Einfache Anleitung zu bipolaren Junction -Transistoren (BJT)

Wenn Sie an Elektronik arbeiten, haben Sie wahrscheinlich einen Transistor gesehen oder verwendet.Aber was macht es wirklich?Wir werden auf einfache, praktische Art und Weise, keine schwere Wissenschaft oder verwirrende Theorie, über bipolare Junction -Transistoren (BJTs) sprechen.Wir zeigen Ihnen, wie BJTs in realen Schaltungen funktionieren, wie Sie sie als Switches oder Verstärker verwenden und was sie im Inneren anders macht.Unabhängig davon, ob Sie ein Gerät beheben oder etwas Neues erstellen, können Sie BJTs klar verstehen und sie mit Zuversicht verwenden.

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Unter Verwendung von bipolaren Übergangstransistoren (BJTs)

Bevor Sie anfangen zu benutzen BJTSStellen Sie sicher, dass Sie ein paar einfache Ideen verstehen.Lernen Sie den Unterschied zwischen P-Typ und N-Typ Halbleitermaterialien.Verstehen Sie, wie ein PN -Übergang funktioniert. Dies ist die Grundstruktur, in der gefunden wird Dioden.Wissen was vorwärts Voreingenommenheit und umgekehrte Voreingenommenheit bedeuten.Diese Begriffe erklären, wie der Strom durch einen Übergang fließt.Diese Ideen sind wichtig, weil sie Ihnen helfen, herauszufinden, wann ein BJT den aktuellen Pass oder blockieren lassen sollte.Wenn der Basis-Emitter-Übergang beispielsweise vorwärts gerichtet ist, wissen Sie, dass der Strom von der Basis zum Emitter fließen sollte.Wenn diese Grundlagen nicht klar sind, nehmen Sie sich etwas Zeit, um sie zu überprüfen.Sie helfen Ihnen bei der Überprüfung von Spannungen oder der Auswahl von Widerstandswerten sehr.Sobald Sie diese Teile verstanden haben, ist es einfacher zu befolgen, wie sich der Strom in einer echten Schaltung bewegt und Probleme lösen, wenn etwas nicht richtig funktioniert.

Verwenden von BJTs als Switches

Eine der einfachsten Möglichkeiten, einen BJT zu verwenden, ist als schalten.Sie können einen größeren Strom ein- oder ausschalten, indem Sie einen kleinen Strom an der Basis verwenden.

So funktioniert ein einfacher Schaltkreis: Schließen Sie Ihre Last (wie eine LED oder einen Motor) in Übereinstimmung mit dem Sammler an.Fügen Sie der Basis einen Widerstand hinzu und tragen Sie dann eine kleine Spannung auf diese Basis auf.Wenn die Spannung hoch genug ist, der Transistor sich einschaltenund die aktuellen Flüsse vom Sammler zum Emitter.Wenn die Basisspannung entfernt oder zu niedrig ist, der Transistor schaltet sich ausund aktuelle Stopps.

Verwenden Sie um dieses Setup zu testen Multimeter.Messen Sie die Spannung am Sammler.Wenn der Transistor einschalten, sollte diese Spannung fallen und zeigt, dass der Strom durch die Last fließt.Wenn es hoch bleibt, prüfen Sie, ob die Basisspannung zu schwach oder fehlt.

Dieses Switch -Setup ist in Schaltkreisen üblich, die von Mikrocontrollern gesteuert werden.Ein digitaler Ausgangsstift sendet ein hohes Signal, um die BJT einzuschalten, und ein niedriges Ausschalten.Es ist wichtig, einen guten Widerstandswert für die Basis zu wählen, damit Sie gerade genug Strom erhalten, um den Transistor einzuschalten, ohne ihn zu beschädigen.

Verwenden von BJTs zur Signalverstärkung

BJTs können auch kleine Signale größer machen, was für Dinge wie Klangsignale oder Sensoren nützlich ist.

