẫn lưỡng cực tiếp xúc điểm tại Công ty Điện thoại Bell. Sau đó, William Shockley đã phát triển bóng bán dẫn tiếp giáp lưỡng cực vào năm 1948. Mặc dù chúng rất cần thiết trong nhiều thập kỷ nhưng việc sử dụng chúng đã giảm dần do công nghệ CMOS trong các mạch tích hợp kỹ thuật số.

Cấu trúc của BJT bao gồm ba miền:

• Bộ phát (có độ pha tạp cao và có chức năng như bộ phát điện tích)
• Đế (thu hẹp và tách bộ phát khỏi bộ thu)
• Bộ sưu tập (phần mở rộng lớn hơn).

Lắng đọng epiticular là kỹ thuật sản xuất phổ biến. Trong hoạt động bình thường, điểm nối cơ sở-bộ phát được phân cực thuận, trong khi điểm nối cơ sở-bộ thu được phân cực ngược. Nguyên lý hoạt động bao gồm Phân cực phân cực trực tiếp của tiếp giáp cực phát và phân cực ngược của tiếp giáp cực thu. Các electron được đưa từ bộ phát tới bộ thu, cho phép khuếch đại tín hiệu. BJT được đặc trưng bởi trở kháng đầu vào thấp và có thể được mô hình hóa như nguồn dòng được điều khiển bằng điện áp hoặc nguồn dòng được điều khiển bằng dòng điện.

Hoạt động của bóng bán dẫn lưỡng cực

Về hoạt động, chúng ta có điều đó trong một bóng bán dẫn tiếp giáp lưỡng cực (BJT) ở cấu hình NPN, Tiếp giáp cực phát được phân cực thuận và tiếp giáp cực thu được phân cực ngược.. Sự khuấy trộn nhiệt cho phép các hạt mang điện từ bộ phát vượt qua hàng rào thế năng của đế phát và đến được bộ thu, được điều khiển bởi điện trường giữa đế và bộ thu. Trong hoạt động thông thường, điểm nối cực phát-bazơ được phân cực thuận, cho phép các electron được đưa vào vùng cực gốc và di chuyển về phía cực thu. Vùng cơ sở phải mỏng để giảm thiểu sự tái hợp sóng mang trước khi đến điểm nối cơ sở-bộ thu. Dòng cực thu-cực phát có thể được điều khiển bằng dòng cực phát (điều khiển dòng điện) hoặc bằng điện áp cực phát (điều khiển điện áp). Trong một bóng bán dẫn PNP thì ngược lại ...

Sự khác biệt với bóng bán dẫn đơn cực

Transitor có thể được phân thành hai loại chính: lưỡng cực và đơn cực. Các sự khác biệt chính Những gì chúng tôi tìm thấy giữa hai là:

• BJT hoặc lưỡng cực: Cũng giống như bóng bán dẫn đơn cực, bóng bán dẫn lưỡng cực cũng có các hạt mang điện dương và âm, nghĩa là có các vùng pha tạp P và N trong cấu trúc của chúng. Về phân cực, chúng có thể được phân cực trực tiếp hoặc ngược lại, tùy thuộc vào nhu cầu và có thể là loại NPN hoặc PNP. Về các chế độ vận hành, chúng có thể hoạt động ở chế độ hoạt động, chế độ cắt và chế độ bão hòa. Chúng được kiểm soát hiện tại và có mức tăng hiện tại được biểu thị bằng chữ β (beta). Tổn thất điện năng trong trường hợp này cao hơn so với bóng bán dẫn đơn cực và tốc độ của nó thường chậm hơn so với bóng bán dẫn đơn cực. Do đó, chúng thường được sử dụng trong các bộ khuếch đại tín hiệu tương tự và chuyển mạch tần số thấp, cùng nhiều loại khác. BJT dễ bị nhiễu hơn.
• FET hoặc đơn cực: Các bóng bán dẫn đơn cực hoặc hiệu ứng trường cũng sử dụng các hạt mang điện, nhưng ở đây chúng ta có các electron hoặc lỗ trống, tùy thuộc vào loại. Sự phân cực chính ở đây là ngược lại và các chế độ hoạt động chủ yếu ở trạng thái bão hòa. Trong trường hợp này chúng ta có các bóng bán dẫn được điều khiển bằng điện áp. Mức tăng hiện tại được thể hiện trong trường hợp này bằng độ dẫn điện, tổn thất điện năng ít hơn so với trường hợp lưỡng cực và chúng nhanh hơn. Vì lý do này, chúng thường được sử dụng cho các mạch chuyển mạch tần số cao và mạch kỹ thuật số. Những đơn cực ít bị ảnh hưởng bởi tiếng ồn.

