ما هو الترانزستور NPN؟

ما هو الترانزستور NPN؟

تعريف الترانزستور NPN

الترانزستور NPN هو نوع شائع من الترانزستورات ثنائية القطبية، حيث تحيط طبقة نصف موصل من النوع P بطبقتين من النوع N.

بناء الترانزستور NPN

كما تم مناقشته أعلاه، يحتوي الترانزستور NPN على مفصلتين وثلاثة أطراف. بناء الترانزستور NPN كما هو موضح في الشكل أدناه.

طبقات المُصدِر والمُجمِع أوسع مقارنة بالقاعدة. المُصدِر مُشبَع بشكل كبير. لذلك، يمكنه حقن عدد كبير من حاملات الشحنة إلى القاعدة.القاعدة مُشبَعة بشكل خفيف ورفيعة مقارنة بالمناطق الأخرى. تمر معظم حاملات الشحنة إلى المُجمِع الذي يتم إرساله من المُصدِر.المُجمِع مُشبَع بشكل معتدل ويجمع حاملات الشحنة من طبقة القاعدة.

رمز الترانزستور NPN

رمز الترانزستور NPN كما هو موضح في الشكل أدناه. رأس السهم يشير إلى الاتجاه التقليدي لتيار المُجمِع (IC) وتيار القاعدة (IB) وتيار المُصدِر (IE).

مبدأ العمل

يكون مفصل القاعدة-المُصدِر تحت تأثير جهد موجب VEE بينما يكون مفصل القاعدة-المُجمِع تحت تأثير جهد سالب VCC.

في حالة الجهد الموجب، يتم توصيل الطرف السالب لمصدر الجهد (VEE) بنصفي الموصل من النوع N (المُصدِر). وبالمثل، في حالة الجهد السالب، يتم توصيل الطرف الموجب لمصدر الجهد (VCC) بنصفي الموصل من النوع N (المُجمِع).

منطقة الاستنزاف لمفصل القاعدة-المُصدِر أرق مقارنة بمنطقة الاستنزاف لمفصل القاعدة-المُجمِع (ملاحظة: منطقة الاستنزاف هي المنطقة التي لا يوجد فيها حاملات شحنة متحركة وتتصرف كحاجز يعارض تدفق التيار).

في المُصدِر من النوع N، الحامل الرئيسي للشحنة هو الإلكترونات. لذلك، تبدأ الإلكترونات بالتدفق من المُصدِر من النوع N إلى القاعدة من النوع P. وبسبب الإلكترونات، سيبدأ التيار بالتدفق عبر مفصل القاعدة-المُصدِر. هذا التيار يُعرف بتيار المُصدِر IE.

تتحرك الإلكترونات إلى القاعدة، وهي نصف موصل من النوع P رقيق ومُشبَع بشكل خفيف مع عدد محدود من الثقوب لإعادة التركيب. لذلك، تتجاوز معظم الإلكترونات القاعدة، مع إعادة تركيب فقط قليل منها.

بسبب إعادة التركيب، سيتدفق التيار عبر الدائرة وهذا التيار يُعرف بتيار القاعدة IB. تيار القاعدة صغير جداً مقارنة بتيار المُصدِر. عادةً ما يكون 2-5% من تيار المُصدِر الكلي.

معظم الإلكترونات تمر عبر منطقة الاستنزاف لمفصل القاعدة-المُجمِع وتمر عبر منطقة المُجمِع. التيار الناتج عن الإلكترونات المتبقية يُعرف بتيار المُجمِع IC. تيار المُجمِع أكبر مقارنة بتيار القاعدة.

دائرة الترانزستور NPN

دائرة الترانزستور NPN كما هو موضح في الشكل أدناه.

يوضح الشكل كيفية توصيل مصادر الجهد: يتم توصيل المُجمِع بالطرف الموجب لـ VCC عبر مقاومة الحمل RL، والتي تحد من التيار الأقصى.

يتم توصيل طرف القاعدة بالطرف الموجب لجهد القاعدة VB مع مقاومة القاعدة RB. تستخدم مقاومة القاعدة لتقييد التيار الأقصى للقاعدة.

عند تشغيل الترانزستور، يسمح بتدفق تيار كبير للمُجمِع، مدفوعًا بتيار قاعدة صغير يدخل إلى طرف القاعدة.

وفقًا لقانون كيرتشوف للتيارات، فإن تيار المُصدِر هو مجموع تيار القاعدة وتيار المُجمِع.

نمط التشغيل للترانزستور

يعمل الترانزستور بأوضاع مختلفة أو مناطق اعتمادًا على تقطيب المفاصل. له ثلاثة أوضاع للعمل.

• وضع القطع

• وضع التشبع

• وضع النشاط

• وضع القطع

في وضع القطع، تكون كلتا المفصلتين تحت تأثير جهد سالب. في هذا الوضع، يتصرف الترانزستور كدارة مفتوحة ولا يسمح بتدفق التيار عبر الجهاز.

وضع التشبع

في وضع التشبع للترانزستور، تكون كلتا المفصلتين تحت تأثير جهد موجب. يتصرف الترانزستور كدارة مغلقة ويتدفق التيار من المُجمِع إلى المُصدِر عندما يكون جهد القاعدة-المُصدِر عاليًا.

وضع النشاط

في هذا الوضع للترانزستور، يكون مفصل القاعدة-المُصدِر تحت تأثير جهد موجب ومفصل القاعدة-المُجمِع تحت تأثير جهد سالب. في هذا الوضع، يعمل الترانزستور كمضخم للتيار.

يتدفق التيار بين المُصدِر والمُجمِع والكمية من التيار تتناسب مع تيار القاعدة.

تبديل الترانزستور NPN

يعمل الترانزستور كمفتاح مفتوح في وضع التشبع ومفتاح مغلق في وضع القطع.

عندما تكون كلتا المفصلتين تحت تأثير جهد موجب ويتم تقديم جهد كافٍ لجهد الإدخال. في هذه الحالة، يكون جهد المُجمِع-المُصدِر قريبًا من الصفر ويقوم الترانزستور بوظيفة دائرة قصيرة.

في هذه الحالة، سيبدأ التيار بالتدفق بين المُجمِع والمُصدِر. قيمة التيار المتدفق في هذه الدائرة هي،

عندما تكون كلتا المفصلتين تحت تأثير جهد سالب، يتصرف الترانزستور كدارة مفتوحة أو مفتاح مغلق. في هذه الحالة، يكون جهد الإدخال أو جهد القاعدة صفرًا.

لذلك، يظهر جهد Vcc الكامل عبر المُجمِع. ولكن، بسبب التقطيب السالب لمفصل المُجمِع-المُصدِر، لا يمكن للتيار أن يتدفق عبر الجهاز. وبالتالي، يتصرف كمفتاح مغلق.

يوضح الشكل التالي دائرة الترانزستور في منطقة القطع.

مخارج الترانزستور NPN

يحتوي الترانزستور على ثلاثة أسلاك: المُجمِع (C)، المُصدِر (E)، والقاعدة (B). في معظم التكوينات، يكون السلك الأوسط للقاعدة.

لتحديد أسلاك المُصدِر والمُجمِع، هناك نقطة على سطح الترانزستور SMD. السلك الموجود مباشرة تحت هذه النقطة هو المُجمِع والسلك المتبقي هو سلك المُصدِر.

إذا لم تكن النقطة موجودة، سيتم وضع جميع الأسلاك بمسافات غير متساوية. هنا، يكون السلك الأوسط هو القاعدة. السلك الأقرب إلى السلك الأوسط هو المُصدِر والسلك المتبقي هو سلك المُجمِع.