ترانزیستورهای BJT، تعریف، نماد، عملکرد، مشخصات، انواع و کاربردها
در مقاله امروز، ما در مورد یکی از رایج ترین انواع ترانزیستورها یعنی ترانزیستورهای پیند دو قطبی که به BJT نیز معروف است بحث می کنیم. در این مقاله، اصول ترانزیستور پیوند دوقطبی شامل معنی، تعریف، انواع، ویژگی ها و کاربردهای آن را بررسی می کنیم.
تعریف BJT
یک BJT در شکل کامل آن به صورت ترانزیستور پیوند دوقطبی نوشته می شود و می توان آن را اینگونه تعریف کرد: "ترانزیستور پیوند دوقطبی یک قطعه نیمه هادی سه پایه ای است که در ساختارش از دو اتصال PN تشکیل شده است و عمدتاً برای تقویت جریان استفاده می شود."
تاریخچه ترانزیستور پیوند دوقطبی_ BJT
قبل از ترانزیستورهای پیوند دوقطبی، از لوله های خلاء در مدارهای الکترونیکی استفاده می شد که بسیار گران بودند، آنها نیز به شکل یک ترانزیستور در دسترس بودند که در آن زمان یک دستگاه سه پایه همانند یک ترانزیستور بود.
تریودهای لوله خلاء تقریباً نیم قرن پرهیجان باقی ماندند، اما فضای زیادی را اشغال می کردند و از نظر عملکرد کمتر قابل اعتماد بودند، اشکال عمده دیگر افزایش عوارض مربوط به جریان، ولتاژ و غیره فقط با افزایش تعداد تریودهای خلاء در مدار بود.
بنابراین هنگامی که دانشمندان با کنترل الکترون‌های داخل یک لوله خلاء و رفتار سرکش آن دست و پنجه نرم می کردند، شروع به ابداع راه‌های دیگری برای راه اندازی و کنترل مدارها کردند.
سرانجام، در سال 1947، با تلاش جان والتر و باردین، یک تجهیز تماس دو نقطه ای ساخته شد که به هیچ وجه به ترانزیستورهای پیوندی دوقطبی مدرن نزدیک نبود، اما پایه و اساس ساخت یک ترانزیستور حالت جامد را ایجاد کرد.
پس از این تلاش نه چندان موفق، ویلیام شاکلی تلاش موفقیت آمیزی برای ساخت یک ترانزیستور پیوند دوقطبی با فشردن ویفرهای مواد نیمه هادی انجام داد. ویلیام شاکلی، جان والتر و باردین به خاطر دستاوردهایشان در سال 1956 جایزه نوبل را دریافت کردند.
اختراع ترانزیستورهای پیوند دوقطبی دنیای الکترونیک را فراتر از تصور متحول کرد.
تا دهه های پایانی قرن نوزدهم، ترانزیستورهای پیوندی دوقطبی به صورت جداگانه به عنوان قطعات جداگانه تولید می شدند، اما بعدها با اختراع مدارهای مجتمع، جهان شاهد انقلاب الکترونیکی دیگری بود.
ویژگی های BJT
در اینجا برخی از ویژگی های عجیب ترانزیستورهای پیوند دوقطبی آورده شده است.
BJT که منظور ما همان ترانزیستور اتصال دوقطبی است، یک قطعه کنترل شونده با جریان است، بعداً با نحوه کار آن آشنا خواهید شد.
همانطور که از نام آن مشخص است BJT یک قطعه دوقطبی است، به این معنی که از الکترون ها و حفره ها به عنوان حامل بار برای انجام کارکرد خود استفاده می کند.
نماد BJT
ترانزیستور پیوند دوقطبی که به اختصار BJT نامیده می شود دارای سه پایه زیر است.
بیس (Base) --> B
امیتر (Emitter) --> E
کلکتور (Collector) --> C
هر سه پایه در نماد زیر به صورت B، E و C نشان داده شده است.
به شکل زیر که نماد ترانزیستورهای پیوند دوقطبی NPN و PNP را نشان می دهد، مراجعه کنید.
جهت جریان با جهت سر پیکان نشان داده می شود.
اصل کار ترانزیستور پیوند دوقطبی
اصول کار هر دو ترانزیستور NPN و PNP تقریباً یکسان است، هر دوی آنها بر اساس اکثریت و اقلیت حامل های بار کار می کنند و در هدایت جریان از طریق حامل های بار متفاوت هستند.
ترانزیستور پیوند دوقطبی NPN اکثریت حامل های بار را به صرت الکترون دارد.
ترانزیستور پیوند دوقطبی PNP اکثریت حامل های بار را به صورت حفره دارد.