Um das zu tun, Der BJT muss sorgfältig eingerichtet werden.Verwenden Sie zunächst Widerstände, um eine konstante Spannung an der Basis einzustellen.Das heißt Vorurteile und hilft dem Transistor in seiner aktiven Region.Fügen Sie dann einen Kollektorwiderstand hinzu, um Änderungen des Stroms in Spannungsänderungen umzuwandeln.Wenn Sie ein kleines Signal an der Basis anwenden, führt dies zu einer größeren Änderung des Stroms durch den Sammler.Dies gibt Ihnen ein stärkeres Ausgangssignal.

Sie können die Verstärkungsmenge (wie viel größer das Signal erhält) ändern, indem Sie die Widerstandswerte einstellen.Zum Beispiel verleiht ein höherer Kollektorwiderstand mehr Gewinn, aber zu viel kann zu Problemen führen, wenn die Spannung zu hoch oder zu niedrig wird.Versuchen Sie verschiedene Widerstandswerte auf einem Stirnbrett, um zu sehen, wie sich der Ausgang ändert.

Sie können auch ein Oszilloskop verwenden, um zu überprüfen, wie die Eingangs- und Ausgangssignale aussehen.Das Ziel ist eine saubere, stärkere Version Ihres ursprünglichen Signals.Sie müssen nicht jedes kleine Detail im Transistor verstehen, nur wie Sie es einrichten, damit die Ausgabe so funktioniert, wie Sie es möchten.

BJT -Schichten erklärten

Abbildung 2. interne Struktur von NPN und PNP

A Bipolar -Junction -Transistor (BJT) wird hergestellt, indem drei Schichten Halbleitermaterial geführt werden.Diese Schichten sind entweder N-Typ (was zusätzliche Elektronen hat) oder P-Typ (Das hat zusätzliche Räume für Elektronen, genannt Löcher).Je nachdem, wie diese Schichten angeordnet sind, ist der Transistor entweder NPN oder PNP.

Die drei Schichten bilden drei Hauptteile: den Emitter, die Basis und den Sammler.

• Emitter - Schiebt die Ladung in den Transistor

Der Emitter wird zum Senden von Gebührenträgern (normalerweise Elektronen in NPN -Typen) geschickt.Es ist stark dotiert, was bedeutet, dass es voller Atome ist, die mehr Träger erzeugen.Wenn der Transistor eingeschaltet ist, setzt der Emitter eine große Anzahl von Trägern in die Basis frei.Dieser starke Fluss hilft dem Transistor, sich leicht zu verhalten und einen höheren Strom zu bewältigen.Der Emitter schickt Träger in die Basis.

• Basis - dünne Schicht, die den Fluss steuert

Die Basis ist die mittlere Schicht.Es ist sehr dünn und leicht dotiert, sodass die meisten Träger des Emitters durch die Dotierung gehen können.Auch wenn es nicht mit vielen Trägern selbst gepackt ist, spielt es eine Hinweisrolle bei der Kontrolle, wie viel Strom an den Sammler kommt.Ein kleiner Strom in die Basis ermöglicht einen viel größeren Strom zwischen dem Sammler und dem Emitter.Aus diesem Grund werden BJTs häufig zur Verstärkung von Signalen verwendet. Kleine Eingänge erzeugen große Ausgänge.Die Basis kontrolliert, wie viele Träger durchlaufen.

• Sammler - empfängt und trägt den Strom

Der Sammler ist der größte der drei Teile.Es ist nicht so stark dotiert wie der Emitter, sondern für hohe Strom und Wärme.Es sammelt die Träger, die vom Emitter durch die Basis kommen, und schickt sie zum Rest der Schaltung.Dies ist besonders wichtig bei Hochleistungsanwendungen wie Fahrmotoren oder Lautsprechern.Der Sammler versammelt sie und gibt sie weiter.

