טרנזיסטור דו קוטבי או BJT הוא מכשיר מוליך למחצה בעל 3 מסופים המסוגל להגביר או להחליף מתח וזרמי כניסת אות קטנים לזרמי אות יציאה גדולים משמעותית.
כיצד התפתח BJT טרנזיסטור צומת דו קוטבי
בשנים 1904–1947, צינור הוואקום היה ללא ספק המכשיר האלקטרוני בעל סקרנות וצמיחה רבה. בשנת 1904 הושקה דיודת צינור הוואקום על ידי ג'יי א 'פלמינג. זמן קצר לאחר מכן, בשנת 1906, לי דה פורסט שיפר את המכשיר באמצעות תכונה שלישית, המכונה רשת הבקרה, וייצרה את המגבר הראשון ושמה בשם הטריודה.
בעשורים שלאחר מכן, הרדיו והטלוויזיה גרמו השראה עצומה לעסקי הצינורות. הייצור עלה מכמיליון צינורות בשנת 1922 לכמאה מיליון בשנת 1937. בתחילת שנות השלושים של המאה הקודמת רכשו 4 אלמנטים טטרודה וחמש אלמנטים פנטודה פופולריות בעסקי צינורות אלקטרונים.
בשנים הבאות, ענף הייצור התפתח לאחד המגזרים החשובים ביותר, ונוצרו שיפורים מהירים עבור מודלים אלה, בשיטות הייצור, ביישומים בעלי הספק גבוה ותדירות גבוהה, ובכיוון של מיניאטורציה.
אולם, ב- 23 בדצמבר 1947, תעשיית האלקטרוניקה הייתה עדה לבואו של 'כיוון עניין' ושיפור חדש לגמרי. התברר באמצע היום שוולטר ה 'בראטיין וג'ון בארדין הציגו והוכיחו את פונקציית ההגברה של הטרנזיסטור הראשון במעבדות הטלפון של בל.
הטרנזיסטור הראשון (שהיה בצורה של טרנזיסטור קשר נקודתי) מודגם באיור 3.1.
תמונה באדיבות: https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Replica-of-first-transistor.jpg
ההיבטים החיוביים של יחידת מצב מוצק 3 פינים זו בניגוד לצינור ניכרו באופן מיידי: התברר שהיא קטנה בהרבה, יכולה לעבוד ללא 'תנור חימום' או הפסדי חימום, הייתה בלתי שבירה וחזקה, הייתה יעילה יותר מבחינת צריכת חשמל, ניתן לאחסן ולגשת אליה בקלות, לא דרשה כל התחלה התחממתית, והיא עבדה במתח הפעלה נמוך בהרבה.
בניית טרנזיסטור
טרנזיסטור הוא בעצם מכשיר הבנוי עם 3 שכבות של חומר מוליך למחצה בו משתמשים ב -2 n- סוג ובשכבה אחת מסוג p- סוג של חומר או 2 p- סוג ובשכבה אחת מסוג n מסוג חומר. הסוג הראשון נקרא טרנזיסטור NPN, ואילו הגרסה השנייה נקראת כסוג הטרנזיסטור PNP.
ניתן לדמיין את שני הסוגים הללו באיור 3.2 עם הטיית DC מתאימה.
כבר למדנו איך ב הטיה של BJT DC להיות חיוני להקמת האזור המבצעי הנדרש ולהגברת AC. לשם כך שכבת הצד הפולט מסוממת בצורה משמעותית יותר בהשוואה לצד הבסיס המסומם בצורה פחות משמעותית.
השכבות החיצוניות נוצרות בשכבות בעובי גדול בהרבה בהשוואה לחומרים דחוסים מסוג p או n. באיור 3.2 לעיל, אנו יכולים למצוא שעבור סוג זה חלק הרוחב הכולל בהשוואה לשכבה המרכזית הוא סביב 0.150 / 0.001: 150: 1. הסמים המיושמים על פני השכבה הכבושה הם גם נמוכים יחסית לשכבות החיצוניות שנעות בדרך כלל על פני 10: 1 או אפילו פחות.
סוג זה של רמת סימום מופחתת מוריד את יכולת ההולכה של החומר ומגדיל את אופי ההתנגדות על ידי הגבלת כמות אלקטרונים נעים בחינם או המובילים 'החופשיים'.
בתרשים הטיה אנו יכולים גם לראות כי מסופי המכשיר מוצגים באמצעות אותיות רישיות E לפולט, C לאספן ו- B לבסיס. בדיון העתידי שלנו אסביר מדוע ניתן חשיבות זו למסופים אלה.
כמו כן, המונח BJT משמש לקיצור טרנזיסטור דו קוטבי ומיועד לשלושת התקני המסוף הללו. הביטוי 'דו קוטבי' מציין את הרלוונטיות של החורים והאלקטרונים המעורבים בתהליך הסמים ביחס לחומר מקוטב הפוך.
