איור 1: טרנזיסטורים של צומת דו קוטבי
טרנזיסטורים של צומת דו קוטבי (BJTS) נדרשים באלקטרוניקה לצורך הגברה ומיתוג.כדי להבין את השימוש המעשי שלהם, זה עוזר להכיר כמה יסודות של מוליכים למחצה, כולל ההבדלים בין חומרים מסוג P ו- N N ו- N וכיצד צומת PN פועלים.BJTs מווסתים את הזרם על ידי שליטה בתנועת האלקטרונים והחורים.
BJTs הם המפתח בעיצוב מגברים יעילים.הם מגבירים אותות חלשים, מה שהופך אותם לשימושיים במכשירי שמע, ציוד רפואי וטלקומוניקציה.לדוגמה, במגבר שמע, BJT יכול להגביר את אותות הקול ממכשיר נייד כדי להניע רמקולים, לספק שמע ברורה וקולנית.
במיתוג יישומים, BJTS מנהלים פעולות לוגיות במעגלים דיגיטליים וזרימת כוח בקרה במערכות חשמל.במהלך פעולת מיתוג, BJT מתחלף במהירות בין מצבי ניתוק לרוויה, ומשמש כמתג אלקטרוני לכוח שליטה במכשירים כמו מחשבים ומכשירים חכמים.
איור 2: מבנה טרנזיסטורי צומת דו קוטבי (BJTS)
טרנזיסטור צומת דו קוטבי (BJT) הוא מרכיב בסיסי באלקטרוניקה, המורכב משלוש שכבות של חומר מוליך למחצה.שכבות אלה מוגדרות כ- P-N-P או N-P-N, כל אחת עם דפוס סמים ספציפי.השכבות החיצוניות הן הפולט והאספן, ואילו השכבה המרכזית פועלת כבסיס.כל שכבה מחוברת למעגלים חיצוניים דרך לידים מתכתיים, ומאפשרת לשלב את ה- BJT במערכות אלקטרוניות שונות.
BJTs מתפקדים בעיקר כמכשירים מבוקרים בזרם, המסוגלים לשלוט ולהגביר זרמים חשמליים.בפעולה, הפולט מציג נושאי מטען (אלקטרונים ב- NPN, חורים ב- PNP) לבסיס, שם נשאים אלה נמצאים במיעוט.הבסיס נעשה במכוון דק ומסומם קלות כדי לאפשר לרוב המובילים הללו לעבור לאספן מבלי להתייצב מחדש.האספן, גדול יותר ומסומם בכבדות יותר, לוכד את המנשאים הללו כדי להתמודד עם זרמים ומתחים גבוהים יותר.
לצורך פעולה אפקטיבית, BJTs דורשים הטיה מתאימה עם מתחים חיצוניים המופעלים על המסופים שלהם.צומת הבסיס של פולט מוטה קדימה כדי להקל על זרימת הנשאים, ואילו צומת בסיס האספן מוטה הפוך כדי לחסום את זרימת המנשא.סידור זה מאפשר לזרם בסיס קטן לשלוט בזרם פולט גדול בהרבה.היחס בין זרמים אלה, המכונה הרווח הנוכחי, הוא המפתח ליישומי BJT.כיוון הזרימה הנוכחי ב- BJTs תלוי בסוג הטרנזיסטור.בטרנזיסטורים של NPN, אלקטרונים זורמים מהפולט לאספן, ואילו בטרנזיסטורים PNP, חורים נוסעים מהפולט לאספן.הכיוון של זרימת הזרם המקובלת מסומן על ידי חץ על רגל הפולט בסמל הסכמטי של הטרנזיסטור: כלפי חוץ עבור NPN ופנימיות עבור PNP.
איור 3: אזורים תפעוליים של טרנזיסטורים צומת דו קוטבי
טרנזיסטורים של צומת דו קוטבי (BJTS) פועלים בשלושה אזורים ראשוניים: פעילים, רוויה וניתוק.כל אזור מוגדר על ידי תנאי ההטיה של צומת הבסיס הפולט והבסיס של אספן, המשפיעים ישירות על תפקידו של הטרנזיסטור במעגלים.
