چه چیزی NPN ترانزیستور است

NPN ترانزیستور چیست؟

تعریف NPN ترانزیستور

NPN ترانزیستور نوعی از ترانزیستورهای پیوند دو قطبی است که در آن لایه نیمه‌رسانا P بین دو لایه N قرار دارد.

ساختار NPN ترانزیستور

مانند آنچه بالاتر ذکر شد، NPN ترانزیستور دارای دو پیوند و سه ترمینال است. ساختار NPN ترانزیستور به صورت زیر نمایش داده شده است.

لایه‌های امیتر و کالکتور نسبت به پایه پهن‌تر هستند. امیتر به شدت دوپ شده است. بنابراین می‌تواند تعداد زیادی حامل‌های بار به پایه تزریق کند.پایه به شدت خفیف دوپ شده و نسبت به دو منطقه دیگر بسیار رقیق است. این پایه بیشتر حامل‌های بار را به کالکتور منتقل می‌کند که توسط امیتر انتشار یافته‌اند.کالکتور با درجه‌ای متوسط دوپ شده و حامل‌های بار را از لایه پایه جمع‌آوری می‌کند.

نماد NPN ترانزیستور

نماد NPN ترانزیستور به صورت زیر نمایش داده شده است. سهمی نشان‌دهنده جهت معمولی جریان کالکتور (IC)، جریان پایه (IB) و جریان امیتر (IE) است.

اصل عملکرد

پیوند امیتر-پایه در شرایط پیش‌سو برقرار شده است با ولتاژ VEE، در حالی که پیوند کالکتور-پایه در شرایط عقب‌سو با ولتاژ VCC برقرار شده است.

در شرایط پیش‌سو، ترمینال منفی منبع (VEE) به نیمه‌رسانا N (امیتر) متصل می‌شود. به طور مشابه، در شرایط عقب‌سو، ترمینال مثبت منبع (VCC) به نیمه‌رسانا N (کالکتور) متصل می‌شود.

ناحیه خالی از حامل‌های بار در پیوند امیتر-پایه نسبت به ناحیه خالی از حامل‌های بار در پیوند کالکتور-پایه رقیق‌تر است (توجه داشته باشید که ناحیه خالی از حامل‌های بار ناحیه‌ای است که حامل‌های بار متحرک در آن وجود ندارد و مانند مانعی عمل می‌کند که جریان را مخالفت می‌کند).

در امیتر N، حامل‌های بار اصلی الکترون‌ها هستند. بنابراین، الکترون‌ها از امیتر N به پایه P حرکت می‌کنند. و به دلیل الکترون‌ها، جریان از پیوند امیتر-پایه شروع می‌شود. این جریان به عنوان جریان امیتر IE شناخته می‌شود.

الکترون‌ها به داخل پایه، یک نیمه‌رسانا P رقیق و کم‌دوپ شده با حفره‌های محدود برای ترکیب وارد می‌شوند. بنابراین، بیشتر الکترون‌ها پایه را دور می‌زنند و فقط تعداد کمی از آنها ترکیب می‌شوند.

به دلیل ترکیب، جریان از مدار عبور می‌کند و این جریان به عنوان جریان پایه IB شناخته می‌شود. جریان پایه نسبت به جریان امیتر بسیار کوچک است. معمولاً، این جریان ۲-۵٪ از جریان امیتر کل است.

بیشتر الکترون‌ها از ناحیه خالی از حامل‌های بار پیوند کالکتور-پایه عبور می‌کنند و از منطقه کالکتور عبور می‌کنند. جریان ایجاد شده توسط الکترون‌های باقی‌مانده به عنوان جریان کالکتور IC شناخته می‌شود. جریان کالکتور نسبت به جریان پایه بزرگتر است.

مدار NPN ترانزیستور

مدار NPN ترانزیستور به صورت زیر نمایش داده شده است.

