ترانزیستور NPN چیست

ترانزیستور NPN چیست؟

تعریف ترانزیستور NPN

ترانزیستور NPN نوع رایجی از ترانزیستور جونکشن دو قطبی است که لایه نیمه‌رسانا P بین دو لایه N قرار دارد.

ساختار ترانزیستور NPN

مانند آنچه در بالا بحث شد، ترانزیستور NPN دارای دو گره و سه پایه است. ساختار ترانزیستور NPN مانند شکل زیر است.

پایه‌های انتشار و جمع‌آوری نسبت به پایه بزرگتر هستند. انتشار به شدت آلوده شده است. بنابراین، می‌تواند تعداد زیادی حامل‌های بار به پایه منتقل کند.پایه به طور نسبتاً کم آلوده شده و بسیار لاغر نسبت به دو منطقه دیگر است. این پایه بیشتر حامل‌های بار را به جمع‌آوری که توسط انتشار منتقل می‌شود، عبور می‌دهد.جمع‌آوری به طور معتدل آلوده شده و حامل‌های بار را از لایه پایه جمع‌آوری می‌کند.

نماد ترانزیستور NPN

نماد ترانزیستور NPN مانند شکل زیر است. سهمی نشان‌دهنده جهت متعارف جریان جمع‌آوری (IC)، جریان پایه (IB) و جریان انتشار (IE) است.

اصول عملکرد

گره انتشار-پایه با ولتاژ تغذیه VEE در حالت پیشرفتی است، در حالی که گره جمع‌آوری-پایه با ولتاژ تغذیه VCC در حالت پس‌افتی است.

در حالت پیشرفتی، ترمینال منفی منبع تغذیه (VEE) به نیمه‌رسانا N (انتشار) متصل می‌شود. به طور مشابه، در حالت پس‌افتی، ترمینال مثبت منبع تغذیه (VCC) به نیمه‌رسانا N (جمع‌آوری) متصل می‌شود.

ناحیه خالی از حامل‌های بار در گره انتشار-پایه نسبت به ناحیه خالی از حامل‌های بار در گره جمع‌آوری-پایه لاغر‌تر است (توجه داشته باشید که ناحیه خالی از حامل‌های بار ناحیه‌ای است که در آن هیچ حامل بار متحرک وجود ندارد و مانند مانعی عمل می‌کند که جریان را مسدود می‌کند).

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

الکترون‌ها به پایه، یک نیمه‌رسانا P کم‌آلوده و لاغر، با تعداد محدودی سوراخ برای ترکیب وارد می‌شوند. بنابراین، بیشتر الکترون‌ها پایه را دور می‌زنند و فقط چند تا با هم 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 انتشار بسیار کوچک است. معمولاً، این ۲-۵٪ از جریان انتشار کل است.

بیشتر الکترون‌ها از ناحیه خالی از حامل‌های بار گره جمع‌آوری-پایه عبور می‌کنند و از منطقه جمع‌آوری عبور می‌کنند. جریان باقی‌مانده الکترون‌ها به عنوان جریان جمع‌آوری IC شناخته می‌شود. جریان جمع‌آوری نسبت به جریان پایه بزرگتر است.

مدار ترانزیستور NPN

مدار ترانزیستور NPN مانند شکل زیر است.

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

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

وقتی ترانزیستور روشن می‌شود، جریان جمع‌آوری بزرگی را اجازه می‌دهد که توسط جریان پایه کوچکتری که از ترمینال پایه وارد می‌شود، محرک می‌شود.

با KCL، جریان انتشار جمع‌آوری جریان پایه و جریان جمع‌آوری است.

حالت عملکرد ترانزیستور

ترانزیستور در حالت‌های مختلف یا مناطق مختلفی عمل می‌کند که به بایاس‌دهی گره‌ها بستگی دارد. سه حالت عملکرد دارد.

• حالت قطع

• حالت اشباع

• حالت فعال

• حالت قطع

در حالت قطع، هر دو گره در حالت پس‌افتی هستند. در این حالت، ترانزیستور مانند یک مدار باز عمل می‌کند و اجازه عبور جریان از دستگاه را نمی‌دهد.

حالت اشباع

در حالت اشباع ترانزیستور، هر دو گره در حالت پیشرفتی هستند. ترانزیستور مانند یک مدار بسته عمل می‌کند و جریان از جمع‌آوری به انتشار وقتی ولتاژ پایه-انتشار بالا است، عبور می‌کند.

حالت فعال

در این حالت ترانزیستور، گره انتشار-پایه در حالت پیشرفتی و گره جمع‌آوری-پایه در حالت پس‌افتی است. در این حالت، ترانزیستور به عنوان یک تقویت‌کننده جریان عمل می‌کند.

جریان بین انتشار و جمع‌آوری عبور می‌کند و مقدار جریان متناسب با جریان پایه است.

سوئیچ ترانزیستور NPN

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

وقتی هر دو گره در حالت پیشرفتی هستند و ولتاژ کافی به ولتاژ ورودی داده می‌شود. در این حالت، ولتاژ جمع‌آوری-انتشار نزدیک به صفر است و ترانزیستور مانند یک مدار کوتاه عمل می‌کند.

در این حالت، جریان بین جمع‌آوری و انتشار شروع می‌شود. مقدار جریان در این مدار،

وقتی هر دو گره در حالت پس‌افتی هستند، ترانزیستور مانند یک مدار باز یا سوئیچ خاموش عمل می‌کند. در این حالت، ولتاژ ورودی یا ولتاژ پایه صفر است.

بنابراین، تمام ولتاژ Vcc در جمع‌آوری ظاهر می‌شود. اما، به دلیل پس‌افتی منطقه جمع‌آوری-انتشار، جریان نمی‌تواند از دستگاه عبور کند. بنابراین، مانند یک سوئیچ خاموش عمل می‌کند.

نمودار مداری ترانزیستور در منطقه قطع مانند شکل زیر است.

پین‌های ترانزیستور NPN

ترانزیستور سه پین دارد؛ جمع‌آوری (C)، انتشار (E) و پایه (B). در بیشتر پیکربندی‌ها، پین وسط برای پایه است.

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

اگر نقطه وجود نداشته باشد، همه پین‌ها با فاصله نامساوی قرار داده می‌شوند. در اینجا پین وسط پایه است. نزدیک‌ترین پین به پین وسط انتشار است و پین باقی‌مانده جمع‌آوری است.