אזור פעיל: צומת הבסיס של פולט מוטה קדימה, וצומת בסיס האספן מוטה הפוך.תצורה זו מאפשרת ל- BJTs לתפקד כמגברים לינאריים.כאן, שינוי קטן בזרם הבסיס מביא לשינוי גדול בהרבה בזרם האספן.מאפיין זה נדרש להגברת האות, כאשר הטרנזיסטור מגביר את אות קלט לפלט גדול משמעותית מבלי להגיע למוליכות מלאה.
אזור הרוויה: גם צומת הבסיס הפולט וגם הבסיס של אספן מוטים קדימה.זה מכניס את הטרנזיסטור למצב "על" באופן מלא ", בדומה למתג סגור, שם מקסימום זרם האספן, מתקרב למגבלת הרוויה שלו.אזור זה מסתפק באלקטרוניקה דיגיטלית, שם טרנזיסטורים צריכים להפעיל ולכבות במהירות, ומספקים אותות ברורים ומובחנים לפעולות לוגיות בינאריות.
אזור ניתוק: שני הצמתים מוטים הפוך, ומכבים את הטרנזיסטור לחלוטין ".במצב זה, זרם האספן יורד לאפס, בדומה למתג פתוח.מצב זה נדרש לבקרת מסלולי מעגלים ביישומים דיגיטליים, מה שמבטיח כי אין זרם זרם כאשר הטרנזיסטור נועד להיות כבוי.
טרנזיסטורים של צומת דו קוטבי (BJTS) מסווגים לשני סוגים עיקריים המבוססים על סידורי הסמים שלהם וכיוון זרימת הזרם: PNP ו- NPN.לכל סוג מאפיינים מבניים ותפעוליים ייחודיים המתאימים ליישומים ספציפיים.
איור 4: טרנזיסטור צומת דו קוטבי של PNP
בטרנזיסטורים של PNP, השכבה המרכזית מסוג N נדבקת בין שתי שכבות מסוג P, ומשמשת כפולט וכאספן.בתצורה זו, חורים הם נושאי המטען העיקריים.כאשר צומת הבסיס של פולט מוטה קדימה, חורים זורמים מהפולט לבסיס.מכיוון שהבסיס דק ומסומם קלות, מרבית החורים עוברים לאספן, שהוא מוטה הפוך, ומונע זרימת אלקטרונים בכיוון ההפוך.הגדרה זו מאפשרת הגברה נוכחית אפקטיבית, כאשר זרם בסיס קטן שולט בזרם גדול בהרבה מהפולט לאספן.
איור 5: טרנזיסטור צומת דו קוטבי של NPN
לטרנזיסטורים של NPN יש שכבה מרכזית מסוג P הניתוח על ידי חומרים מסוג N.כאן, אלקטרונים הם נושאי המטען העיקריים.צומת הבסיס קדימה קדימה מאפשרת לאלקטרונים לזרום מהפולט לבסיס.כמו בסוג ה- PNP, צומת הבסיס המוטה-מוטה הפוך חוסם את זרימת החור מהאספן לבסיס, ומאפשר זרימת אלקטרונים גדולה יותר מהפולט לאספן.טרנזיסטורים של NPN יעילים במיוחד ביישומים הדורשים ניידות אלקטרונים גבוהה, כמו מעגלי מיתוג במהירות גבוהה ומגבר.
הן בטרנזיסטורים של PNP והן ב- NPN, כיוון זרימת הזרם (זרם קונבנציונאלי, מחיובי לשלילי) וסוג נושאי המטען הם המפתח להבנת האופן בו BJTs שולטים ומגברים זרם.
ניתן להשתמש בטרנזיסטורים של צומת דו קוטבי (BJTS) בשלוש תצורות עיקריות במעגלים אלקטרוניים: בסיס משותף, פולט נפוץ ואספן נפוץ.לכל תצורה מאפיינים חשמליים ייחודיים המתאימים ליישומים שונים.
