Meterprüfung eines Transistors (BJT)

Bipolartransistoren bestehen aus einem dreischichtigen Halbleiter-Sandwich, entweder PNP oder NPN. Als solche registrieren sich Transistoren als zwei gegeneinander geschaltete Dioden, wenn sie mit der Funktion „Widerstand“ oder „Diodenprüfung“ eines Multimeters getestet werden, wie in der Abbildung unten dargestellt. Niedrige Widerstandswerte an der Basis mit den schwarzen negativen (-) Leitungen entsprechen einem N-Typ-Material in der Basis eines PNP-Transistors. Auf dem Symbol wird das N-Typ-Material durch den Pfeil des Basis-Emitter-Übergangs „gezeigt“, der in diesem Beispiel die Basis ist. Der Emitter vom P-Typ entspricht dem anderen Ende des Pfeils des Basis-Emitter-Übergangs, dem Emitter. Der Kollektor ist dem Emitter sehr ähnlich und ist auch ein P-Typ-Material des PN-Übergangs.

PNP-Transistormeterprüfung:(a) Vorwärts B-E, B-C, Widerstand ist niedrig; (b) umgekehrt B-E, B-C, Widerstand ist ∞.

Hier gehe ich von der Verwendung eines Multimeters mit nur einer einzigen Durchgangsbereichs-(Widerstands-)Funktion aus, um die PN-Übergänge zu überprüfen. Einige Multimeter sind mit zwei separaten Durchgangsprüfungsfunktionen ausgestattet:Widerstand und „Diodenprüfung“, jede mit ihrem eigenen Zweck. Wenn Ihr Messgerät über eine bestimmte „Diodenprüffunktion“ verfügt, verwenden Sie diese anstelle des „Widerstands“-Bereichs, und das Messgerät zeigt die tatsächliche Durchlassspannung des PN-Übergangs an und nicht nur, ob es Strom leitet oder nicht.

Bei einem NPN-Transistor sind die Zählerstände natürlich genau umgekehrt, wobei beide PN-Übergänge in die andere Richtung zeigen. Niedrige Widerstandswerte mit der roten (+) Leitung an der Basis sind die „entgegengesetzte“ Bedingung für den NPN-Transistor.

Wird bei diesem Test ein Multimeter mit „Dioden-Check“-Funktion verwendet, stellt sich heraus, dass die Emitter-Basis-Strecke einen etwas größeren Durchlassspannungsabfall aufweist als die Kollektor-Basis-Strecke. Dieser Durchlassspannungsunterschied ist auf die unterschiedliche Dotierungskonzentration zwischen den Emitter- und Kollektorbereichen des Transistors zurückzuführen:Der Emitter ist ein viel stärker dotiertes Halbleitermaterial als der Kollektor, wodurch seine Verbindung mit der Basis eine höhere Durchlassspannung erzeugt fallen lassen.

Wenn man dies weiß, wird es möglich zu bestimmen, welcher Draht welcher an einem nicht markierten Transistor ist. Dies ist wichtig, da das Transistor-Packaging leider nicht standardisiert ist. Alle Bipolartransistoren haben natürlich drei Drähte, aber die Positionen der drei Drähte auf dem tatsächlichen physischen Gehäuse sind nicht in einer universellen, standardisierten Reihenfolge angeordnet.

Angenommen, ein Techniker findet einen Bipolartransistor und misst den Durchgang mit einem Multimeter im Modus „Diodenprüfung“. Durch Messung zwischen Adernpaaren und Aufzeichnung der vom Messgerät angezeigten Werte erhält der Techniker die Daten in der Abbildung unten.

• Meter berührt Kabel 1 (+) und 2 (-):„OL“
• Meter berührt Kabel 1 (-) und 2 (+):„OL“
• Meter berührt Kabel 1 (+) und 3 (-):0,655 V
• Meter berührt Kabel 1 (-) und 3 (+):„OL“
• Meter berührt Kabel 2 (+) und 3 (-):0,621 V
• Meter berührt Kabel 2 (-) und 3 (+):„OL“

Unbekannter Bipolartransistor. Welche Anschlüsse sind Emitter, Basis und Kollektor? Ω-Zählerstände zwischen den Terminals.

Die einzigen Kombinationen von Testpunkten, die leitende Zählerablesungen liefern, sind die Drähte 1 und 3 (rote Messleitung an 1 und schwarze Messleitung an 3) sowie die Drähte 2 und 3 (rote Messleitung an 2 und schwarze Messleitung an 3). Diese beiden Lesungen muss zeigen die Vorwärtsspannung des Emitter-Basis-Übergangs (0,655 Volt) und des Kollektor-Basis-Übergangs (0,621 Volt) an.