Abbildung 3. Grundstromfluss in einem bipolaren Übergangstransistor (BJT)

Zwei Arten von Material in einem BJTS

Ein bipolarer Übergangstransistor (BJT) wird aus drei Schichten von Halbleitermaterial gebaut, entweder N-Typ (die zusätzliche Elektronen enthält) oder P-Typ (mit zusätzlichen Räumen für Elektronen, die als Löcher bezeichnet).Diese Schichten sind in einer bestimmten Reihenfolge gestapelt, um entweder einen NPN oder einen PNP -Transistor zu bilden.Jede Schicht ist mit einem der drei Terminals, Basis und Sammler des Transistors verbunden.Die Art und Weise, wie Strom durch den Transistor fließt, hängt sowohl von der Schichtanordnung als auch von den auf diese Anschlüsse angewendeten Spannungen ab.

NPN -Transistor -Die aktuellen Flüsse vom Kollektor zum Emitter, wenn zwei Bedingungen erfüllt sind: Der Basis-Emitter-Übergang muss nach vorne vorgespannt sein (die Basis ist positiver als der Emitter), und der Collector-Base-Übergang muss umgekehrt vorgeschlagen werden (der Kollektor ist positiver als die Basis).In diesem Setup ermöglicht ein kleiner Strom, der in die Basis eintritt, ein viel größerer Strom vom Kollektor zum Emitter.Elektronen bewegen sich vom Emitter in die Basis und werden in den Sammler gezogen.Dieses Verhalten macht NPN -Transistoren sehr nützlich beim Schalten und Verstärkungsaufgaben, wobei ein kleines Signal eine größere steuern muss.

PNP -Transistor - Die Rollen sind umgekehrt.Die aktuellen Flüsse vom Emitter zum Kollektor, wenn der Basis-Emitter-Verbindungsübergang vorwärts gerichtet ist (die Basis ist negativer als der Emitter), und der Collector-Base-Übergang ist umgekehrt vorgespannt (der Kollektor ist negativer als die Basis).In diesem Fall bewegen sich Löcher (positive Ladungsträger) vom Emitter in die Basis und fließen dann in den Sammler.Ein kleiner Strom, der aus der Basis fließt, steuert den größeren Strom zwischen Emitter und Sammler.Obwohl der Strom von einem NPN in die entgegengesetzte Richtung fließt, bleibt die Hauptidee gleich ein kleiner Strom an der Basis steuert einen größeren Strom.

Die drei Schichtstruktur ermöglicht es BJTs, als aktuell kontrollierte Verstärker zu fungieren.Ein winziger Strom an der Basis manchmal kann nur wenige Mikroampere einen viel größeren Strom zwischen Sammler und Emitter regulieren, der häufig in Milliamperes gemessen wird.Diese Verstärkungsfunktion macht BJTs in vielen Schaltungen wie Audioverstärker, Signalschuster und Ein-Off-Steuerungssystemen wertvoll.Beispielsweise kann ein kleines Signal eines Sensors verwendet werden, um ein Motor, Licht oder andere Hochstromgerät einzuschalten.

Bei der Reparatur von Schaltkreisen ist es wichtig, die richtigen Spannungen anzuwenden und zu verstehen, wie der Strom durch jedes Terminal fließt.Wenn der Transistor falsch verdrahtet ist oder die Spannungen umgekehrt sind, funktioniert er nicht.In einem NPN fließt der Strom, wenn die Basis im Vergleich zum Emitter etwas positiv ist.In einem PNP muss die Basis im Vergleich zum Emitter etwas negativ sein.Wenn Sie wissen, wie die Schichten und Terminals interagieren, können Sie den Transistor richtig verbinden, die richtigen Werte für umgebende Komponenten auswählen und Probleme leichter Fehler beheben.

Wie sieht das BJT -Symbol aus?

Abbildung 4. Bipolare Junction Transistors (BJT) Symbol

Das Symbol zeigt PNP und NPN BJTS.Beide haben drei Terminals: Emitter, Basis und Sammler.Im PNP -Symbol zeigt der Pfeil auf dem Emitter nach innen und zeigt den Strom in den Transistor.Im NPN -Symbol zeigt der Pfeil nach außen und zeigt die Stromflüsse aus dem Emitter.Der Pfeil zeigt immer die Richtung des herkömmlichen Stroms, wenn der Transistor aktiv ist.