איור 6: תצורת בסיס נפוצה
בתצורת הבסיס הנפוצה, מסוף הבסיס משותף בין מעגלי הקלט והפלט, ומשמש כקרקע לאותות AC.הגדרה זו מספקת רווח מתח גבוה אך רווח זרם מינימלי, מה שהופך אותו לאידיאלי ליישומים הזקוקים להגברה מתח יציבה, כמו מגברי RF.כאן, זרם הבסיס אינו משפיע על הפלט, ומבטיח ביצועים עקביים אפילו עם תנאי אות משתנים.
איור 7: מאפייני קלט בסיס נפוצים
בתצורת טרנזיסטור בסיס נפוצה, הניתוח של מאפייני הקלט בוחן כיצד זרם הפולט (IE) משתנה עם שינויים במתח פולט הבסיס (VBE) תוך שמירה על קבוע מתח אספן (VCB).בדרך כלל, VBE זומם על ציר ה- X כנגד IE בציר ה- Y.החל מ- VCB של אפס וולט, עלייה ב- VBE מובילה לעלייה מקבילה ב- IE, המתארת את הקשר בין מתח קלט לזרם כאשר מתח היציאה קבוע.מכיוון ש- VCB מוגדל לערך יציב גבוה יותר, כמו 8 וולט, ו- VBE עולה מאפס, עקומת מאפייני הקלט עוברת משמרות בגלל מתח חתוך נמוך יותר.שינוי זה נובע מהצמצום של אזור ההידלדלות בצומת בסיס פולט, המונע על ידי ההטיה ההפוכה המוגברת ברמות VCB גבוהות יותר, ובכך משפר את הזרקת נושאי המטען מהפולט לבסיס.
איור 8: מאפייני פלט בסיס נפוצים
חקר מאפייני הפלט כרוך בחקר כיצד משתנה זרם האספן (IC) עם וריאציות במתח בסיס אספן (VCB) תוך שמירה על קבוע זרם הפולט (IE).בתחילה, IE מוגדר לאפס MA לנתח את הטרנזיסטור באזור הניתוק.במצב זה, עליות ב- VCB השפעה מועטה על IC, מה שמצביע על כך שהטרנזיסטור אינו מוליך.
כאשר ה- IE מוגבר באופן מצטבר, למשל ל- 1 MA, ו- VCB מגוון, הטרנזיסטור פועל באזור הפעיל שלו בו הוא פועל בעיקר כמגבר.מאפייני הפלט מתוארים באמצעות עקומות שנשארות יחסית שטוחות ככל ש- VCB גדל עם IE קבוע.
איור 9: תצורת פולט נפוצה
תצורת הפולט הנפוצה היא הפופולרית ביותר בגלל מאפייני ההגברה החזקים שלה, ומציעה גם זרם משמעותי וגם רווח מתח.הקלט מיושם בין הבסיס לפולט, והתפוקה נלקחת על פני צומת פולט האספן.הגדרה זו הופכת אותה למגוונת, ומתאימה להגברת אותות שמע באלקטרוניקה צרכנית ומשמשת כאלמנט המיתוג במעגלים דיגיטליים.ההגברה היעילה והיכולת שלה להניע עומסים הופכים אותו לשימוש נרחב ביישומים שונים.
איור 10: מאפייני קלט פולט נפוצים
בתצורת הפולט הנפוצה, הבנת התנהגות מעגל הקלט חיונית לתפיסת פעולת הטרנזיסטור.התהליך מתחיל במתח פולט הבסיס (VBE) באפס וגובר בהדרגה תוך שמירה על מתח פולט אספן (VCE) באפס.בתחילה, זרם הבסיס (IB) עולה ומציג הטיה קדימה דמוית דיודה בצומת פולט הבסיס.גרפים ממחישים זאת עם עלייה תלולה ב- IB ככל שעולה VBE, ומדגישים את רגישות המתח של הצומת.
כאשר VCE מוגדר לערך גבוה יותר, כמו 10 וולט, החל שוב מאפס VBE, עקומת מאפייני הקלט עוברת באופן בולט.שינוי זה מתרחש מכיוון שההטיה ההפוכה בצומת בסיס האספן מרחיבה את אזור ההידלדלות.כתוצאה מכך, יש צורך ב- VBE גבוה יותר בכדי להשיג את אותו IB כמו קודם.