جریان علی رغم کمیت حامل های بار اکثریت، حاصل از این حامل های بار نیست، بلکه ناشی از حامل های بار اقلیت در یک ترانزیستور پیوند دوقطبی است، به همین دلیل است که آنها به عنوان قطعات حامل اقلیت نیز نامیده می شوند.
اتصال امیتر-بیس همیشه بایاس مستقیم است.
اتصال بیس کلکتورکه با CB نشان داده می شود همیشه به صورت بایاس معکوس است.
جریان امیتر به صورت IE=IB + IC نوشته می شود
اگر جریان بیس را در اندازه گیری عملی بسیار کوچک در نظر بگیریم، می توان گفت که؛ IE~IC
انواع ترانزیستورهای اتصال دوقطبی
همانطور که قبلاً اجزای اصلی ترانزیستور پیوند دوقطبی را می دانیم، اکنون انوع آن را مورد بحث قرار می دهیم. ترانزیستور پیوند دو قطبی دارای دو نوع زیر است:
ترانزیستور پیوند دوقطبی NPN
ترانزیستور پیوند دوقطبی PNP
تصویر زیر انواع BJT را به همراه استفاده از آنها برای اهداف مختلف نشان می دهد.
اکنون به تفصیل در مورد هر دو نوع بحث خواهیم کرد.
1. ترانزیستور پیوند دوقطبی NPN
همانطور که از نام آن مشخص است، در یک ترانزیستور پیوند دوقطبی NPN، یک نیمه هادی نوع p بین دو نیمه هادی نوع n درست مانند یک تکه پنیر بین دو طرف یک نان قرار می گیرد. برای درک بهتر موضوع شکل زیر را نگاه کنید؛
طبق قوانین مرسوم وقتی جریان به داخل یک پایه معین از ترانزیستور عبور می کند، به عنوان مثبت علامت گذاری می شود، در حالی که وقتی از پایه خارج می شود، برچسب منفی می شود. همانطور که می دانیم، ترانزیستور NPN از دو اتصال PN تشکیل شده است که از ترکیب دو n نیمه هادی با یک نیمه هادی نوع p ساخته شده است. ناحیه امیتر نوع n به شدت دوپینگ شده است زیرا باید حامل های بار را به بیس منتقل کند. بیس آن به شدت امیتر و کلکتور دوپینگ نشده است و در مقایسه با امیتر و کلکتور بسیار نازک است، اندازه تکه پنیر را در مقایسه با نان ها تصور کنید! بیس حامل های بار را از امیتر به کلکتور منتقل می کند. کلکتور ترانزیستور NPN نسبتاً دوپنگ شده است و همانطور که از نام آن مشخص است حامل های بار را از بیس جمع آوری می کند.
کار ترانزیستور پیوند دوقطبی NPN
برای درک نحوه عملکرد ترانزیستور پیوند دوقطبی NPN، شکل مدار زیر را در نظر بگیرید.
همانطور که قبلاً گفته شد، ترانزیستور پیوند دوقطبی NPN دارای دو اتصال PN است، بنابراین برای بایاس مستقیم، پیوند بیس-امیتر را به منبع تغذیه VBE متصل می کنیم.
پیوند بیس کلکتور نشان داده شده توسط پیوند CB با اعمال ولتاژ VCB بایاس معکوس می شود.
ناحیه تخلیه دو اتصال PN از نظر اندازه متفاوت است، به یاد دارید که منطقه تخلیه چیست؟ به عبارت ساده منطقه تخلیه مخالف مسیر جریان است، مانند یک سد یا بلوک در برابر مسیر جریان عمل می کند و ناحیه ای است که الکترون های متحرک در آن وجود ندارند. به شکل زیر نگاه کنید،
حتماً به این فکر می کنید که چرا منطقه امیتر-بیس ناحیه تخلیه کوچکتری دارد، در حالی که پیوند کلکتور-امیتر یک ناحیه گسترده تر دارد؟ دلیلش این است که ناحیه بیس-امیتر بایاس مستقیم است!
ترانزیستور پیوند دوقطبی نوع NPN دارای اکثریت الکترون ها است، زمانی که پیوند امیتر-بیس بایاس مستقیم باشد، الکترون ها شروع به حرکت به سمت بیس می کنند که کمی دوپینگ شده است، تنها تعداد کمی از الکترون ها با حفره های بیس ترکیب می شوند و بقیه الکترون ها با حفره های بیس ترکیب نمی شوند. آنها سپس به کلکتور مهاجرت می کنند. همانطور که قبلاً در مورد آن صحبت کردیم، جریان ناشی از حامل های بار اقلیت است.