Stärken und Einschränkungen von BJTs

Vorteile

• Starke Signalverstärkung

Ein kleiner Basisstrom steuert einen viel größeren Collector-Emitter-Strom, der BJTs ideal zur Verstärkung schwacher Signale in Audio-, Radio- und Sensorschaltungen macht.

• Funktioniert gut in alltäglichen analogen Schaltungen

Häufig in Audiosystemen und Verstärkern verwendet, um Schallsignale für die Ausgabe des klaren Lautsprechers zu steigern.

• Hochstrombeschwerde in einer kompakten Größe

Geeignet für Leistungsanträge wie Motorfahrer und Stromverstärker, ohne große Pakete zu erfordern.

• Schnelle Schaltleistung

In der Lage, schnelle Ein-/Aus-Übergänge zu erhalten, wodurch sie für Hochfrequenzanwendungen wie RF und drahtlose Systeme wirksam werden.

• Spannungsabfall mit niedriger Basis-Emitter-Spannung

Typischerweise 0,6–0,7 V, was den Spannungsverlust bei energiebewussten oder batteriebetriebenen Designs minimiert.

• Zuverlässige Leistungsbereiche zuverlässig

Funktioniert sowohl in Schaltkreisen mit niedriger und hoher Leistung gut und bietet vorhersehbarer Betrieb auch unter unterschiedlichen Lasten.

• bewährt und weithin unterstützt

Leicht verfügbar, gut verstanden und trotz neuer Alternativen wie MOSFETs in vielen Designs noch bevorzugt.

Einschränkungen

• Erfordert konstante Basisstrom

Zeichnen Sie den Strom auch im Leerlauf kontinuierlich, wodurch er weniger effizient ist als spannungsgesteuerte Geräte wie MOSFETs.

• Niedriger Eingangswiderstand

Kann schwache Signalquellen herunterladen, was zu Leistungsverlust oder Verzerrung führt, wenn nicht ordnungsgemäß gepuffert.

• Langsamer als MOSFETs

Der Anbau der internen Ladung muss während der Abbindung gelöscht werden, was zu Verzögerungen bei Hochgeschwindigkeits-Digitalkreisen führt.

• empfindlich gegenüber thermischen Ausreißer

Die Wärme erhöht den Strom, wodurch mehr Wärme der Transistor ohne ordnungsgemäße Abkühlung oder Konstruktionssicherung schädigen kann.

• Komplexität der Vorspannung

Benötigt eine sorgfältige Auswahl des Widerstands und eine Spannungsaufstellung, um zuverlässig zu arbeiten;Das Schaltungsverhalten kann sich mit Temperatur- oder Versorgungsschwankungen verschieben.

• Nicht ideal für ICs mit hoher Dichte

Nimmt mehr Platz ein und verbraucht mehr Strom als MOSFETs, was die Skalierbarkeit in modernen miniaturisierten Chips einschränkt.

Bipolarübergangtransistorbetrieb

Ein bipolarer Junction -Transistor (BJT) funktioniert auf drei verschiedene Arten, je nachdem, wie er in einer Schaltung verwendet wird.Diese drei Wege werden Regionen bezeichnet: aktiv, Sättigung und Grenzwert.Jeder Bereich steuert, wie der Strom durch den Transistor fließt.

Aktiver Region - zum Verstärkung der Signale

Im aktiven Bereich wird der Transistor verwendet, um schwache elektrische Signale stärker zu machen.Ein kleiner Strom geht in die Basis (den mittleren Teil des Transistors), und dieser kleine Strom steuert einen größeren Strom, der vom Sammler zum Emitter (die äußeren Teile) fließt.

Dies ist nützlich für Funkgeräte, Mikrofone oder Musikspieler, bei denen kleine Signale lauter oder klarer gemacht werden müssen.In diesem Modus lässt ein Teil des Transistors den Strom leicht durch (vorwärts verzerrt), und der andere blockiert es leicht (umgekehrter Vorspannung).Dieses Setup hilft dem Transistor, reibungslos als Verstärker zu arbeiten.