פעולת טרנזיסטור
בואו עכשיו להבין את העבודה הבסיסית של BJT בעזרת גרסת PNP של איור 3.2. עקרון ההפעלה של עמית NPN יהיה דומה לחלוטין אם השתתפות האלקטרונים והחורים פשוט מוחלפת.
כפי שניתן לראות באיור 3.3, הטרנזיסטור PNP שורטט מחדש, מה שמסיר את הבסיס להטיית אספנים. אנו יכולים לדמיין כיצד אזור הדלדול נראה מצומצם ברוחב בגלל ההטיה הנגרמת, הגורמת לזרימה מסיבית של נושאי הרוב על פני p- לחומרים מסוג n.
במקרה שההטיה בין הבסיס לפולט של טרנזיסטור ה- pnp מוסרת כפי שמוצג באיור 3.4, זרימת מובילי הרוב הופכת לאפסית, ומאפשרת זרימה של נושאי מיעוט בלבד.
בקצרה נוכל להבין זאת, במצב מוטה צומת p-n אחד של BJT הופך מוטה הפוכה ואילו הצומת השנייה מוטה קדימה.
באיור 3.5 אנו יכולים לראות את שני המתחים המוטעים המופעלים על טרנזיסטור pnp, הגורם לזרימת הרוב והמוביל של המיעוט המצוינת. כאן, מרוחב אזורי הדלדול אנו יכולים לדמיין בבירור איזו צומת עובדת במצב מוטה קדימה ואיזה מוטה הפוכה.
כפי שמוצג באיור, כמות ניכרת של מובילי רוב בסופו של דבר מפוזרת על פני צומת ה- pn המוטה קדימה אל החומר מסוג n. זה מעלה שאלה במוחנו, האם נושאים אלו יכולים למלא תפקיד חשוב כלשהו לקידום ה- IB הנוכחי או לאפשר לו לזרום ישירות לחומר מסוג p?
בהתחשב בכך שהתוכן מסוג ה- n דחוק הוא דק להפליא ובעל מוליכות מינימלית, מעטים במיוחד מהנשאים הללו הולכים לנקוט בדרך מסוימת זו של התנגדות גבוהה על פני מסוף הבסיס.
רמת זרם הבסיס היא בדרך כלל סביב מיקרו-אמפר במקום מיליאמפר לזרמי הפולט והאספן.
הטווח הגדול יותר של מובילי הרוב הללו יתפזר לאורך הצומת המוטה לאחור לחומר מסוג p המחובר למסוף הקולט, כפי שצוין באיור 3.5.
הסיבה האמיתית שמאחורי הקלות היחסית הזו בה מאפשרים לנשאי הרוב לעבור את הצומת המוטה לאחור, מתממשת במהירות על ידי הדוגמה של דיודה מוטה לאחור, בה נושאות הרוב המושרה מופיעות כמובילות מיעוט בחומר מסוג n.
אם לומר זאת אחרת, אנו מוצאים מבוא של נושאי מיעוט לחומר אזור הבסיס מסוג n. עם הידע הזה ויחד עם העובדה שעבור דיודות כל נושאי המיעוט באזור הדלדול עוברים את הצומת מוטה הפוכה, גורם לזרימת אלקטרונים, כפי שמצוין באיור 3.5.
בהנחה שהטרנזיסטור באיור 3.5 יהיה צומת יחיד, נוכל להחיל את החוק הנוכחי של קירכהוף כדי לקבל את המשוואה הבאה:
מה שמראה שזרם הפולט שווה לסכום זרם הבסיס והקולט.
עם זאת, זרם האספן מורכב מכמה אלמנטים, שהם הרוב ונושאי המיעוט כפי שהוכח באיור 3.5.
מרכיב המוביל הנוכחי של מיעוט מהווה כאן את זרם הדליפה, ומסומל כ- ICO (IC הנוכחי בעל מסוף פולט פתוח).
כתוצאה מכך, זרם האספן נטו נקבע כמפורט במשוואה הבאה 3.2:
זרם אספן IC נמדד ב- mA לכל הטרנזיסטורים למטרות כלליות, ואילו ICO מחושב ב- uA או nA.
ICO יתנהג כמו דיודה מוטה הפוכה ולכן עלול להיות חשוף לשינויי טמפרטורה, ולכן יש לנקוט בזהירות בזמן הבדיקה, במיוחד במעגלים שנועדו לעבוד בתרחישים שונים מאוד בטווח הטמפרטורות, אחרת התוצאה יכולה להיות עצומה מושפע בגלל גורם הטמפרטורה.
עם זאת, בשל השיפורים המתקדמים הרבים בפריסת הבנייה של הטרנזיסטורים המודרניים, ה- ICO מצטמצם משמעותית וניתן להתעלם ממנו לחלוטין עבור כל ה- BJT של ימינו.
בפרק הבא נלמד כיצד להגדיר BJTs במצב הבסיס המשותף.
הפניות: https://en.wikipedia.org/wiki/John_Bardeen
קודם: הטיה של מחלקי מתח במעגלי BJT - יציבות רבה יותר ללא גורם בטא הבא: הבנת תצורת בסיס משותפת ב- BJTs
