Co je tranzistor NPN?

Co je tranzistor typu NPN?

Definice tranzistoru typu NPN

Tranzistor typu NPN je široce používaný druh bipolárního spojkového tranzistoru, kde vrstva polovodiče typu P je obklopena dvěma vrstvami typu N.

Konstrukce tranzistoru typu NPN

Jak bylo uvedeno výše, tranzistor typu NPN má dvě spojky a tři terminály. Konstrukce tranzistoru typu NPN je znázorněna na následujícím obrázku.

Vrstvy emitoru a kolektoru jsou širší než báze. Emitter je silně dotovaný. Proto může do báze zavést velké množství nosičů náboje.Báze je lehce dotovaná a ve srovnání s ostatními dvěma oblastmi velmi tenká. Prochází jí většina nosičů náboje, které jsou emitovány emitorem.Kolektor je středně dotovaný a shromažďuje nosiče náboje z báze.

Symbol tranzistoru typu NPN

Symbol tranzistoru typu NPN je znázorněn na následujícím obrázku. Šipka ukazuje konvenční směr proudu kolektoru (IC), báze (IB) a emitery (IE).

Princip fungování

Spojka mezi emiterem a bází je předzatížená napětím VEE, zatímco spojka mezi kolektorem a bází je protizatížená napětím VCC.

V předzatíženém stavu je negativní terminál zdroje napětí (VEE) připojen k polovodiči typu N (Emitter). Podobně, v protizatíženém stavu je pozitivní terminál zdroje napětí (VCC) připojen k polovodiči typu N (Kolektor).

Deplonační oblast spojky mezi emiterem a bází je tenčí než deplonační oblast spojky mezi kolektorem a bází (Poznámka: Deplonační oblast je oblast, kde nejsou přítomni mobilní nosiči náboje, a chová se jako bariéra, která brání toku proudu).

V emitru typu N jsou hlavní nosiče náboje elektrony. Proto začnou elektrony proudit od emitru typu N do báze typu P. A kvůli elektronům začne proudit proud v spojce mezi emiterem a bází. Tento proud se nazývá emitterský proud IE.

Elektrony se pohybují do báze, která je tenkým, lehce dotovaným polovodičem typu P s omezeným počtem děr pro rekombinaci. Proto většina elektronů obejde bázi, a pouze několik se rekombové.

Díky rekombinaci začne proudit proud v obvodu a tento proud se nazývá bázový proud IB. Bázový proud je velmi malý v porovnání s emitterským proudem. Typicky činí 2-5% celkového emitterského proudu.

Většina elektronů projde deplonační oblastí spojky mezi kolektorem a bází a projde kolektorem. Proud, který teče zbylými elektrony, se nazývá kolektorský proud IC. Kolektorský proud je větší než bázový proud.

Obvod tranzistoru typu NPN

Obvod tranzistoru typu NPN je znázorněn na následujícím obrázku.

Diagram ukazuje, jak jsou zapojeny zdroje napětí: kolektor je připojen k pozitivnímu terminálu VCC přes odpor RL, který omezuje maximální proud.

Terminál báze je připojen k pozitivnímu terminálu zdroje napětí VB s odporem RB. Odporník RB slouží k omezení maximálního bázového proudu.

Když je tranzistor zapnut, umožňuje tok velkého kolektorského proudu, který je poháněn menším bázovým proudem, který vstupuje do báze.

Podle KCL (Kirchhoffova pravidla uzlových součtů) je emitterský proud součtem bázového a kolektorského proudu.

Režimy fungování tranzistoru

Tranzistor funguje v různých režimech nebo oblastech, v závislosti na předzatížení spojek. Existuje tři režimy fungování.

• Režim vypnutí

• Saturace

• Aktivní režim

• Režim vypnutí

V režimu vypnutí jsou obě spojky protizatíženy. V tomto režimu se tranzistor chová jako otevřený obvod a nedovolí tok proudu skrz zařízení.

Saturace

V režimu saturace jsou obě spojky předzatíženy. Tranzistor se chová jako uzavřený obvod a proud teče od kolektoru k emiteru, když je napětí mezi bází a emiterem vysoké.

Aktivní režim

V tomto režimu je spojka mezi emiterem a bází předzatížena a spojka mezi kolektorem a bází je protizatížena. V tomto režimu tranzistor funguje jako zesilovač proudu.

Proud teče mezi emiterem a kolektorem a jeho hodnota je úměrná bázovému proudu.

Tranzistor typu NPN jako spínač

Tranzistor funguje jako zapnutý v režimu saturace a vypnutý v režimu vypnutí.

Když jsou obě spojky předzatíženy a dostatečné napětí je podáno na vstup. V této podmínce je napětí mezi kolektorem a emiterem téměř nulové a tranzistor funguje jako krátké spojení.

V této podmínce začne proudité mezi kolektorem a emiterem. Hodnota točícího se proudu v tomto obvodu je,

Když jsou obě spojky protizatíženy, tranzistor se chová jako otevřený obvod nebo vypnutý spínač. V této podmínce je vstupní napětí nebo napětí báze nulové.

Proto se celé napětí Vcc objeví na kolektoru. Ale, kvůli protizatížení oblasti mezi kolektorem a emiterem, proud nemůže pramenit skrz zařízení. Proto se chová jako vypnutý spínač.

Schéma obvodu tranzistoru v režimu vypnutí je znázorněno na následujícím obrázku.

Pinout tranzistoru typu NPN

Tranzistor má tři vývody; kolektor (C), emiter (E) a báze (B). V nejvíce konfiguracích je prostřední vývod pro bázi.

Pro identifikaci vývodu emiteru a kolektoru je na povrchu SMD tranzistoru tečka. Vývod, který je přesně pod touto tečkou, je kolektor a zbývající vývod je emiter.

Pokud tečka není přítomna, jsou všechny vývody umístěny s nerovnoměrným rozestupem. Zde je prostřední vývod báze. Nejbližší vývod k prostřednímu vývodu je emiter a zbývající vývod je kolektor.