Transitor tiếp giáp lưỡng cực (BJTs) là thiết bị bán dẫn đóng một vai trò cơ bản trong mạch điện tử cho các ứng dụng khuếch đại và chuyển đổi. Đây là một loại transistor sử dụng cả đựơc cả điện tử và lỗ trống trong bán dẫn để kiểm soát dòng điện.
Chúng đã được sử dụng rộng rãi trong các ứng dụng khuếch đại và chuyển đổi kể từ khi được phát minh vào những năm 1950. Bài viết này sẽ thảo luận về nguyên tắc hoạt động, đặc điểm, loại, cấu hình và ứng dụng của transistor NPN-PNP.
Transistor tiếp giáp lưỡng cực là gì và đặc điểm của nó?
Transitor tiếp giáp lưỡng cực là một loại thiết bị bán dẫn hoạt động như bộ khuếch đại hoặc công tắc trong mạch điện tử. Nó được xây dựng bằng cách sử dụng ba lớp bán dẫn và hai kết nối pn. Ba lớp này được gọi là phát xạ, cơ sở và thu. Có hai loại Transitor tiếp giáp lưỡng cực: NPN (Âm-Dương-Âm) và PNP (Dương-Âm-Dương), dựa trên cách sắp xếp của các vật liệu bán dẫn.
Các đặc điểm chính của transitor tiếp giáp lưỡng cực là:
Nó hoạt động bằng dòng chảy của cả các chất mang đa số và chất mang thiểu số (lỗ và điện tử), do đó nó được gọi là transistor đa phương.Có thể thay đổi cấp độ khuếch đại hoặc tăng của dòng bằng cách điều chỉnh dòng cơ sở.
Transistor NPN-PNP có thể hoạt động ở chế độ hoạt động hoặc chế độ chuyển đổi dựa trên điều kiện đánh cảm.
Hai loại bóng bán dẫn tiếp giáp lưỡng cực là gì?
Hai loại chính của transistor NPN và PNP. Chúng được phân loại dựa trên quá trình tạo doping trong vật liệu bán dẫn của chúng.
Một sự khác biệt quan trọng giữa chúng là loại chất mang đa số.
Transistor NPN:
Transistor NPN bao gồm một vật liệu bán dẫn loại N được đặt giữa hai khu vực bán dẫn loại P. Cụ thể:
• Khu vực phát xạ được làm từ vật liệu bán dẫn loại N, được pha loãng bằng tác nhân nhiễm động như antimon hoặc phốt pho. Điều này làm cho electron tự do là chất mang đa số trong phát xạ.
• Khu vực cơ sở được làm từ vật liệu bán dẫn loại P, được pha loãng bằng tác nhân chấp nhận như bô-ron. Điều này dẫn đến lỗ là chất mang đa số trong cơ sở.
• Khu vực thu được hình thành từ một vật liệu bán dẫn loại P có pha loãng mạnh hơn so với cơ sở. Lỗ cũng là chất mang đa số ở đây.
Transistor PNP:
Transistor PNP có quá trình doping ngược lại – nó bao gồm một vật liệu bán dẫn loại P đặt giữa hai vật liệu loại N. Trong trường hợp này:
• Phát xạ được làm từ vật liệu bán dẫn loại P và lỗ là chất mang đa số.
• Cơ sở là một vật liệu loại N với electron là chất mang đa số.
• Thu cũng sử dụng một vật liệu loại N nhưng có pha loãng cao để tăng độ dẫn điện.
Ở cả hai loại, dòng chảy của electron hoặc lỗ có thể được điều chỉnh bằng cách biến đổi điện áp cơ sở để kiểm soát việc khuếch đại tín hiệu và hoạt động của thiết bị.
Cấu trúc cơ bản của một transistor chuyển động đối cực là gì?
Transistor chuyển động đối cực có một cấu trúc cơ bản bao gồm chỉ ba vùng bán dẫn được doping để tạo thành các chân chính – phát xạ, cơ sở và thu. Cụ thể cho một transistor NPN:
Vùng Phát xạ: Đây là một phần mỏng của transistor mở rộng về phía trước. Nó được pha loãng mạnh bằng tác nhân nhiễm động hoặc loại N (như arsenic hoặc phốt pho) để làm cho nó dẫn điện mạnh mẽ.
Vùng Cơ sở: Đặt giữa các vùng phát xạ và thu, cơ sở rất mỏng – thường ít hơn 1 micromet. Nó được pha loãng nhẹ bằng tác nhân chấp nhận hoặc loại P (như boron).
Vùng Thu: Tạo thành phần sau của transitor tiếp giáp lưỡng cực, thu được pha loãng mạnh với tác nhân loại P để làm cho nó dẫn điện mạnh mẽ. Nó có diện tích bề mặt lớn nhất trong ba vùng.
Các vùng bán dẫn được doping này được tạo ra trên một chất bán dẫn sử dụng quá trình bốc hơi hóa hóa học hữu cơ kim loại hoặc quá trình truyền dẫn / cấy ion trong quá trình sản xuất transitor tiếp giáp lưỡng cực. Các kết nối ba chân – phát xạ, cơ sở và thu – được tạo ra bằng các tiếp xúc Ohmic từ hợp kim kim loại.
Lớp cách điện và lớp bảo vệ rất mỏng được phủ để che phủ bề mặt và các cạnh của chất bán dẫn để tránh dòng rò bề mặt. Cấu trúc heterojunction đơn giản này được tạo ra bởi các PN junction cho phép dòng điện tử hoặc lỗ di chuyển giữa các vùng dựa trên các điều kiện đánh cảm, cho phép sử dụng như một bộ khuếch đại hoặc công tắc.
Tại sao lại sử dụng transistor chuyển động đối cực?
Transistor chuyển động đối cực thường được sử dụng cho các mục đích sau:
Khuếch đại: Do tính chất khuếch đại dòng, transistor chuyển động đối cực được sử dụng rộng rãi để khuếch đại tín hiệu trong bộ khuếch đại âm thanh, máy thu radio, v.v.
Chuyển đổi: Transistor chuyển động đối cực có thể được sử dụng hiệu quả như công tắc bằng cách áp dụng các điều kiện đánh cảm nhất định trong mạch số.
Dao động: Transistor chuyển động đối cực hỗ trợ trong việc tạo ra tín hiệu dao động cho các ứng dụng khác nhau khi được sử dụng trong mạch dao động.
Ứng dụng của transistor chuyển động đối cực là gì?
Bộ khuếch đại âm thanh: Bộ khuếch đại âm thanh transitor tiếp giáp lưỡng cực được sử dụng rộng rãi trong các hệ thống âm thanh tại nhà hoặc trong ô tô để khuếch đại tín hiệu âm thanh.
Máy thu Radio: Trong giai đoạn tần số radio (RF) của máy thu, transistor chuyển động đối cực hỗ trợ trong khuếch đại tín hiệu và trộn.
Điện tử số: transitor tiếp giáp lưỡng cực thực hiện các phép toán logic như AND, OR, NOT trong mạch số học như công tắc điện tử.
Cảm biến Nhiệt độ: Đặc điểm của transitor tiếp giáp lưỡng cực thay đổi theo nhiệt độ, điều này được sử dụng trong các ứng dụng cảm biến nhiệt độ.
Khác biệt giữa BJT và MOSFET là gì?
BJT sử dụng cả electron và lỗ như là các chất mang dòng, trong khi MOSFET chủ yếu sử dụng một loại chất mang dòng – electron cho NMOS và lỗ cho PMOS.
Luồng dòng của BJT được kiểm soát bởi dòng cơ sở, trong khi luồng dòng của MOSFET được kiểm soát bởi điện áp cổng.
BJT yêu cầu một dòng cơ sở liên tục để hoạt động, trong khi không có dòng DC liên tục nào chảy vào cổng của MOSFET.
BJT có độ trở đầu vào thấp và độ trở đầu ra cao, trong khi MOSFET có độ trở đầu vào cao và độ trở đầu ra thấp.
Các cấu hình transistor chuyển động đối cực khác nhau là gì?
Cơ sở Chung (CB): Đầu vào ở cơ sở, đầu ra ở thu và nguồn điện ở phát xạ. Được sử dụng như một bộ khuếch đại áp.
Emitter Chung (CE): Đầu vào ở cơ sở, đầu ra ở thu và nguồn điện ở thu. Là cấu hình được sử dụng rộng rãi nhất.
Collector Chung (CC): Đầu vào ở cơ sở, đầu ra ở phát xạ và nguồn điện ở thu. Được sử dụng như một bộ đệm dòng.
Chế độ hoạt động của một transistor chuyển động đối cực là gì?
Transistor chuyển động đối cực có thể được vận hành trong hai chế độ:
Chế độ hoạt động: Transistor được đánh dấu theo chiều thuận được sử dụng cho khuếch đại. Nó cho phép một dòng cơ sở nhỏ để kiểm soát một dòng thu lớn hơn nhiều.
Chế độ Cắt/Sat: Transistor được đánh dấu theo chiều ngược được sử dụng cho các ứng dụng chuyển mạch. Nó hoạt động như một công tắc mở/đóng.
Những vấn đề phổ biến của transistor chuyển động đối cực là gì?
Chạy nhiệt: Dòng điện cao gây ra bởi sự tăng nhiệt độ dẫn đến việc tăng nhiệt độ, dẫn đến hỏng hóc.
Dòng rò: Rò rỉ ở kết nối hoặc bề mặt gây ra các dòng thấp không mong muốn ảnh hưởng đến hiệu suất.
Hiệu ứng ký sinh: Làm bất ổn từ tính/dung tích ký sinh gây ra các vấn đề như dao động ở tần số cao.
Sự phá vỡ phụ: Vượt quá vùng hoạt động an toàn, điện áp qua các kết nối kích hoạt sự phá hủy.
Kết luận
Tóm lại, các transistor chuyển động đối cực là các thiết bị điện tử cơ bản có khả năng khuếch đại, chuyển mạch và xử lý tín hiệu.
Transistor chuyển động đối cực là hệ thống cốt lõi của nhiều mạch điện tử. Hiểu về cách hoạt động của transistor chuyển động đối cực là rất quan trọng cho việc thiết kế và phát triển các hệ thống điện tử khác nhau.
Transitor tiếp giáp lưỡng cực đã gây ra một tác động lớn trong ngành điện tử và vẫn giữ vững tầm quan trọng bất kể việc MOSFET có những tính năng ưu việt cho một số ứng dụng.
Transitor tiếp giáp lưỡng cực vẫn tiếp tục tồn tại và tìm ứng dụng trong một số lĩnh vực đặc biệt do thiết kế đơn giản của chúng.
Là một thiết bị bán dẫn kiểm soát dòng điện trong mạch điện tử, hoạt động như bộ khuếch đại hoặc công tắc.
NPN (Âm-Dương-Âm) và PNP (Dương-Âm-Dương).
Nó hoạt động dựa trên nguyên tắc của việc tiêm chất mang thiểu số, khuếch đại và kiểm soát dòng điện chảy giữa các lớp bán dẫn khác nhau.