جریانی که از محل پیوند امیتر-بیس می گذرد، جریان امیتر IB است، در همین حال، جریانی که از بیس می گذرد، جریان بیس نامیده می شود و با IB نشان داده می شود.
جریان بیس IB در مقایسه با انواع دیگر جریان موجود در مدار بسیار محدود است.
الکترون‌های باقی‌مانده که بازترکیبی را از دست داده‌اند، از ناحیه کلکتور-بیس به کلکتور می‌روند که IC جریان کلکتور را تولید می‌کند.
جریان امیتر به صورت زیر نوشته می شود. IE = IB+ IC
ترانزیستور پیوند دو قطبی PNP
ترانزیستور پیوند دوقطبی PNP از دو لایه نیمه هادی نوع p تشکیل شده است که لایه نیمه هادی نوع n را در بین آن قرار می دهد.
ورودی جریان، پایه امیتر در ترانزیستور پیوند دوقطبی PNP است.
پیوند بیس امیتر که با EB نشان داده شده است در این مورد بایاس مستقیم است.
در خطوط موازی پیوند بیس کلکتور نشان داده شده با CB بایاس معکوس است.
جریان امیتر IE مثبت است در حالی که جریان پایه IB و جریان کلکتور منفی است.
وقتی در مورد ولتاژ صحبت می کنیم، VEB ولتاژ پایه امیتر مثبت است در حالی که VCB و VCE منفی هستند.
ترانزیستورهای پیوند دوقطبی NPN و PNP بر اساس یک اصل کار می کنند، تنها تفاوت آنها در حامل های بار اکثریت و اقلیت است. آیا می توانید مسیر جریان در یک ترانزیستور PNP را از تصویر زیر بفهمید؟
مشخصه I-V ترانزیستور پیوند دوقطبی
برای مطالعه مشخصه ورودی، مشخصه خروجی و مشخصه جریان مشترک، باید پیکربندی‌های مختلف ترانزیستورهای پیوند دوقطبی را درک کنیم. سه نوع پیکربندی برای ترانزیستورهای پیوند دوقطبی وجود دارد:
پیکربندی بیس مشترک
پیکربندی امیتر مشترک
پیکربندی کلکتور مشترک
اول از همه، آیا در مورد مشخصه های ترانزیستور اتصال دوقطبی نظری دارید؟ و چگونه آنها را تعیین می کنیم؟ مشخصه I-V ترانزیستور پیوند دوقطبی به سادگی تجلی گرافیکی جریان و ولتاژ یک ترانزیستور است.
برای بررسی مشخصه انزیستور پیند دوقطبی، ما حالت های مختلف ترانزیستور پیوند دوقطبی را که در منحنی ها مشاهده می کنید، مرور می کنیم.
حالت های کار یک ترانزیستور پیوند دو قطبی
سه ناحیه غالب وجود دارد که در آن ترانزیستور پیوند دوقطبی کار می کند.
ناحیه فعال
ناحیه اشباع
ناحیه قطع
ناحیه فعال ترانزیستور پیوند دو قطبی
در ناحیه فعال ترانزیستور پیوند دوقطبی، پیوند بیس کلکتور بایاس مستقیم است در حالیکه پیوند بیس امیتر بایاس معکوس است.
در ناحیه فعال ترانزیستور پیوند دوقطبی، ترانزیستور به عنوان تقویت کننده عمل می کند.
ناحیه اشباع ترانزیستور پیوند دوقطبی
در ناحیه اشباع، ترانزیستور پیوند دوقطبی پس از رسیدن به حداکثر مقدار ولتاژ آستانه، جریان اشباع را از خود عبور می دهد. در ناحیه اشباع، ترانزیستور پیوند دوقطبی ما به عنوان یک کلید، یعنی یک کلید روشن کار می کند و جریان کلکتور نسبتاً با جریان امیتر برابر است.
ناحیه قطع ترانزیستور پیوند دو قطبی
همانطور که از نام آن مشخص است در این ناحیه جریان کلکتوری وجود ندارد ترانزیستور خاموش است و کلکتور در حالت بایاس معکوس قرار دارد. تصویری که در زیر داده شده است، داستان کلی ولتاژ BJT را در مناطق مختلف منعکس می کند.
پیکربندی‌های مختلف و ویژگی‌های ورودی و خروجی ترانزیستور BJT
پیکربندی بیس مشترک ترانزیستور اتصال دوقطبی
در پیکربندی بیس مشترک، پایه بیس ترانزیستور به پایانه های ورودی و خروجی ترانزیستور متصل می شود.