Sättigungsbereich - zum Einschalten

Im Sättigungsbereich lässt der Transistor den Strom so weit wie möglich fließen.Beide Teile des Transistors ermöglichen es, dass der Strom verabschiedet wird (beide sind vorwärts verzerrt).Aus diesem Grund wirkt der Transistor wie ein geschlossener Schalter.Der Strom fließt leicht vom Sammler zum Emitter, und die Spannung zwischen ihnen ist sehr niedrig.Dies wird häufig in digitalen Schaltkreisen verwendet, in denen der Transistor etwas vollständig einschalten muss.Zum Beispiel kann es verwendet werden, um ein Licht oder einen Motor mit Eingang eines Signals zu versorgen.

Grenzregion-zum Ausschalten

Im Grenzbereich hält der Transistor den Strom am Fließen.Beide Teile des Transistors blockieren Strom (beide sind umgekehrt voreingenommen).Dadurch funktioniert der Transistor wie ein offener Schalter - nichts kommt durch.Dies ist hilfreich, wenn eine Schaltung etwas ausschalten muss oder den Strom daran hindert, zu einem Teil eines Systems zu gehen.Es wird in der digitalen Elektronik häufig verwendet, um zu steuern, wenn Teile einer Schaltung aktiv sind.

Verschiedene Transistorkonfigurationenfunktionen

Es gibt drei Hauptmethoden, um eine BJT zu verbinden: Common-Base, Common-Emitter, Und Common-Sammler.Jeder funktioniert etwas anders.

Abbildung 5. Konfiguration der Common-Base

In a Common-Base-SetupDie Basis wird zwischen Eingang und Ausgabe geteilt.Der Eingang geht in den Emitter und die Ausgabe stammt vom Sammler.Wenn die Eingangsspannung steigt, steigt auch der Emitterstrom.Der Kollektorstrom ändert sich basierend auf der Spannung zwischen Sammler und Basis.Dieses Setup verfügt über drei Arbeitsmodi.Im aktiven Modus lässt ein Teil den Strom durch und der andere blockiert ihn, wodurch der Transistor die Signale verstärken kann.In der Sättigung lassen beide Teile Strom durch, soBeim Cutoff blockieren beide Teile Strom, sodass der Transistor ausgeschaltet ist.Dieses Setup wird nicht oft für Verstärker verwendet, ist aber gut für sehr schnelle Signale.

Abbildung 6. Konfiguration der Common-Emitter

In a Common-Emitter-SetupDer Emitter ist der gemeinsame Teil.Der Eingang geht an die Basis und der Ausgang kommt vom Sammler.Wenn die Spannung an der Basis steigt, steigt auch der Basisstrom.Dies verändert den Strom, der den Sammler verlässt.Wie zuvor gibt es drei Modi: aktiv (zur Verstärkung verwendet), Sättigung (Vollstromfluss) und Cutoff (kein Stromfluss).Dieses Setup wird häufig verwendet, weil es eine starke Signalverstärkung verleiht.

Abbildung 7. Konfiguration der Common-Sammler

In a Common-Sammler-SetupDer Sammler wird geteilt.Der Eingang geht in die Basis und die Ausgabe kommt vom Emitter.Die Spannung am Ausgang ist nur etwas niedriger als der Eingang.Dieses Setup macht das Signal nicht größer, aber es hilft, einem Teil einer Schaltung mit dem anderen zu übereinstimmen, indem der Widerstandsunterschied festgelegt wird.Es wird hauptsächlich verwendet, um Signale reibungslos zwischen Teilen einer Schaltung zu bestehen.

