Hvad er en NPN-transistor?

Hvad er en NPN-transistor?

Definition af NPN-transistor

En NPN-transistor er et bredt anvendt type bipolær junctionstransistor, hvor en P-type halvlederlag er omgivet af to N-type lag.

Konstruktion af NPN-transistor

Som nævnt ovenfor har NPN-transistoren to junctions og tre terminaler. Konstruktionen af NPN-transistoren er som vist på nedenstående figur.

Emitter- og collectorlagene er bredere sammenlignet med basen. Emitteren er stærkt doped. Derfor kan den indføre et stort antal ladningsbærende partikler til basen. Basen er let doped og meget tynd i forhold til de andre to regioner. Den sender de fleste ladningsbærende partikler videre til collectoren, der udsendes af emitteren. Collectoren er moderat doped og samler ladningsbærende partikler fra baselaget.

Symbol for NPN-transistor

Symbolet for NPN-transistoren er som vist på nedenstående figur. Pilhovedet viser den konventionelle retning for Collectorstrøm (IC), Basestrøm (IB) og Emitterstrøm (IE).

Arbejdsmåde

Emitter-basen junction er i forhåndsbelasted tilstand ved spændingskilde VEE, mens collector-base junction er baghåndsbelasted af spændingskilde VCC.

I forhåndsbelasted tilstand er den negative terminal af spændingskilden (VEE) forbundet til N-type halvleder (Emitter). Ligeledes, i baghåndsbelasted tilstand er den positive terminal af spændingskilden (VCC) forbundet til N-type halvleder (Collector).

Udtømmelsesregionen af emitter-base regionen er tyndere sammenlignet med udtømmelsesregionen af collector-base junction (Bemærk, at udtømmelsesregionen er en region, hvor ingen mobile ladningsbærende partikler findes, og den opfører sig som en barriere, der modvirker strømfloden).

I N-type emitter er de mest almindelige ladningsbærende partikler elektroner. Derfor begynder elektroner at flyde fra N-type emitter til P-type base. Og på grund af elektronerne vil strøm begynde at flyde gennem emitter-base junction. Denne strøm kaldes emitterstrøm IE.

Elektroner bevæger sig ind i basen, en tynd, let doped P-type halvleder med begrænsede huller til rekombination. Derfor passererer de fleste elektroner basen, med kun få der rekombinerer.

På grund af rekombinationen vil strøm flyde gennem kredsløbet, og denne strøm kaldes basestrøm IB. Basestrømmen er meget lille i forhold til emitterstrømmen. Typisk er det 2-5% af den totale emitterstrøm.

De fleste elektroner passererer udtømmelsesregionen af collector-base junction og passerer gennem collectorregionen. Strømmen, der flyder af de resterende elektroner, kaldes collectorstrøm IC. Collectorstrømmen er stor i forhold til basestrømmen.

Kredsløb for NPN-transistor

Kredsløbet for NPN-transistoren er som vist på nedenstående figur.

Diagrammet viser, hvordan spændingskilder er forbundet: collectoren forbinder til den positive terminal af VCC gennem en belastningsmodstand RL, som begrænser maksimal strømflod.

Baseterminalen er forbundet til den positive terminal af basespændingskilde VB med basemodstand RB. Basemodstanden bruges til at begrænse maksimal basestrøm.

Når den er tændt, tillader transistoren en stor collectorstrøm at flyde, drevet af en mindre basestrøm, der indgår i baseterminalen.

Ifølge KCL er emitterstrømmen summen af basestrøm og collectorstrøm.

Arbejdsmodus for transistor

Transistoren arbejder i forskellige moduser eller regioner, afhængigt af belastningen af junctions. Den har tre arbejdsmoduser.

• Afbrydelsesmodus

• Mættelsesmodus

• Aktiv modus

• Afbrydelsesmodus

I afbrydelsesmodus er begge junctions i baghåndsbelastet tilstand. I denne tilstand opfører transistoren sig som en åben kredsløb. Og den vil ikke tillade, at strøm flyder gennem enheden.

Mættelsesmodus

I mættelsesmodus for en transistor er begge junctions forbundet i forhåndsbelastet tilstand. Transistoren opfører sig som en lukket kredsløb, og strøm flyder fra collector til emitter, når bassemitter-spændingen er høj.

Aktiv modus

I denne modus for en transistor er emitter-basen junction forhåndsbelastet, og collector-base junction er baghåndsbelastet. I denne modus fungerer transistoren som en strømforsætter.

Strømmen flyder mellem emitter og collector, og mængden af strøm er proportional med basestrømmen.

NPN-transistor som skifter

Transistoren fungerer som tændt i mættelsesmodus og slukket i afbrydelsesmodus.

Når begge junctions er forbundet i forhåndsbelastet tilstand, og tilstrækkelig spænding er givet til inputspændingen. I denne tilstand er collector-emitter spændingen nær nul, og transistoren fungerer som en kortslutning.

I denne tilstand vil strøm begynde at flyde mellem collector og emitter. Værdien af strømmen, der flyder i dette kredsløb, er,

Når begge junctions er forbundet i baghåndsbelastet tilstand, opfører transistoren sig som en åben kredsløb eller slukket skifter. I denne tilstand er inputspændingen eller basens spænding nul.

Derfor optræder hele Vcc spændingen over collector. Men, på grund af baghåndsbelastning af collector-emitter regionen, kan strøm ikke flyde gennem enheden. Derfor opfører den sig som en slukket skifter.

Kredsløbsdiagrammet for en transistor i afbrydelsesregionen er som vist på nedenstående figur.

Pinout for NPN-transistor

Transistoren har tre ledninger; collector (C), Emitter (E) og Base (B). I de fleste konfigurationer er midterste ledning til Base.

For at identificere emitter- og collectorpin, er der en prik på overfladen af SMD-transistoren. Pin, der ligger præcis under denne prik, er collector, og den resterende pin er emitterpin.

Hvis prikken ikke er til stede, vil alle pin'er være placeret med ulige afstand. Her er midterste pin base. Den nærmeste pin til midterste pin er emitter, og den resterende pin er collectorpin.