איור 11: מאפייני תפוקת פולט נפוצים
כדי לחקור את מאפייני הפלט במערך פולט נפוץ, קבע זרם בסיס קבוע (IB), כמו 20 μA, ולשנות את מתח פולש האספן (VCE).שיטה זו ממפה את התנהגות הטרנזיסטור מניתוק לרוויה, ומראה קשר ברור בין הגדלת VCE לזרם האספן (IC) שהתקבל ..
אזור הרוויה חשוב במיוחד, כאשר הטרנזיסטור מתנהל ביעילות.כאן, גם צומת הבסיס הפולט וגם הבסיס של אספן מוטים קדימה, וגורמים לעלייה מהירה ב- IC עם עלייה קטנה ב- VCE.
איור 12: תצורת אספן נפוצה
לתצורת האספנים הנפוצה, המכונה גם עוקב הפולט, יש עכבת קלט גבוהה ועכבת תפוקה נמוכה.אות הקלט מוחל על הבסיס, והפלט נלקח מהפולט, העוקב מקרוב אחר מתח הקלט.הגדרה זו מספקת רווח מתח אחדות, כלומר מתח היציאה כמעט תואם את מתח הכניסה.הוא משמש בעיקר למאגר מתח, מה שהופך אותו לשימושי לממשק מקורות עכבים גבוהים עם עומסי עכבה נמוכים, ומשפר את שלמות האות ללא הגברה משמעותית.
איור 13: מאפייני קלט אספנים נפוצים
לתצורת האספנים הנפוצה, המכונה חסיד הפולט מכיוון שהפלט עוקב אחר הקלט, יש מאפייני קלט ייחודיים.כדי לחקור את אלה אנו משתנים את מתח אספקת הבסיס (VBC) תוך שמירה על מתח הפלט (VEC) קבוע, החל משלושה וולט.ככל ש- VBC עולה מאפס, זרם הקלט (IB) מתחיל לעלות, ומגיב ישירות לשינויים ב- VBC.קשר זה מוצג באופן גרפי כדי לתאר כיצד הטרנזיסטור מגיב לכניסה מצטברת משתנה.
כאשר VEC מוגבר לרמות גבוהות יותר, אנו צופים כיצד מאפייני הקלט משתנים, ומדגישים את התאמת הטרנזיסטור למתחי יציאה גבוהים יותר.מידע זה חיוני להבנת התנגדות הקלט הגבוהה של תצורת האספנים הנפוצה, אשר מועילה ליישומי התאמת עכבה, ומזערת אובדן האות בין השלבים.
איור 14: מאפייני תפוקת אספן נפוצים
כדי לבחון את מאפייני הפלט של תצורת האספנים הנפוצים, אנו מקדירים את זרם הקלט ומשתנים את מתח הפלט (VEC).ללא זרם קלט, הטרנזיסטור נותר לא מוליך, באזור הניתוק.ככל שזרם הקלט גדל, הטרנזיסטור נכנס לאזור הפעיל שלו, ומיפוי הקשר בין זרם הפולט (IE) ל- VEC.מיפוי זה מדגים את התנגדות הפלט הנמוכה של תצורה זו, מועילה ליישומי חיץ מתח.
BJTs מוערכים באלקטרוניקה על יכולות ההגברה המצוינות שלהם.הם נדרשים במעגלים הזקוקים לעלייה משמעותית במתח ובזרם.טרנזיסטורים אלה מספקים רווחי מתח גבוה ועובדים ביעילות במצבים שונים: פעילים, הפוך, רוויה וניתוק.לכל מצב יתרונות ספציפיים, מה שהופך את BJTs למגוונים ליישומים אלקטרוניים שונים.במצב פעיל, BJT יכול להגביר אותות חלשים ללא רווי, אידיאלי למשימות הגברה ליניאריות.הם גם מטפלים היטב באותות בתדר גבוה, וזה שימושי במערכות תקשורת RF (תדר רדיו).יתר על כן, BJTs יכולים לתפקד כמתגים, מה שהופך אותם למתאימים למגוון רכיבים ומערכות אלקטרוניות, החל מתגי איתות פשוטים ועד מעגלי לוגיקה מורכבים.
