מהו טרנזיסטור NPN?

מהו טרנזיסטור NPN?

הגדרת טרנזיסטור NPN

טרנזיסטור NPN הוא סוג נפוץ של טרנזיסטור ביו-פולרי, שבו שכבה של מוליכים למחצה מסוג P מוקפת בשתי שכבות מסוג N.

הרכבת טרנזיסטור NPN

כפי שנדון לעיל, טרנזיסטור NPN כולל שני מפגשים ושלושה סופי חיבור. ההרכבה של טרנזיסטור NPN מתוארת בציור להלן.

שכבות האמיטר והקולקטור רחבות יותר בהשוואה לבסיס. האמיטר מדופן כבד. לכן, הוא יכול להזריק מספר גדול של נשאים חשמליים לבסיס.הבסיס מדופן קלות מאוד ודק בהשוואה לשני האזורים האחרים. הוא מעביר את רוב הנשאים החשמליים לקולקטור, שהם נפלטים מהאמיטר.הקולקטור מדופן באופן בינוני ומאסף נשאים חשמליים מהשכבה הבסיסית.

סמל טרנזיסטור NPN

הסמל של טרנזיסטור NPN מתואר בציור להלן. ראש החץ מצביע על הכיוון הסטנדרטי של זרם הקולקטור (IC), זרם הבסיס (IB) וזרם האמיטר (IE).

עקרון פעולה

המפגש בין האמיטר לבסיס נמצא במצב פיזור קדמי על ידי המתח VEE, בעוד שהמפגש בין הקולקטור לבסיס נמצא במצב הפוך על ידי המתח VCC.

במצב פיזור קדמי, הקוטב השלילי של מקור המתח (VEE) מחובר למוליך למחצה מסוג N (אמיטר). באופן דומה, במצב הפוך, הקוטב החיובי של מקור המתח (VCC) מחובר למוליך למחצה מסוג N (קולקטור).

אזור הדיאלקטרי של המפגש בין האמיטר לבסיס דק יותר בהשוואה לאזור הדיאלקטרי של המפגש בין הקולקטור לבסיס (שימו לב שאזור הדיאלקטרי הוא אזור בו אין נשאים חשמליים ניידים והוא מתנהג כמו מחסום שמונע את זרימת הזרם).

באמיטר מסוג N, הנושא העיקרי הוא אלקטרונים. לכן, אלקטרונים מתחילים לזרום מהאמיטר מסוג N לבסיס מסוג P. ועל ידי אלקטרונים, הזרם יתחיל לזרום במפגש בין האמיטר לבסיס. זרם זה מכונה זרם האמיטר IE.

אלקטרונים עוברים לבסיס, מוליך למחצה מסוג P דק ומדופן קלות עם מספר מוגבל של חורים לשליחה מחדש. לכן, רוב האלקטרונים מחליפים את הבסיס, עם רק מספר קטן של אלקטראונים המשלבים מחדש.

בגלל השילוב מחדש, הזרם יזרום דרך המעגל וזהו הזרם המכונה זרם הבסיס IB. זרם הבסיס קטן מאוד בהשוואה לזרם האמיטר. בדרך כלל, זהו 2-5% מהזרם הכולל של האמיטר.

רוב האלקטרונים עוברים את אזור הדיאלקטרי של המפגש בין הקולקטור לבסיס ועוברים דרך אזור הקולקטור. הזרם הזורם על ידי האלקטרונים הנותרים מכונה זרם הקולקטור IC. זרם הקולקטור גדול בהשוואה לזרם הבסיס.

מעגל טרנזיסטור NPN

המעגל של טרנזיסטור NPN מתואר בציור להלן.

התרשים מראה כיצד מקשרים את מקורות המתח: הקולקטור מחובר לקוטב החיובי של VCC דרךנגד עומס RL, שמקנה הגבלה.getMaxCurrentFlow.

הסוף של הבסיס מחובר לקוטב החיובי של מתח הבסיס VB עם נגד הבסיס RB. נגד הבסיס משמש להגבלת הזרם המקסימלי בבסיס.

כאשר הוא מופעל, הטרנזיסטור מאפשר זרם קולקטור גדול לזרום, הנגרם על ידי זרם בסיס קטן שנכנס לסוף הבסיס.

לפי KCL, זרם האמיטר הוא סכום של זרם הבסיס וזרם הקולקטור.

מצב תפעול של טרנזיסטור

הטרנזיסטור פועל במצבים שונים או אזורים בהתאם לפיזור של המפגשים. יש לו שלושה מצבים של פעולה.

• מצב כיבוי

• מצב שבירה

• מצב פעיל

• מצב כיבוי

במצב כיבוי, שני המפגשים הם במצב הפוך. במצב זה, הטרנזיסטור מתנהג כמעגל פתוח. הוא לא יאפשר לזרם לזרום דרך המכשיר.

מצב שבירה

במצב שבירה של טרנזיסטור, שני המפגשים מחוברים במצב קדמי. הטרנזיסטור מתנהג כמעגל סגור והזרם זורם מהקולקטור לאמיטר כאשר המתח בין הבסיס לאמיטר גבוה.

מצב פעיל

במצב זה של טרנזיסטור, המפגש בין האמיטר לבסיס נמצא במצב קדמי והמפגש בין הקולקטור לבסיס נמצא במצב הפוך. במצב זה, הטרנזיסטור פועל כאומפלייפר זרם.

הזרם זורם בין האמיטר לקולקטור והכמות של הזרם היא פרופורציונלית לזרם הבסיס.

טרנזיסטור NPN כתוכנת

הטרנזיסטור פועל כמתג שנפתח במצב שבירה וננעל במצב כיבוי.

כאשר שני המפגשים מחוברים במצב קדמי ומתח מספיק ניתן לתחום הקלט. במצב זה, המתח בין הקולקטור לאמיטר קרוב לאפס והטרנזיסטור פועל כקצר חשמלי.

במצב זה, הזרם יתחיל לזרום בין הקולקטור לאמיטר. ערך הזרם הזורם במעגל הזה הוא,

כאשר שני המפגשים מחוברים במצב הפוך, הטרנזיסטור מתנהג כמעגל פתוח או מתג כבוי. במצב זה, מתח הקלט או מתח הבסיס הוא אפס.

לכן, כל מתח Vcc מופיע בין הקולקטור. אבל, בגלל הפיזור ההופכי של האזור בין הקולקטור לאמיטר, הזרם אינו יכול לזרום דרך המכשיר. לכן, הוא מתנהג כמתג כבוי.

תרשים המעגל של טרנזיסטור באזור כיבוי מתואר בציור להלן.

יציאות טרנזיסטור NPN

הטרנזיסטור כולל שלוש יציאות: קולקטור (C), אמיטר (E) ובסיס (B). ברוב התצורות, היציאה האמצעית היא עבור הבסיס.

כדי לזהות את יציאת האמיטר ואת יציאת הקולקטור, יש נקודה על פני השטח של טרנזיסטור SMD. היציאה שנמצאת בדיוק מתחת לנקודה זו היא קולקטור והיציאה הנותרת היא יציאת האמיטר.

אם הנקודה אינה קיימת, כל היציאות מוצבות עם מרחק לא אחיד. כאן היציאה האמצעית היא הבסיס. היציאה הקרובה ביותר ליציאה האמצעית היא האמיטר והיציאה הנותרת היא יציאת הקולקטור.