جریان در سمت امیتر بسیار زیاد است، جایی که الکترون ها در پایانه بیس پخش می شوند. این الکترون ها با تعدادی حفره در بیس ترکیب شده و تشکیل جفت می دهند، در حالی که بیشتر این الکترون ها از بیس خارج شده و توسط کلکتور جمع آوری می شوند.
این نوع ترانزیستور دارای ویژگی های ولتاژ بالا قابل توجهی است که آن را به گزینه ای ایده آل برای بسیاری از کاربردها تبدیل نمی کند. مشخصات ورودی این ترانزیستور با دیود بایاس مستقیم کاملاً یکسان است در حالی که مشخصات خروجی آن مشابه دیودهای معمولی است و دارای نسبت مقاومت خروجی به ورودی بالایی است.
بهره جریان بیس مشترک فاکتور بسیار مهمی است که در این پیکربندی استفاده می شود که نسبت بین جریان کلکتور و جریان امیتر است و با آلفا نشان داده می شود.
a = Ic/Ie
مقدار آلفا بین 0.95 تا 0.99 است، با این حال، بیشتر اوقات مقدار آن به صرت واحد در نظر گرفته می شود. پاسخ فرکانس بالا با پیکربندی بیس مشترک، آن را به گزینه ای ایده آل برای تقویت کننده یک طبقه تبدیل می کند.
مشخصات ورودی پیکربندی بیس مشترک ترانزیستور پیوند دوقطبی
مشخصات ورودی بین IE جریان امیتر و ولتاژ بیس امیتر VEB برای مقادیر متغیر VCB ولتاژ بیس کلکتور رسم شده است.
از شکل بالا مشاهده می شود که پیوند بیس امیتر بایاس مستقیم است بنابراین جریان امیتر IE با افزایش مقادیر VEB با افزایش ولتاژ بیس کلکتور VCB افزایش می‌یابد.
مشخصه خروجی پیکربندی بیس مشترک یک ترانزیستور پیوند دو قطبی
مشخصات خروجی پیکربندی بیس مشترک ترانزیستور پسوند دوقطبی بین VCB ولتاژ خروجی و Ic جریان خروجی رسم شده است، برای درک بهتر شکل زیر را دنبال کنید.
تغییر در جریان امیتر IE منجر به تغییر مقادیرجریان کلکتورIc می شود.
جریان امیتر IE و ولتاژ بیس امیتر VEB مثبت هستند زیرا ناحیه بایاس مستقیم است.
شما می توانید ناحیه فعال در شکل را مشاهده کنید، منطقه ای که در آن ترانزیستور با حداکثر پتانسیل خود کار می کند.
پیکربندی امیتر مشترک ترانزیستور پیوند دوقطبی
در پیکربندی امیتر مشترک ترانزیستور پیوند دوقطبی، پایه امیتر بین هر دو ترمینال ورودی و خروجی متصل می شود.
همانطور که از شکل مشاهده می کنید در این آرایش، سیگنال ورودی بین امیتر و بیس اعمال می شود در حالی که خروجی از امیتر و کلکتور گرفته می شود.
این پیکربندی با بالاترین جریان و افزایش توان ارائه می شود که آن را به گزینه ای ایده آل برای تقویت کننده تبدیل می کند. امپدانس ورودی به پیوند PN بایاس مستقیم متصل می شود که مقدار کم را نشان می دهد در حالی که امپدانس خروجی به اتصال PN بایاس معکوس وصل می شود که مقدار بالایی دارد.
اکثر ترانزیستورها معمولاً با پیکربندی امیتر مشترک عرضه می شوند زیرا این آرایش، قدرت و جریان ایده آل مورد نیاز برای تقویت را ارایه می دهد.
پیکربندی امیتر مشترک به عنوان مدار تقویت کننده معکوس نیز نامیده می شود که در آن سیگنال ورودی با سیگنال خروجی به اندازه 180 درجه اختلاف فاز دارد. یعنی سیگنال خروجی برعکس سیگنال ورودی خواهد بود.
بهره جریان امیتر مشترک این ترانزیستور در مقایسه با بهره جریان با پیکربندی بیس مشترک که نسبتی بین جریان کلکتور و جریان بیس است، بسیار بیشتر است و آن را با ß بتا نشان می دهند که اندازه گیری جریان در حال تقویت است.
ß = Ic/Ib
جریان خروجی در سمت کلکتور و امیتر به شدت به جریان سمت بیس بستگی دارد.
جریان در سمت امیتر مجموع جریان در سمت بیس و کلکتور است زیرا سمت امیتر در مقایسه با بیس و کلکتور دوپینگ زیادی دارد.
Ie = Ib + Ic
هنگامی که ولتاژ در پایه بیس اعمال می شود، چنبش الکترون ها شروع می شود که باعث می شود الکترون ها به سمت کلکتور حرکت کنند.
هر تغییر کوچکی در ولتاژ اعمال شده در ترمینال بیس منجر به تغییر بسیار زیادی در جریان بدست آمده در سمت کلکتور می شود.
مشخصات ورودی پیکربندی امیتر مشترک پیوند ترانزیستور اتصال دوقطبی
نمودار پیکربندی امیتر مشترک یک ترانزیستور پیوند دوقطبی بین جریان بیس IB و ولتاژ امیتر بیس VBE برای مقادیر افزایشی ولتاژ کلکتور-امیتر ترسیم شده است، همانطور که در نمودار نشان داده شده در زیر مشاهده می کنید.
ما به وضوح می توانیم از نمودار رسم شده مشاهده کنیم که مقدار جریان بیس با افزایش مقدار ولتاژ بیس-امیتر افزایش می یابد.
مشخصات خروجی پیکربندی امیتر مشترک ترانزیستور پیوند دوقطبی
برای پیکربندی امیتر مشترک، مشخصات خروجی بین جریان کلکتورIC با مقادیر متغیر ولتاژ کلکتور-امیتر VCE رسم می شود.
نمودار کار ترانزیستور پیوند دوقطبی را در سه ناحیه به نام‌های ناحیه اشباع، ناحیه فعال، ناحیه قطع نشان می‌دهد.
منطقه فعال منطقه ای است که در آن جریان با ولتاژ افزایش می یابد اما به حداکثر مقدار خود نرسیده است.
ناحیه اشباع نشان دهنده جریان اشباع است که ولتاژ به حداکثر مقدار خود رسیده است. آیا می توانید تمام مناطق ذکر شده را در نمودار بالا مشخص کنید؟
در ناحیه قطع، ناحیه امیتر بایاس معکوس با حداقل مقدار جریان است.
اثر ارلی در ترانزیستور پیوند دوقطبی
در اینجا اصطلاح مهم دیگری است که باید در مورد ویژگی های خروجی ترانزیستور پیوند دوقطبی بحث شود که به عنوان اثر ارلی ترانزیستور پیوند دوقطبی شناخته می شود، این پدیده زمانی که در مورد ویژگی های I-V یک پیوند دوقطبی صحبت می کنیم، جایگاه مهمی دارد.
اثر ارلی در ترانزیستور پیوند دوقطبی به نام دانشمند جیمز ام ارلی نامگذاری شده است.
اثر ارلی در ترانزیستور پیوند دوقطبی تغییر در عرض موثر ناحیه بیس با اعمال ولتاژ کلکتور-بیس VCB است.
شکل مدار ارائه شده در زیر نشان دهنده اثر ارلی در یک ترانزیستور پیوند دوقطبی است.
اثر ارلی باعث افزایش شرایط بایاس معکوس پیوند کلکتور-بیس می شود یا به عبارت ساده بایاس معکوس پیوند کلکتور-یس را تقویت می کند و باعث کاهش قابل توجه عرض ناحیه بیس ترانزیستور پیوند دوقطبی می شود.
اثر ارلی در ویژگی های خروجی امیتر مشترک و پیکربندی کلکتور مشترک نسبتاً مهم است.
با توجه به اثر ارلی در ترانزیستور پیوند دوقطبی، جریان کلکتور نشان داده شده با IC با افزایش VCE ولتاژ کلکتور-امیتر افزایش می یابد.
برای درک بهتر شکل زیر را در نظر بگیرید؛
پیکربندی کلکتور مشترک ترانزیستور پیوند دوقطبی
آرایش کلکتور مشترک را می توان با نام هایی دیگری نیز صدا زد.
پیکربندی کلکتور زمین شده
مدار پیرو ولتاژ (دنبال کننده ولتاژ) چون ورودی به پایه بیس اعمال می شود و خروجی از پایه امیتر اخذ می شود.
مدار پیرو امیتر (دنبال کننده امیتر)
در پیکربندی کلکتور مشترک یک ترانزیستور پیوند دوقطبی، پایه کلکتوردر ترمینال ورودی و خروجی مدار مشترک قرار داده می شود،
ترمینال ورودی مکانی است که سیگنال ورودی برای پایه داده می شود در حالی که ترمینال خروجی نقطه ای است که سیگنال خروجی بین کلکتور و امیتر به دست می آید.
نکته مهمی که باید به آن توجه داشت این است که پیکربندی کلکتور مشترک دارای امپدانس ورودی بسیار بالایی است.
این پیکربندی عمدتاً برای تطبیق امپدانس استفاده می شود زیرا امپدانس ورودی این پیکربندی بسیار بالا است در حالی که امپدانس خروجی بسیار پایین دارد.