Jetzt suchen wir nach dem einen Draht, der beiden Sätzen von leitenden Messwerten gemeinsam ist. Es muss die Basisverbindung des Transistors sein, da die Basis die einzige Schicht des Dreischicht-Bauelements ist, die beiden Sätzen von PN-Übergängen (Emitter-Basis und Kollektor-Basis) gemeinsam ist. In diesem Beispiel hat dieser Draht die Nummer 3, die sowohl für die 1-3- als auch für die 2-3-Testpunktkombinationen gilt. In beiden Zählerständen ist das schwarze (-) Die Messleitung berührte Draht 3, was uns sagt, dass die Basis dieses Transistors aus N-Halbleitermaterial besteht (schwarz =negativ). Somit ist der Transistor ein PNP mit einer Basis auf Draht 3, Emitter auf Draht 1 und Kollektor auf Draht 2, wie in Abbildung unten beschrieben.

• E und C hoch R:1 (+) und 2 (-):„OL“
• C und E hoch R:1 (-) und 2 (+):„OL“
• E und B vorwärts:1 (+) und 3 (-):0,655 V
• E und B umgekehrt:1 (-) und 3 (+):„OL“
• C und B vorwärts:2 (+) und 3 (-):0,621 V
• C und B umgekehrt:2 (-) und 3 (+):„OL“

BJT-Terminals identifiziert durch Ω-Meter.

Bitte beachten Sie, dass der Basisdraht in diesem Beispiel nicht ist die mittlere Leitung des Transistors, wie man es vom dreischichtigen „Sandwich“-Modell eines Bipolartransistors erwarten könnte. Dies ist häufig der Fall und führt zu Verwirrung bei neuen Elektronikstudenten. Die einzige Möglichkeit, um sicher zu sein, welche Leitung welche ist, ist eine Überprüfung des Messgeräts oder die Bezugnahme auf die "Datenblatt"-Dokumentation des Herstellers zu dieser bestimmten Teilenummer des Transistors.

Zu wissen, dass sich ein Bipolartransistor beim Testen mit einem Leitfähigkeitsmessgerät wie zwei Gegen-an-Rücken-Dioden verhält, ist hilfreich, um einen unbekannten Transistor allein durch Zählerablesungen zu identifizieren. Hilfreich ist es auch für eine schnelle Funktionskontrolle des Transistors. Wenn der Techniker den Durchgang in mehr als zwei oder weniger als zwei der sechs Messleitungskombinationen messen würde, würde er oder sie sofort wissen, dass der Transistor defekt war (oder dass er nicht war). ein Bipolartransistor, sondern etwas anderes – eine eindeutige Möglichkeit, wenn keine Teilenummern zur sicheren Identifizierung referenziert werden können!). Das „zwei Dioden“-Modell des Transistors erklärt jedoch nicht, wie oder warum er als Verstärker fungiert.

Um dies besser zu veranschaulichen, untersuchen wir einen der Transistorschaltkreise anhand des physikalischen Diagramms in der folgenden Abbildung anstelle des schematischen Symbols zur Darstellung des Transistors. Auf diese Weise sind die beiden PN-Übergänge leichter zu erkennen.

Ein kleiner Basisstrom, der in dem in Durchlassrichtung vorgespannten Basis-Emitter-Übergang fließt, ermöglicht einen großen Stromfluss durch den in Sperrrichtung vorgespannten Basis-Kollektor-Übergang.

Ein grauer diagonaler Pfeil zeigt die Richtung des Stromflusses durch den Emitter-Basis-Übergang. Dieser Teil ist sinnvoll, da der Strom von der P-Typ-Basis zum N-Typ-Emitter fließt:Der Übergang ist offensichtlich in Vorwärtsrichtung vorgespannt. Der Basis-Kollektor-Übergang ist jedoch eine ganz andere Sache. Beachten Sie, wie der graue dicke Pfeil in Stromflussrichtung (nach unten) vom Kollektor zur Basis zeigt. Mit der Basis aus P-Typ-Material und dem Kollektor aus N-Typ-Material. Die Basis und der Kollektor sind in Sperrrichtung vorgespannt, was dem Stromfluss entgegenwirkt. Ein gesättigter Transistor zeigt jedoch nur sehr wenig Widerstand gegen den Stromfluss, vom Kollektor bis zum Emitter, wie die Beleuchtung der Lampe zeigt!