نمودار نشان می‌دهد که چگونه منابع ولتاژ متصل می‌شوند: کالکتور به ترمینال مثبت VCC از طریق مقاومت بار RL متصل می‌شود که جریان حداکثر را محدود می‌کند.

ترمینال پایه به ترمینال مثبت ولتاژ پایه VB با مقاومت پایه RB متصل می‌شود. مقاومت پایه برای محدود کردن جریان پایه حداکثر استفاده می‌شود.

وقتی ترانزیستور روشن می‌شود، جریان بزرگ کالکتور را اجازه می‌دهد که توسط جریان پایه کوچک‌تر وارد ترمینال پایه می‌شود.

با KCL، جریان امیتر مجموع جریان پایه و جریان کالکتور است.

حالت‌های عملکرد ترانزیستور

ترانزیستور در حالت‌های مختلف یا مناطق عمل می‌کند که بستگی به بایاس پیوندها دارد. این ترانزیستور سه حالت عملکرد دارد.

• حالت برش

• حالت اشباع

• حالت فعال

• حالت برش

در حالت برش، هر دو پیوند در وضعیت عقب‌سو هستند. در این حالت، ترانزیستور مانند یک مدار باز عمل می‌کند و جریان را از طریق دستگاه عبور نمی‌دهد.

حالت اشباع

در حالت اشباع ترانزیستور، هر دو پیوند در وضعیت پیش‌سو هستند. ترانزیستور مانند یک مدار بسته عمل می‌کند و جریان از کالکتور به امیتر عبور می‌کند وقتی ولتاژ امیتر-پایه بالا است.

حالت فعال

در این حالت ترانزیستور، پیوند امیتر-پایه در وضعیت پیش‌سو و پیوند کالکتور-پایه در وضعیت عقب‌سو هستند. در این حالت، ترانزیستور به عنوان یک تقویت‌کننده جریان عمل می‌کند.

جریان بین امیتر و کالکتور عبور می‌کند و مقدار جریان متناسب با جریان پایه است.

سوئیچ NPN ترانزیستور

ترانزیستور در حالت اشباع روشن می‌شود و در حالت برش خاموش می‌شود.

وقتی هر دو پیوند در وضعیت پیش‌سو متصل شده‌اند و ولتاژ ورودی کافی است. در این شرایط، ولتاژ کالکتور-امیتر نزدیک به صفر است و ترانزیستور مانند یک مدار کوتاه عمل می‌کند.

در این شرایط، جریان بین کالکتور و امیتر شروع می‌شود. مقدار جریان در این مدار به صورت زیر است،

وقتی هر دو پیوند در وضعیت عقب‌سو متصل شده‌اند، ترانزیستور مانند یک مدار باز یا سوئیچ خاموش عمل می‌کند. در این شرایط، ولتاژ ورودی یا ولتاژ پایه صفر است.

بنابراین، تمام ولتاژ Vcc روی کالکتور ظاهر می‌شود. اما، به دلیل وضعیت عقب‌سوی منطقه کالکتور-امیتر، جریان نمی‌تواند از طریق دستگاه عبور کند. بنابراین، مانند یک سوئیخ خاموش عمل می‌کند.

نمودار مداری ترانزیستور در منطقه برش به صورت زیر نمایش داده شده است.

پین‌های NPN ترانزیستور

ترانزیستور سه پین دارد: کالکتور (C)، امیتر (E) و پایه (B). در بیشتر پیکربندی‌ها، پین میانی برای پایه است.

برای شناسایی پین‌های امیتر و کالکتور، یک نقطه روی سطح ترانزیستور SMD وجود دارد. پین که دقیقاً زیر این نقطه قرار دارد کالکتور است و پین باقی‌مانده امیتر است.

اگر نقطه موجود نباشد، تمام پین‌ها با فاصله نامساوی قرار داده می‌شوند. در اینجا پین میانی پایه است. پین نزدیک‌تر به پین میانی امیتر است و پین باقی‌مانده کالکتور است.