پیکربندی کلکتور مشترک به عنوان تقویت کننده غیر معکوس نامیده می شود که در آن سیگنال خروجی و سیگنال ورودی با یکدیگر هم فاز هستند.
بهره جریان این ترانزیستور بسیار زیاد است زیرا مقاومت بار در انتهای دریافت کننده جریان کلکتور و جریان بیس است و آن را برای اهداف تقویت جریان مناسب می کند.
از این رو بهره ولتاژ بسیار کم، نزدیک واحد، می تواند به تولید بهره جریان بسیار زیاد، کمک کند.
مشخصات ورودی پیکربندی کلکتور مشترک ترانزیستور پیوند دوقطبی
مشخصات ورودی برای پیکربندی کلکتور مشترک یک ترانزیستور پیوند دوقطبی بین جریان بیس IB و ولتاژ کلکتور بیس VBC رسم شده است. برای درک بهتر به شکل زیر مراجعه کنید
جریان بیس IB در محور y ارائه می شود در حالی که ولتاژ کلکتور-بیس VCB در محور x ارائه می شود.
ولتاژ خروجی VBC با افزایش مقدار IB افزایش می یابد، برای درک بهتر می توانید شکل را دنبال کنید.
مشخصات خروجی پیکربندی کلکتور مشترک ترانزیستور پیوند دوقطبی
مشخصات خروجی پیکربندی کلکتور مشترک بین جریان امیتر IE و ولتاژ امیتر-کلکتور VCE رسم شده است. برای درک بهترشکل زیر را دنبال کنید؛
خروجی ولتاژ VCE برای مقادیر مختلف از صفر تا محدوده ماکزیمم رسم شده است.
شما می توانید مناطق مختلفی را برای مقادیر خروجی مشاهده کنید، مانند ناحیه اشباع، ناحیه فعال و منطقه قطع
مقایسه ترانزیستور پیوند دوقطبی با ترانزیستورهای دیگر
همانطور که اخیراً در مورد ترانزیستورها بحث کرده ایم، اجازه دهید ترانزیستورهای پیوند دوقطبی را با انواع دیگر ترانزیستورهای موجود مانند ترانزیستور اثر میدانی FET و MOSFET یعنی ترانزیستور اثر میدانی نیمه هادی اکسید فلزی مقایسه کنیم. بخش زیر به شما کمک می کند تفاوت واضح بین BJT و FET را بیابید.
BJT در مقابل FET/JFET
اول از همه، هر دوی این ترانزیستورها به دو خانواده مختلف ترانزیستور تعلق دارند.
ترانزیستور پیوند دوقطبی همانطور که از نامش مشخص است دوقطبی و JFET/FET تک قطبی است. اگر در مورد ترانزیستورهای تک قطبی و دوقطبی ایده ای ندارید، اجازه دهید به شما بگویم، آنها ترانزیستورهای تک قطبی شامل تنها یک نوع حامل بار است و ترانزیستورهای دوقطبی به هر دو نوع بار یعنی الکترون های حامل و همچنین حفره ها نیاز دارد. ترانزیستور پیوند دوقطبی یک تجهیز کنترل شده با جریان است در حالی که FET یک تجهیز کنترل شده با ولتاژ است.
ترانزیستورهای پیوند دوقطبی نسبت به FET ها کمی نویزی تر هستند.
ترانزیستورهای پیوند دوقطبی امپدانس ورودی بالاتری نسبت به ترانزیستورهای اثر میدانی دارند.
ترانزیستورهای پیوند دوقطبی نسبت به FET ها پایداری حرارتی کمتری دارند
سه پایه یک ترانزیستور اتصال دوقطبی به نام‌های بیس، امیتر و کلکتور نامیده می شود، در همین حال، FET دارای پایه های مختلفی به نام‌های گیت، سورس و درین است.
ترانزیستورهای پیوند دوقطبی از نظر اندازه بزرگتر از JFET ها هستند.
ترانزیستورهای پیوند دوقطبی نسبت به ترانزیستورهای اثر میدانی ارزانتر هستند.
BJT در مقابل ماسفت
بیایید اکنون ترانزیستورهای پیوند دوقطبی را با ماسفت مقایسه کنیم.
BJT مخفف ترانزیستور پیوند دوقطبی است در حالی که MOSFET مخفف ترانزیستورهای اثر میدانی اکسید فلز است.
ترانزیستور پیوند دوقطبی یک تجهیر کنترل شونده با جریان است در حالی که ماسفت یک تجهیز کنترل شونده با ولتاژ است.
یک ترانزیستور پیوند دوقطبی دارای سه پایه به نام امیتر-کلکتور و بیس است، در همین حال، ماسفت دارای چهار جزء بدنه، سورس، درین و گیت است.
خروجی یک ترانزیستور پسوند دوقطبی را می توان با کنترل جریان بیس کنترل کرد، در حالی که خروجی یک ماسفت را می توان با کنترل ولتاژ گیت کنترل کرد.
ترانزیستور پیوند دوقطبی دارای ضریب دمایی منفی است در حالی که ماسفت دارای ضریب دمایی مثبت است.
هر دو ترانزیستور پیوند دوقطبی و ماسفت برای سوئیچینگ استفاده می شوند، اما ترانزیستور پیوند دوقطبی فرکانس سوئیچینگ پایینی دارد در حالی که فرکانس سوئیچینگ ماسفت بالا است.
ترانزیستور پیوند دوقطبی یک قطعه دوقطبی است در حالی که ماسفت یک قطعه تک قطبی است.
ترانزیستور پیوند دوقطبی دارای امپدانس ورودی بالا است در حالی که ماسفت دارای امپدانس ورودی پایین است.
ترانزیستورهای پیوند دوقطبی نسبت به ماسفت ها کمی نویزی هستند.
ترانزیستورهای پیوند دوقطبی در کاربردهای جریان کم استفاده می شوند در حالی که ماسفت ها در کاربردهای توان بالا استفاده می شوند.
ماسفت ها برای استفاده صنعتی در مقایسه با ترانزیستورهای پیوند دوقطبی به دلیل کارایی بالاتر ترجیح داده می شوند.
در صورتی که می خواهید یک مرور کلی در مورد ماسفت داشته باشید، می توانید مقاله مفصل ما را در مورد این موضوع از جمله تعریف، انواع، کار و کاربردها بخوانید.
کاربردهای ترانزیستور پیوند دوقطبی
از قبلً می دانیم که ترانزیستورهای پیوند دوقطبی ساده و ارزان تر از سایر ترانزیستورهای مدرن مانند MOSFET ساخته می شوند و بازده کمتری دارند، هنوز هم برخی از تجهیزات الکترونیکی هستند که فقط از BJT استفاده می کنند زیرا همانطور که می گویند دود از کنده بلند میشه!
ترانزیستورهای پیوند دوقطبی در مدارهای برش و دمدولاسیون سیگنال استفاده می شوند.
ما از BJT برای تقویت جریان به دلیل ویژگی های افزایش جریان آن استفاده می کنیم.
کاربردهای فرکانس بالا مانند فرکانس رادیویی نیز شامل ترانزیستورهای پیوند دوقطبی است.
ترانزیستورهای پیوند دوقطبی به دلیل در دسترس بودن آسان و ساخت کم هزینه برای طراحی مدارهای گسسته استفاده می شوند.
ترانزیستورهای پیوند دوقطبی اغلب در مدارهای آنالوگ استفاده می شوند.
اکنون زمان آن است که در مورد کاربردهای ترانزیستور پیوند دوقطبی بحث مفصلی داشته باشیم.
- BJT به عنوان سوئیچ
حال این سوال مطرح می شود که چگونه یک BJT می تواند به عنوان سوئیچ کار کند. وقتی باید از ترانزیستور BJT به عنوان سوئیچ استفاده می کنیم، ترانزیستور خود را در ناحیه قطع و اشباع قرار دهیم. اگر این دو ناحیه را به یاد نمی آورید به شکل رفتار ترانزیستور و دسته بندی نواحی مختلفش مراجعه کنید.
در ناحیه قطع بایاس معکوس پیوند بیس کلکتور را داریم و در نتیجه جریانی دریافت نمی کنیم.
در ناحیه اشباع ترانزیستور پیوند دوقطبی، روی حداکثر ظرفیت خود کار می کند.
هنگامی که ترانزیستور BJT در ناحیه اشباع خود کار می کند، افت ولتاژی در مدار وجود ندارد و حداکثر جریان را با توجه به ظرفیت قطعی خود حمل می کند، در این حالت ترانزیستور را میتوان به عنوان یک کلید بسته در نظر گرفت.
در خطوط موازی، در ناحیه قطع، جریانی به دلیل بایاس معکوس وجود ندارد، بنابراین می توان گفت که ترانزیستور BJT ما به عنوان یک کلید باز کار می کند.
حالا فهمیدید که چگونه ترانزیستور پیوند دوقطبی ما به عنوان سوئیچ کار می کند.
2. ترانزیستور BJT به عنوان تقویت کننده
اگر بتوانید ویژگی های ترانزیستور BJT را به خاطر بیاورید، ممکن است به یاد داشته باشید که یک BJT زمانی که در ناحیه اشباع شده خود کار می کند، به عنوان یک تقویت کننده عمل می کند.