Transistorkonfigurationen Vergleich:

Eigenschaften	Gemeinsame Basis (CB)	Gemeinsamer Emitter (CE)	Gemeinsamer Sammler (CC)
Machtgewinn	Niedrig	Sehr hoch	Mäßig
Aktueller Gewinn	Niedrig (~ 1)	Moderat (~ β)	Hoch (~ β + 1)
Spannungsverstärkung	Hoch	Mäßig	Niedrig (~ 1)
Phasenverschiebung	0 ° (keine Inversion)	180 ° (umgekehrt)	0 ° (keine Inversion)
Eingangsimpedanz	Niedrig	Mäßig	Hoch
Ausgangsimpedanz	Sehr hoch	Hoch	Niedrig
Frequenzgang	Ausgezeichnet (hohe Freq.)	Gut (gemäßigte Freq.)	Moderat (niedrigere Freq.)
Stabilität	Hoch	Mäßig	Hoch
Lärmleistung	Gut (niedriges Geräusch)	Mäßig	Mäßig
Temperaturstabilität	Hoch	Mäßig	Gut
Gemeinsame Verwendung	Verstärkung bei hohen Frequenzen	Spannungsverstärkung und -schalter	Impedanz -Matching & Pufferung
Bandbreite	Breitest	Mäßig	Schmaler

Abschluss

BJTs mögen zunächst schwierig erscheinen, aber sobald Sie verstehen, wie sie in realen Schaltkreisen funktionieren, werden sie einfach zu bedienen.Sie haben erfahren, wie der Emitter, die Basis und der Sammler jeweils eine Rolle spielen und wie kleine Signale an der Basis größere Ströme steuern können.Sie haben auch die Stärken und Grenzen von BJTs gesehen, sodass Sie den richtigen Teil für Ihr Projekt auswählen können.Egal, ob Sie die Dinge ein- und ausschalten oder Signale steigern, wenn Sie wissen, wie Sie BJTs verwenden, können Sie bessere Schaltkreise aufbauen und Probleme schneller beheben.

Häufig gestellte Fragen [FAQ]

1. Woher weiß ich, ob eine BJT funktioniert?

Verwenden Sie einen Multimeter im Diodenmodus.Überprüfen Sie die Basis-Emitter- und Base-Collector-Junctions wie Dioden.Beide sollten einen Spannungsabfall zeigen (ca. 0,6–0,7 V für NPN).Wenn Sie keine Lektüre oder 0 V in beide Richtungen erhalten, ist die BJT möglicherweise fehlerhaft.

2. Kann ich einen NPN durch einen PNP -Transistor ersetzen?

Nein, Sie können NPN nicht direkt mit PNP austauschen.Sie haben entgegengesetzte Stromflussanweisungen und benötigen unterschiedliche Spannungsaufbauten.Sie müssen die Schaltung neu gestalten, um das PNP -Verhalten zu entsprechen.

3. Was bedeutet der Pfeil in einem BJT -Symbol?

Der Pfeil zeigt die Richtung des Emitterstromflusss.In einem NPN weist es darauf hin (der Strom fließt aus).In einem PNP zeigt es in (Strom fließt ein).

4. Benötigen BJTs Widerstände, um ordnungsgemäß zu arbeiten?

Ja.Normalerweise benötigen Sie einen Widerstand an der Basis, um den Strom zu begrenzen, und Widerstände auf dem Kollektor oder Emitter, um die Spannung und den Strom im Rest der Schaltung zu steuern.

5. Warum wird mein BJT heiß?

Es könnte zu viel Strom bestehen oder nicht vollständig ein- oder ausschaltet.Möglicherweise benötigen Sie eine bessere Wärmeabteilung oder korrekte Vorspannungswerte.Überprüfen Sie immer die aktuellen Grenzen im Datenblatt.

6. Können BJTs für Wechselstromsignale verwendet werden?

Ja.BJTs können Wechselstromsignale wie Audio- oder Funkwellen verstärken.Sie müssen sie nur mit Kondensatoren und Vorspannungswiderständen korrekt einrichten.

7. Sind BJTs heute noch nützlich mit MOSFets?

Ja.BJTs eignen sich immer noch hervorragend für die analoge Signalverstärkung und einige Schaltjobs.Sie sind billiger, in einigen Schaltungen einfacher und immer noch weit verbreitet in Audio-, Radio- und Stromversorgungsgeräten.