Loại BJT (NPN và PNP)

Như tôi đã bình luận ở một số phần của bài viết, có hai loại chính của bóng bán dẫn BJT:

• Transitor NPN: Chúng là một phần của một trong hai loại bóng bán dẫn lưỡng cực cơ bản, trong đó các chữ cái “N” và “P” biểu thị các hạt mang điện đa số có trong các vùng khác nhau của thiết bị. Hiện nay, hầu hết các bóng bán dẫn lưỡng cực đều thuộc loại NPN, vì độ linh động của electron cao hơn độ linh động của các "lỗ" trong chất bán dẫn, do đó cho phép dòng điện cao hơn và tốc độ hoạt động cao hơn. Cấu trúc của bóng bán dẫn NPN bao gồm một lớp vật liệu bán dẫn pha tạp P, được gọi là "đế", nằm giữa hai lớp vật liệu pha tạp N. Trong cấu hình bộ phát chung, một dòng điện nhỏ chạy vào đế được khuếch đại ở mức đầu ra của đa tạp. Biểu tượng bóng bán dẫn NPN bao gồm một mũi tên chỉ vào cực bộ phát và hướng của dòng điện thông thường trong quá trình hoạt động của thiết bị.
• Transitor PNP: Loại bóng bán dẫn lưỡng cực thứ hai, chúng có các chữ cái “P” và “N” để chỉ các điện tích đa số ở các vùng khác nhau của thiết bị. Mặc dù ngày nay ít phổ biến hơn, bóng bán dẫn PNP bao gồm một lớp vật liệu bán dẫn pha tạp N giữa hai lớp vật liệu pha tạp P. Trong hoạt động thông thường, bộ thu được nối đất và bộ phát được nối với cực dương của nguồn. cấp điện thông qua tải điện bên ngoài. Một dòng điện nhỏ chạy vào đế cho phép dòng điện lớn hơn đáng kể chạy từ bộ phát đến bộ thu. Mũi tên trong biểu tượng bóng bán dẫn PNP nằm trên cực bộ phát và chỉ theo hướng dòng điện thông thường trong quá trình thiết bị hoạt động. Mặc dù mức độ phổ biến thấp hơn nhưng bóng bán dẫn NPN vẫn được ưa chuộng hơn trong hầu hết các trường hợp do hiệu suất tốt hơn.

Bạn có thể xem tất cả các chi tiết trong hình ảnh trên.

Ứng dụng của BJT

Transistor tiếp giáp lưỡng cực (BJT) được sử dụng trong nhiều ứng dụng trong điện tử, Tôi đã nhận xét về một số trường hợp trước đây, nhưng ở đây tôi chỉ cho bạn danh sách một số ứng dụng hoặc công dụng chính của các bóng bán dẫn này:

• Khuếch đại tín hiệu: BJT thường được sử dụng để khuếch đại tín hiệu yếu, chẳng hạn như tín hiệu từ cảm biến hoặc micrô, trong mạch tần số âm thanh và vô tuyến.
• Chuyển đổi: Chúng được sử dụng để điều khiển chuyển mạch dòng điện trong các mạch logic và kỹ thuật số, chẳng hạn như các công tắc điện tử, nhằm thực hiện các cổng logic.
• Bộ khuếch đại công suất: Chúng được sử dụng trong các giai đoạn khuếch đại công suất trong hệ thống âm thanh và bộ khuếch đại RF (tần số vô tuyến). Trên thực tế, một trong những ứng dụng đầu tiên mà các bóng bán dẫn này được thiết kế nhằm mục đích này nhằm thay thế các ống chân không trước đây.
• Fuentes de energygía: Chúng có thể được cấu hình để tạo ra dòng điện không đổi, rất hữu ích trong một số ứng dụng và mạch tham chiếu dòng điện nhất định. Bạn cũng sẽ tìm thấy chúng trong các hệ thống hoặc mạch điều chỉnh điện áp để duy trì điện áp không đổi ở đầu ra của nguồn điện.
• Bộ tạo dao động: Chúng được sử dụng trong các mạch dao động để tạo ra các tín hiệu định kỳ, chẳng hạn như trong các bộ tạo sóng hình sin.
• khuếch đại RF: Trong các hệ thống thông tin liên lạc, BJT được sử dụng trong các giai đoạn khuếch đại tín hiệu tần số vô tuyến.
• Biên độ và điều chế tần số: Chúng được sử dụng trong các mạch điều chế để thay đổi đặc tính của tín hiệu âm thanh hoặc RF. Chúng cũng có thể được triển khai trong một số cảm biến hoặc máy dò để xử lý tín hiệu.

Cách kiểm tra bóng bán dẫn BJT

Kiểm tra bóng bán dẫn BJT là rất quan trọng để đảm bảo nó hoạt động bình thường. Nếu muốn biết cách thực hiện, bạn chỉ cần một đồng hồ vạn năng hoặc đồng hồ vạn năng có chức năng này để kiểm tra các bóng bán dẫn lưỡng cực. Và cách thực hiện rất đơn giản, bạn chỉ cần làm theo các bước sau:

• NPN BJT: Trước tiên, bạn phải xác định các cực hoặc chân cực Emitter (E), Base (B) và Collector (C) mà bóng bán dẫn của bạn bao gồm. Tùy thuộc vào kiểu máy, bạn có thể tham khảo bảng dữ liệu để biết thêm chi tiết, mặc dù điều này rất dễ biết. Khi bạn đã xác định được các cực và đồng hồ vạn năng trong tay, việc tiếp theo là chỉ cần lắp các chân một cách chính xác vào các khe cho mục đích này. Nếu đồng hồ vạn năng của bạn không có chức năng này, bạn có thể sử dụng giải pháp thay thế khác:
  1. Đặt đồng hồ vạn năng ở chế độ kiểm tra bóng bán dẫn, nghĩa là quay bánh xe để chọn ký hiệu đo điện áp DC (V —).
  2. Chạm vào các chân mong muốn bằng đầu dò vạn năng:
     • Khi kiểm tra điểm nối BE hoặc Base-Emitter, bạn sẽ thấy điện áp đọc trên màn hình trong khoảng từ 0.6 đến 0.7v, tùy thuộc vào bóng bán dẫn.
     • Khi bạn kiểm tra điểm nối BC hoặc Base-Collector, bạn chạm vào các cực khác này và việc đọc điện áp sẽ tương tự như trên.
     • Để kiểm tra mức tăng hiện tại (hFE), hãy xoay nút xoay chọn sang chức năng hFE. Và bằng cách chạm vào bộ phát và đế, bộ phát và bộ thu bằng các đầu dò để xác định mức tăng hFE, đây sẽ là mối quan hệ giữa hai bộ phận này.
• BJT PNP: trong trường hợp khác này, việc xác minh cũng tương tự, chỉ theo cách ngược lại với NPN.

Nếu kết quả thu được là giá trị nằm ngoài mong đợi, bóng bán dẫn sẽ báo hiệu nó không hoạt động hoặc bị lỗi và cần được thay thế.

Mua BJT ở đâu

Nếu bạn muốn mua bóng bán dẫn BJT giá rẻ, bạn có thể thực hiện tại bất kỳ cửa hàng điện tử hoặc nền tảng trực tuyến chuyên dụng nào. Một nơi mà bạn sẽ tìm thấy các thiết bị BJT này là trên Amazon và chúng tôi khuyên bạn nên sử dụng những thiết bị này: