Bipolar Kavşak Transistörü (BJT) - Yapım ve Operasyonel Ayrıntılar

İki kutuplu bir transistör veya BJT, küçük sinyal giriş voltajlarını ve akımlarını önemli ölçüde daha büyük çıkış sinyali voltajlarına ve akımlarına yükseltebilen veya değiştirebilen 3 terminalli yarı iletken bir cihazdır.

Bipolar Kavşak Transistörü BJT'leri Nasıl Evrildi?

1904-1947 yılları arasında, vakum tüpü tartışmasız büyük merakın ve büyümenin elektronik cihazıydı. 1904 yılında, vakum tüp diyotu J. A. Fleming tarafından piyasaya sürüldü. Kısa bir süre sonra, 1906'da Lee De Forest, cihazı kontrol ızgarası olarak bilinen, ilk amplifikatörü üreten ve triyot olarak adlandırılan üçüncü bir özellik ile geliştirdi.

Sonraki yıllarda, radyo ve televizyon, tüp işine büyük bir ilham kaynağı oldu. Üretim 1922'de 1 milyon tüpten 1937'de 100 milyona çıktı. 1930'ların başında 4 element tetrode ve 5 element pentot elektron tüpü işinde popülerlik kazandı.

Sonraki yıllarda imalat sektörü en önemli sektörlerden biri haline geldi ve bu modellerde, üretim yöntemlerinde, yüksek güç ve yüksek frekans uygulamalarında ve minyatürleştirme yönünde hızlı iyileştirmeler yaratıldı.

Bununla birlikte, 23 Aralık 1947'de elektronik endüstrisi, tamamen yeni bir 'ilgi yönü' ve gelişmeye tanık olacaktı. Gün ortasında Walter H. Brattain ve John Bardeen'in Bell Telephone Laboratories'de ilk transistörün güçlendirici işlevini sergilediği ve kanıtladığı ortaya çıktı.

İlk transistör (nokta temaslı bir transistör şeklindeydi) Şekil 3.1'de gösterilmektedir.

Görünüm inceliği: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Replica-of-first-transistor.jpg

Tüpün aksine bu 3 pimli katı hal ünitesinin olumlu yönleri anında fark edildi: Çok daha küçük olduğu, bir 'ısıtıcı' veya ısıtma kaybı olmadan çalışabileceği, kırılmaz ve güçlü olduğu, bakımdan daha verimli olduğu ortaya çıktı. güç kullanımı kolaylıkla depolanabilir ve erişilebilir, herhangi bir ilk ısınma başlangıcı gerektirmez ve çok daha düşük çalışma voltajlarında çalışır.

TRANSİSTÖR İNŞAAT

Bir transistör, temelde, 2 n tipi ve tek bir p tipi malzeme tabakasının kullanıldığı veya 2 p-tipi ve tek bir n-tipi malzeme tabakasının kullanıldığı 3 katmanlı yarı iletken malzemeden yapılmış bir cihazdır. İlk tip bir NPN transistörü olarak adlandırılırken, ikinci varyant PNP tipi transistör olarak adlandırılır.

Bu türlerin her ikisi de, uygun DC önyargısı ile şekil 3.2'de görselleştirilebilir.

Nasıl olduğunu zaten öğrendik BJT'lerin DC önyargısı gerekli operasyonel bölgeyi oluşturmak ve AC amplifikasyonu için gerekli hale gelir. Bunun için, yayıcı yan tabakası, daha az önemli ölçüde katkılanan taban tarafına kıyasla daha önemli ölçüde katkılıdır.

Dış katmanlar, p veya n tipi sandviç malzemelere kıyasla çok daha kalın katmanlarla oluşturulur. Yukarıdaki Şekil 3.2'de, bu tip için toplam genişliğin orta katmana oranının yaklaşık 0.150 / 0.001: 150: 1 olduğunu bulabiliriz. Sandviç katmanın üzerine uygulanan katkı ayrıca, tipik olarak 10: 1 veya hatta daha az değişen dış katmanlardan nispeten daha düşüktür.

Bu tür azaltılmış doping seviyesi, malzemenin iletim kapasitesini düşürür ve malzemenin miktarını kısıtlayarak direnç özelliğini arttırır. serbest hareket eden elektronlar veya 'serbest' taşıyıcılar.

Önyargı diyagramında, aygıtın terminallerinin yayıcı için E, toplayıcı için C ve taban için B büyük harfleri kullanılarak gösterildiğini de görebiliriz, ilerideki tartışmamızda bu önemin neden bu terminallere verildiğini açıklayacağım.

Ayrıca BJT terimi, bipolar transistörü kısaltmak için kullanılır ve bu 3 terminal cihazına atanır. 'Bipolar' ifadesi, zıt polarize bir maddeye göre doping işlemi sırasında yer alan deliklerin ve elektronların ilişkisini belirtir.

TRANSİSTÖR İŞLEMİ

Şimdi bir BJT'nin temel çalışmasını Şekil 3.2'nin bir PNP versiyonu yardımıyla anlayalım. Bir NPN muadilinin çalışma prensibi, elektronların ve deliklerin katılımı basitçe değiştirilirse tamamen benzer olacaktır.