افزایش جریان ترانزیستورهای پیوند دوقطبی به ویژگی های آلفا و بتا ترانزیستور بستگی دارد.
به دلیل افزایش جریان زیاد، ترانزیستور پیوند دوقطبی در تقویت کننده ها در پیکربندی های مختلف استفاده می شود که قبلاً به تفصیل در مورد آن صحبت کردیم، آیا می توانید هر یک از آنها را به خاطر بیاورید؟ نگران نباشید، من دوباره این سه مورد را لیست می کنم.
پیکربندی بیس مشترک
پیکربندی امیتر مشترک
پیکربندی کلکتورمشترک
3. ترانزیستورهای پیوند دوقطبی در گیت های منطقی
همه ما تا حدودی با گیت های منطقی و دنیای باینری (صفر و یک) آشنا هستیم و یکی از کاربردهای ترانزیستورهای BJT می تواند تولید همین دنیای باینری و گیت های منطقی مرتبط آن باشد.
منطق امیتر کوپل شده
ترانزیستورهای پیوند دوقطبی بخش مهمی از منطق امیتر کوپل شده یا ECL (Emitter Coupled ) هستند.
ECL ها هرگز در حالت اشباع کار نمی کنند، آنها دارای امپدانس ورودی بالا و امپدانس خروجی پایین هستند.
جریان در ECL پیوسته است، بنابراین هر گیت دائماً جریان می‌کشد، آیا می‌توانید به معایبی که این منطق ECL ممکن است ایجاد کند فکر کنید؟ اجازه دهید من آن را پاسخ دهم، ECL انرژی بیشتری نسبت به خانواده های دیگر ترانزیستورها تلف می کند.
منطق BiCMOS، از ادغام ترانزیسترهای MOSFET و BJT ساخته شده است، یک CMOS دوقطبی که از مزایای هر دو، ترانزیستور پیوند دوقطبی و ماسفت بهره می برد. CMOS مخفف Complementary metal-oxide-semiconductor است.
4. ترانزیستورهای پیوند دوقطبی به عنوان مبدل لگاریتمی
تغییرات در پیوندهای BJT لگاریتمی است زیرا قبلاً می دانیم که ولتاژ امیتر بیس ما با تغییر آرایش جریان ما در جریان کلکتور-امیتر و جریان بیس-امیتر طی حالت های بایاس مختلف تغییر می کند.
بنابراین با توجه به این قابلیت و قابل پیش بینی بودن رفتار غیرخطی ترانزیستورهای پیوند دوقطبی، می توانیم به راحتی یک BJT را برای محاسبه لگاریتم و آنتی لگاریتم در هر مداری استفاده کنیم.
حتماً به این فکر می کنید که ما می توانیم یک دیود را برای این منظور نیز بکار ببریم، پس چرا به جای آن از دیود استفاده نمی کنیم؟ پاسخ در انعطاف پذیری و پایداری بالای مدار ترانزیستوری BJT نهفته است که دیود نمی تواند آن را فراهم کند.
5. ترانزیستورهای BJT در سنسورهای دما
در بخش قبلی ما بحث کردیم که ضریب دما برای ترانزیستورهای BJT کوچک است، بنابراین به دلیل این خاصیت می توان از آنها به عنوان سنسور دما استفاده کرد.
اکنون باید به این فکر کنید که چگونه می توانیم عملاً این کار را انجام دهیم، یک روش ساده برای اندازه گیری دما وجود دارد.
پیوند بیس-امیتر یک BJT دارای تابع انتقال جریان بسیار پایدار و قابل پیش بینی است که به دما بستگی دارد، به همین دلیل است که ترانزیستورهای پیوند دوقطبی در سنسورهای دما استفاده می شوند.
روابط زیر بین جریان و ولتاژ دو پیوند در دماهای مختلف را نشان می دهد.
در معادله بالا
K ثابت بولتزمن است و مقدار آن 1.38x10^-23 است.
T دمای محیط به صورت کلوین است.
VBE ولتاژ بیس امیتر است
IC1 و IC2 دو جریان مختلف خروجی در یک دمای ثابت و یکسان برای دو اتصال مختلف است.
دوستان همراه آکادمی اسمارت کامپ، بحث در خصوص ترانزیستورهای پیوند دو قطبی BJT به پایان رسید. اگر بعضی از مطالب برای شما دشوار است می توانیددوباره آن را مطالعه کنید یا مقالات دیگر ما رو مطالعه کنید و از منابع دیگر هم استفاده کنید.
دیدگاه خود را بنویسید