Was ist ein NPN-Transistor?

Was ist ein NPN-Transistor?

Definition des NPN-Transistors

Ein NPN-Transistor ist eine weit verbreitete Art von bipolarem Junctionstransistor, bei dem eine P-Schicht von zwei N-Schichten eingerahmt wird.

Aufbau des NPN-Transistors

Wie oben besprochen, hat der NPN-Transistor zwei Übergänge und drei Anschlüsse. Der Aufbau des NPN-Transistors ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Die Emitter- und Kollektorschichten sind breiter als die Basis. Der Emitter ist stark dotiert und kann daher eine große Anzahl von Ladungsträgern zur Basis injizieren. Die Basis ist leicht dotiert und sehr dünn im Vergleich zu den anderen beiden Regionen. Sie leitet die meisten Ladungsträger zum Kollektor weiter, die vom Emitter emittiert werden. Der Kollektor ist mittelstark dotiert und sammelt die Ladungsträger aus der Basislage.

Symbol des NPN-Transistors

Das Symbol des NPN-Transistors ist in der folgenden Abbildung dargestellt. Die Pfeilspitze zeigt die herkömmliche Richtung des Kollektorstroms (IC), des Basisstroms (IB) und des Emitterstroms (IE).

Funktionsprinzip

Der Emitter-Basis-Übergang befindet sich durch die Spannungsquelle VEE in Vorwärtsrichtung, während der Kollektor-Basis-Übergang durch die Spannungsquelle VCC in Gegenrichtung polarisiert wird.

Bei Vorwärtsrichtungspolarisierung ist das negative Terminal der Spannungsquelle (VEE) mit dem N-Halbleiter (Emitter) verbunden. Ähnlich verhält es sich bei Gegenrichtungspolarisierung, wo das positive Terminal der Spannungsquelle (VCC) mit dem N-Halbleiter (Kollektor) verbunden ist.

Die Depletionszone des Emitter-Basis-Übergangs ist dünner als die Depletionszone des Kollektor-Basis-Übergangs (Beachten Sie, dass die Depletionszone eine Zone ist, in der keine beweglichen Ladungsträger vorhanden sind und sie wie eine Barriere wirkt, die den Stromfluss hemmt).

Im N-Emitter sind Elektronen die Mehrheitsladungsträger. Daher beginnen Elektronen, vom N-Emitter zum P-Basis zu fließen. Durch diese Elektronen beginnt der Strom, den Emitter-Basis-Übergang zu durchfließen. Dieser Strom wird als Emitterstrom IE bezeichnet.

Elektronen bewegen sich in die Basis, einen dünnen, leicht dotierten P-Halbleiter mit begrenzten Löchern für Rekombination. Daher umgehen die meisten Elektronen die Basis, wobei nur wenige rekombinieren.

Durch die Rekombination fließt der Strom durch den Schaltkreis, und dieser Strom wird als Basisstrom IB bezeichnet. Der Basisstrom ist im Vergleich zum Emitterstrom sehr klein. Typischerweise beträgt er 2-5% des gesamten Emitterstroms.

Die meisten Elektronen passieren die Depletionszone des Kollektor-Basis-Übergangs und fließen durch die Kollektorschicht. Der durch die verbleibenden Elektronen fließende Strom wird als Kollektorstrom IC bezeichnet. Der Kollektorstrom ist im Vergleich zum Basisstrom groß.

NPN-Transistorschaltung

Die Schaltung des NPN-Transistors ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Die Zeichnung zeigt, wie die Spannungsquellen verbunden sind: Der Kollektor ist über einen Lastwiderstand RL mit dem positiven Terminal von VCC verbunden, was den maximalen Stromfluss begrenzt.

Das Basisterminal ist über den Basiswiderstand RB mit dem positiven Terminal der Basisversorgungsspannung VB verbunden. Der Basiswiderstand dient dazu, den maximalen Basisstrom zu begrenzen.

Wenn der Transistor eingeschaltet ist, lässt er einen großen Kollektorstrom fließen, der durch einen kleineren Basisstrom getrieben wird, der das Basisterminal betritt.

Nach KCL ist der Emitterstrom die Summe aus Basisstrom und Kollektorstrom.

Betriebsmodus des Transistors

Der Transistor arbeitet in verschiedenen Modus oder Bereichen, abhängig von der Polarisation der Übergänge. Er hat drei Betriebsmodi.

• Ausschaltmodus

• Sättigungsmodus

• Aktiver Modus

• Ausschaltmodus

Im Ausschaltmodus sind beide Übergänge in Gegenrichtung polarisiert. In diesem Modus verhält sich der Transistor wie ein offener Schaltkreis und lässt keinen Strom durch das Gerät fließen.

Sättigungsmodus

Im Sättigungsmodus des Transistors sind beide Übergänge in Vorwärtsrichtung polarisiert. Der Transistor verhält sich wie ein geschlossener Schaltkreis und der Strom fließt vom Kollektor zum Emitter, wenn die Basis-Emitter-Spannung hoch ist.

Aktiver Modus

In diesem Modus des Transistors ist der Basis-Emitter-Übergang in Vorwärtsrichtung polarisiert und der Kollektor-Basis-Übergang in Gegenrichtung. In diesem Modus arbeitet der Transistor als Stromverstärker.

Der Strom fließt zwischen Emitter und Kollektor, und die Menge des Stroms ist proportional zum Basisstrom.

NPN-Transistorschalter

Der Transistor arbeitet im Sättigungsmodus als eingeschaltet und im Ausschaltmodus als ausgeschaltet.

Wenn beide Übergänge in Vorwärtsrichtung polarisiert sind und eine ausreichende Spannung an die Eingangsspannung angelegt wird, ist die Kollektor-Emitter-Spannung nahe null, und der Transistor verhält sich wie ein Kurzschluss.

In diesem Zustand beginnt der Strom, zwischen Kollektor und Emitter zu fließen. Der Wert des in diesem Schaltkreis fließenden Stroms ist,

Wenn beide Übergänge in Gegenrichtung polarisiert sind, verhält sich der Transistor wie ein offener Schaltkreis oder ein Ausgangsschalter. In diesem Zustand ist die Eingangsspannung oder die Basisspannung null.

Daher erscheint die gesamte Vcc-Spannung am Kollektor. Da jedoch der Kollektor-Emitter-Bereich in Gegenrichtung polarisiert ist, kann kein Strom durch das Gerät fließen. Daher verhält es sich wie ein Ausgangsschalter.

Die Schaltkreisskizze eines Transistors im Ausschaltbereich ist in der folgenden Abbildung dargestellt.

Anordnung der Anschlüsse des NPN-Transistors

Der Transistor hat drei Anschlüsse: Kollektor (C), Emitter (E) und Basis (B). In den meisten Konfigurationen ist der mittlere Anschluss der Basisanschluss.

Um den Emitter- und Kollektoranschluss zu identifizieren, gibt es einen Punkt auf der Oberfläche des SMD-Transistors. Der genau unter diesem Punkt liegende Anschluss ist der Kollektor, und der verbleibende Anschluss ist der Emitteranschluss.

Falls der Punkt nicht vorhanden ist, sind alle Anschlüsse ungleichmäßig platziert. Hier ist der mittlere Anschluss die Basis. Der am nächsten liegende Anschluss zur Basis ist der Emitter, und der verbleibende Anschluss ist der Kollektoranschluss.