Şekil 3.3'te görülebileceği gibi, PNP transistörü yeniden çizilerek, tabanın toplayıcıya olan önyargısı ortadan kaldırılmıştır. Tükenme bölgesinin büyük bir akışa neden olan indüklenen önyargı nedeniyle genişliğinin nasıl daraldığını görselleştirebiliriz. çoğunluk taşıyıcılar p- n-tipi malzemeler arasında.

Pnp transistörünün tabandan yayıcıya önyargısının Şekil 3.4'te gösterildiği gibi kaldırılması durumunda, çoğunluk taşıyıcıların akışı sıfır olur ve sadece azınlık taşıyıcıların akışına izin verir.

Kısaca bunu önyargılı bir durumda anlayabiliriz Bir BJT'nin bir p-n bağlantısı ters taraflı hale gelirken, diğer bağlantı ileriye doğru meyillidir.

Şekil 3.5'te, belirtilen çoğunluk ve azınlık taşıyıcı akışına neden olan bir pnp transistörüne uygulanan her iki ön gerilim voltajını görebiliriz. Burada, tükenme bölgelerinin genişliklerinden, hangi bağlantı noktasının ileri taraflı bir durumda çalıştığını ve hangisinin ters taraflı olduğunu açıkça görebiliriz.

Şekilde gösterildiği gibi, önemli miktarda çoğunluk taşıyıcı, ileriye doğru eğimli p-n bağlantısı boyunca n-tipi malzemeye yayılır. Bu aklımızda bir soru ortaya çıkarır, bu taşıyıcılar temel akım IB'yi teşvik etmek için herhangi bir önemli rol oynayabilir mi veya doğrudan p-tipi malzemeye akmasını sağlayabilir mi?

Sandviçlenmiş n tipi içeriğin inanılmaz derecede ince olduğu ve minimum iletkenliğe sahip olduğu düşünüldüğünde, bu taşıyıcılardan istisnai olarak birkaç tanesi, baz terminal boyunca bu özel yüksek direnç yolunu kullanacaktır.

Baz akımın seviyesi normalde yayıcı ve toplayıcı akımları için miliamperden ziyade mikroamper civarındadır.

Bu çoğunluk taşıyıcıların daha geniş aralığı, Şekil 3.5'te gösterildiği gibi, ters eğimli bağlantı boyunca kolektör terminaline bağlı p tipi malzemeye yayılacaktır.

Çoğunluk taşıyıcıların ters taraflı bağlantıdan geçmesine izin verilen bu görece kolaylığın arkasındaki asıl neden, indüklenen çoğunluk taşıyıcılarının n-tipi malzemede azınlık taşıyıcılar olarak ortaya çıktığı ters eğimli bir diyot örneğiyle hızlı bir şekilde gerçekleştirilir.

Başka bir deyişle, n-tipi temel bölge malzemesine azınlık taşıyıcılarının bir girişini buluyoruz. Bu bilgi ve diyotlar için tükenme bölgesindeki tüm azınlık taşıyıcılarının ters taraflı bağlantı noktasından geçmesi gerçeğiyle birlikte, Şekil 3.5'te gösterildiği gibi elektron akışına neden olur.

Şekil 3.5'teki transistörün tek bir düğüm olduğunu varsayarsak, aşağıdaki denklemi elde etmek için Kirchhoff'un mevcut yasasını uygulayabiliriz:

Bu da emitör akımının taban ve kollektör akımının toplamına eşit olduğunu gösterir.

Bununla birlikte, toplayıcı akımı, Şekil 3.5'te kanıtlandığı gibi çoğunluk ve azınlık taşıyıcılar olan birkaç unsurdan oluşur.

Buradaki azınlık akımı taşıyıcı eleman, kaçak akımı oluşturur ve ICO (açık yayıcı terminale sahip akım IC) olarak sembolize edilir.

Sonuç olarak, net kollektör akımı aşağıdaki denklem 3.2'de verildiği gibi oluşturulur:

Kollektör akımı IC, tüm genel amaçlı transistörler için mA cinsinden ölçülür, ICO ise uA veya nA cinsinden hesaplanır.

ICO, ters taraflı bir diyot gibi davranacaktır ve bu nedenle sıcaklık değişikliklerine karşı savunmasız olabilir ve bu nedenle, özellikle çok çeşitli sıcaklık aralığı senaryolarında çalışmak üzere tasarlanmış devrelerde test sırasında uygun şekilde özen gösterilmelidir, aksi takdirde sonuç büyük ölçüde olabilir. sıcaklık faktörü nedeniyle etkilenir.

Bununla birlikte, modern transistörlerin yapı düzenindeki birçok gelişmiş iyileştirme nedeniyle, ICO önemli ölçüde azaldı ve günümüzün tüm BJT'leri için tamamen göz ardı edilebilir.

Sonraki bölümde BJT'lerin ortak temel modda nasıl yapılandırılacağını öğreneceğiz.

Referanslar: https://en.wikipedia.org/wiki/John_Bardeen