Es ist also klar, dass hier etwas vor sich geht, das sich dem einfachen Erklärungsmodell mit zwei Dioden des Bipolartransistors widersetzt. Als ich zum ersten Mal etwas über den Transistorbetrieb lernte, versuchte ich, meinen eigenen Transistor aus zwei Back-to-Back-Dioden zu konstruieren, wie in Abbildung unten.

Ein Paar Back-to-Back-Dioden verhält sich nicht wie ein Transistor und der Strom kann nicht durch die Lampe fließen!

In einem Transistor verhindert die Sperrspannung des Basis-Kollektor-Übergangs den Kollektorstrom, wenn sich der Transistor im Sperrmodus befindet (dh wenn kein Basisstrom vorhanden ist). Wenn der Basis-Emitter-Übergang durch das Steuersignal in Vorwärtsrichtung vorgespannt wird, wird die normalerweise sperrende Wirkung des Basis-Kollektor-Übergangs aufgehoben und Strom durch den Kollektor zugelassen, obwohl der Strom durch dieses PN . in die „falsche Richtung“ fließt Kreuzung. Diese Wirkung hängt von der Quantenphysik der Halbleiterübergänge ab und kann nur stattfinden, wenn die beiden Übergänge richtig beabstandet sind und die Dotierungskonzentrationen der drei Schichten richtig proportioniert sind. Zwei in Reihe geschaltete Dioden erfüllen diese Kriterien nicht; Die obere Diode kann sich nie „einschalten“, wenn sie in Sperrrichtung vorgespannt ist, egal wie viel Strom durch die untere Diode in der Basisdrahtschleife fließt. Weitere Informationen finden Sie unter Bipolar-Übergangstransistoren, Ch 2.

Dass Dotierungskonzentrationen eine entscheidende Rolle für die besonderen Fähigkeiten des Transistors spielen, zeigt sich auch daran, dass Kollektor und Emitter nicht austauschbar sind. Wenn der Transistor lediglich als zwei Rücken-an-Rücken-PN-Übergänge oder lediglich als ein einfaches N-P-N- oder P-N-P-Materialsandwich betrachtet wird, kann es so aussehen, als ob jedes Ende des Transistors als Kollektor oder Emitter dienen könnte. Dies ist jedoch nicht wahr. Wenn in einem Stromkreis „rückwärts“ angeschlossen, kann ein Basis-Kollektor-Strom den Strom zwischen Kollektor und Emitter nicht steuern. Trotz der Tatsache, dass sowohl die Emitter- als auch die Kollektorschicht eines Bipolartransistors vom gleichen Dotierungstyp typ sind (entweder N oder P), Kollektor und Emitter sind definitiv nicht identisch!

Der Basis-Emitter-Übergang lässt Strom zu, da er in Vorwärtsrichtung vorgespannt ist, während der Basis-Kollektor-Übergang in Sperrrichtung vorgespannt ist. Die Wirkung des Basisstroms kann man sich als „Öffnen eines Gates“ für den Strom durch den Kollektor vorstellen. Genauer gesagt erlaubt jede gegebene Menge an Basis-Emitter-Strom eine begrenzte Menge des Basis-Kollektor-Stroms.

Im nächsten Abschnitt wird diese Strombegrenzung des Transistors genauer untersucht.

RÜCKBLICK:

• Mit einem Multimeter im Modus "Widerstand" oder "Diodenprüfung" getestet, verhält sich ein Transistor wie zwei PN-Übergänge (Dioden), die gegeneinander geschaltet sind.
• Der Emitter-Basis-PN-Übergang hat aufgrund der stärkeren Dotierung der Emitter-Halbleiterschicht einen etwas größeren Durchlassspannungsabfall als der Kollektor-Basis-PN-Übergang.
• Der in Sperrrichtung vorgespannte Basis-Kollektor-Übergang blockiert normalerweise jeglichen Strom daran, durch den Transistor zwischen Emitter und Kollektor zu fließen. Dieser Übergang beginnt jedoch zu leiten, wenn der Strom durch den Basisdraht gezogen wird. Der Basisstrom kann als „Öffnen eines Tors“ für eine bestimmte, begrenzte Strommenge durch den Kollektor betrachtet werden.

VERWANDTES ARBEITSBLATT:

• Arbeitsblatt zur Theorie des bipolaren Übergangstransistors (BJT)