עם זאת, ל- BJTs יש כמה חסרונות.הם מועדים לחוסר יציבות תרמית, כלומר שינויי טמפרטורה יכולים להשפיע על ביצועיהם, ולגרום לחוסר יעילות או לרעש בתפוקה.זהו נושא משמעותי ביישומי דיוק.חוץ מזה, בהשוואה ל- FETs, ל- BJTs יש מהירויות מיתוג איטיות יותר וצורכים יותר כוח, שהוא חסרון באלקטרוניקה מודרנית הדורשים מיתוג מהיר ויעילות אנרגטית.תגובה איטית יותר וצריכת חשמל גבוהה יותר מגבילים את השימוש בהם ביישומים מסוימים במהירות גבוהה ורגישות כוח, שבהם FETs, עם הביצועים המהירים והיעילים שלהם יותר באנרגיה, עשויים להיות מתאימים יותר.
BJTs ממלאים תפקיד מתעקש במעגלים אלקטרוניים רבים, במיוחד בהגברה ומיתוג.הם נדרשים למעגלים הזקוקים לשליטה מדויקת על הגברה של שמע, זרם ומתח.בעיצובים של מגבר, טרנזיסטורים של NPN מועדפים לרוב על פני סוגי PNP מכיוון שאלקטרונים, שהם נושאי המטען בטרנזיסטורים של NPN, נעים מהר ויעיל יותר מאשר חורים, נושאי המטען בטרנזיסטורי PNP.התוצאה היא ביצועי הגברה טובים יותר.
BJTs משמשים במגוון יישומים, החל ממכשירי שמע קטנים ועד מכונות תעשייתיות גדולות.בהגברת שמע הם מגבירים אותות זעירים ממיקרופונים לרמות המתאימות לרמקולים.במעגלים דיגיטליים, יכולתם לעבור במהירות מאפשרת להם לפעול כמתגים בינאריים, מסוכנים לפעולות לוגיות במחשבים.
בנוסף, יש צורך ב- BJTs במתנדים ובמודולטורים ונדרשים לייצור אותות ושינוי בתקשורת.יכולת המיתוג המהירה שלהם ויכולת להתמודד עם רמות כוח שונות הופכות אותם לרכיבי המפתח בייצור אותות מבוססי תדרים.
ההתקדמות בטכניקות סמים מוליכים למחצה היו המפתח ליצירת סוגי BJT חדשים, כמו מיקרו-סגסוגת, מיקרו-סגסוגת מפוזרת וטרנזיסטורים שלאחר סגסוגת.גרסאות חדשות אלה הראו שיפורים משמעותיים במהירות וביעילות האנרגיה, ועומדים בביקוש הגובר לרכיבים אלקטרוניים מהירים ואמינים יותר.
פריצת דרך בפיתוח BJT הייתה הצגת הטרנזיסטור המפוזר והטרנזיסטור המישורי.חידושים אלה הפכו את תהליך הייצור ליעיל יותר, מה שמאפשר שילוב של BJTs למעגלים קטנים ומורכבים יותר.התקדמות זו סללה את הדרך לייצור המוני של מעגלים משולבים, אשר בתורם הניעו התקדמות מהירה באלקטרוניקה צרכנית.כיום, BJTs נמצאים במגוון רחב של יישומים, מחשוב ותקשורת למערכות אוטומציה ובקרה.נוכחותם המתמשכת בשדות אלה מדגישה את חשיבותם המתמשכת ואת יכולת ההסתגלות שלהם באלקטרוניקה מודרנית.
טרנזיסטורים של צומת דו קוטבי (BJTS) הם אינטגרליים לאלקטרוניקה מודרנית, ומספקים פתרונות חזקים להגברה ולמעבר על פני ספקטרום של יישומים.באמצעות בחינה מפורטת של תכנון, פעילותם וניואנסים של הפונקציונליות שלהם באזורים שונים-פעילים, רוויה וניתוק-BJTs מדגימים גמישות ויעילות מדהימים שהם דינאמיים הן לשלמות האות והן לניהול כוח במעגלים אלקטרוניים.
למרות מגבלות מסוימות, כמו חוסר יציבות תרמית וחוסר יעילות יחסית בהשוואה לטרנזיסטורים של אפקט שדה (FETs), BJTs ממשיכים להתפתח עם התקדמות בטכנולוגיית מוליכים למחצה, מה שמבטיח את הרלוונטיות שלהם בנוף המתפתח של התכנון האלקטרוני.התועלת המתמשכת שלהם בהגברת אותות חלשים, ניהול כוח ביעילות, ובעלייתו במהירות בין המדינות מבססות את תפקידם החובה שלהם באלקטרוניקה אנלוגית ודיגיטלית, ממכשירי שמע בסיסיים למערכות חישוב מתוחכמות.הפיתוח והעידון המתמשך של BJTs, המסומנים על ידי חידושים כמו הטרנזיסטור המישוריים והפוזר, מדגישים את תרומתם הרצינית להתקדמותם ואמינותם של רכיבים ומערכות אלקטרוניות עכשוויות.
טרנזיסטור דו קוטבי הוא מכשיר מוליך למחצה המורכב משלוש שכבות של חומר מסומם, ויוצר שני צומת P-N.שלושת האזורים נקראים הפולט, הבסיס והאספן.הפולט מסומם בכבדות כדי להזריק נושאי מטען (אלקטרונים או חורים) לבסיס, שהוא דק מאוד ומסומם קלות כדי לאפשר מעבר קל של נשאים אלה לאספן, המסומם בינוני ונועד לאסוף נשאים אלה.
טרנזיסטורים דו קוטביים מציגים שלושה מאפיינים עיקריים:
הגברה: הם יכולים להגביר אות קלט, ומספק פלט גדול יותר.
מיתוג: הם יכולים לפעול כמתגים, להפעיל (מוליך) או כבוי (לא מוליך) על בסיס אות הקלט.
בקרת זרם: הזרם בין האספן לפולט נשלט על ידי הזרם הזורם דרך הבסיס.
התפיסה האולטימטיבית העומדת מאחורי טרנזיסטור דו קוטבי הוא יכולתו לשלוט ולהגביר את הזרם.הוא פועל כמכשיר מונע זרם, בו זרם קטן הנכנס לבסיס שולט בזרם גדול יותר הזורם מהאספן לפולט.זה הופך אותו לכלי יעיל להגברת אותות במעגלים אלקטרוניים שונים.
המטרה העיקרית של טרנזיסטור צומת דו קוטבי היא לתפקד כמגבר זרם.על ידי מינוף זרמי בסיס קטנים לשליטה על זרמי פולט-אספנים גדולים יותר, BJTs משמשים תפקידי מפתח בהגברה ומיתוג יישומים במעגלים אלקטרוניים.
הבסיס של טרנזיסטור צומת דו קוטבי ממלא תפקיד רציני בבקרת פעולת הטרנזיסטור.זה משמש כשומר סף עבור נושאי האישום.הזרם המיושם על הבסיס מווסת את מספר המובילים המסוגלים לחצות מהפולט לאספן, ובכך שולט בזרימת הזרם הכוללת דרך הטרנזיסטור.מניפולציה של זרם בסיס קטן זה מאפשרת לטרנזיסטור להשיג הגברה של אות או לפעול כמתג אלקטרוני.
אנא שלח בירור, נגיב מייד.
ב- 2024/06/14
ב- 2024/06/13
ב- 1970/01/1 2946
ב- 1970/01/1 2502
ב- 1970/01/1 2091
ב- 0400/11/9 1898
ב- 1970/01/1 1765
ב- 1970/01/1 1714
ב- 1970/01/1 1662
ב- 1970/01/1 1567
ב- 1970/01/1 1550
ב- 1970/01/1 1519