Cosa è un transistor NPN?

Cos'è un transistor NPN?

Definizione di transistor NPN

Un transistor NPN è un tipo ampiamente utilizzato di transistor a giunzione bipolare, in cui uno strato semiconduttore di tipo P è affiancato da due strati di tipo N.

Costruzione del transistor NPN

Come discusso sopra, il transistor NPN ha due giunzioni e tre terminali. La costruzione del transistor NPN è come mostrato nella figura sottostante.

Gli strati emettitore e collettore sono più ampi rispetto alla base. L'emettitore è fortemente dopato. Quindi, può iniettare un gran numero di portatori di carica alla base.La base è leggermente dopata e molto sottile rispetto alle altre due regioni. Passa la maggior parte dei portatori di carica al collettore, che vengono emessi dall'emettitore.Il collettore è moderatamente dopato e raccoglie i portatori di carica dallo strato della base.

Simbolo del transistor NPN

Il simbolo del transistor NPN è come mostrato nella figura sottostante. La punta della freccia indica la direzione convenzionale della corrente del collettore (IC), della corrente della base (IB) e della corrente dell'emettitore (IE).

Principio di funzionamento

La giunzione emettitore-base è in condizioni di polarizzazione diretta dalla tensione di alimentazione VEE, mentre la giunzione collettore-base è in polarizzazione inversa dalla tensione di alimentazione VCC.

In condizioni di polarizzazione diretta, il terminale negativo della fonte di alimentazione (VEE) è connesso al semiconduttore di tipo N (Emettitore). Analogamente, in condizioni di polarizzazione inversa, il terminale positivo della fonte di alimentazione (VCC) è connesso al semiconduttore di tipo N (Collettore).

La regione di esaurimento della giunzione emettitore-base è più sottile rispetto alla regione di esaurimento della giunzione collettore-base (Si noti che la regione di esaurimento è una regione dove non ci sono portatori di carica mobili e si comporta come una barriera che oppone il flusso della corrente).

Nell'emettitore di tipo N, il portatore di carica maggioritario sono gli elettroni. Quindi, gli elettroni iniziano a fluire dall'emettitore di tipo N verso la base di tipo P. E a causa degli elettroni, la corrente inizierà a fluire attraverso la giunzione emettitore-base. Questa corrente è nota come corrente dell'emettitore IE.

Gli elettroni si muovono nella base, un semiconduttore di tipo P sottile e leggermente dopato con pochi buchi per ricombinazione. Quindi, la maggior parte degli elettroni bypassa la base, con solo pochi che si ricombinano.

A causa della ricombinazione, la corrente fluisce nel circuito e questa corrente è nota come corrente della base IB. La corrente della base è molto piccola rispetto alla corrente dell'emettitore. Tipicamente, è il 2-5% della corrente totale dell'emettitore.

La maggior parte degli elettroni passa la regione di esaurimento della giunzione collettore-base e passa attraverso la regione del collettore. La corrente che fluisce per mezzo degli elettroni rimanenti è nota come corrente del collettore IC. La corrente del collettore è grande rispetto alla corrente della base.

Circuito del transistor NPN

Il circuito del transistor NPN è come mostrato nella figura sottostante.

Il diagramma mostra come le fonti di tensione sono connesse: il collettore è collegato al terminale positivo di VCC attraverso una resistenza di carico RL, che limita il flusso massimo di corrente.

Il terminale di base è connesso al terminale positivo della tensione di alimentazione della base VB con la resistenza di base RB. La resistenza di base viene utilizzata per limitare la corrente massima di base.

Quando è attivato, il transistor permette un flusso di corrente del collettore elevato, guidato da una corrente di base minore che entra nel terminale di base.

Secondo la KCL, la corrente dell'emettitore è la somma della corrente di base e della corrente del collettore.

Modalità di funzionamento del transistor

Il transistor opera in diverse modalità o regioni a seconda della polarizzazione delle giunzioni. Ha tre modalità di operazione.

• Modalità di interruzione

• Modalità di saturazione

• Modalità attiva

• Modalità di interruzione

Nella modalità di interruzione, entrambe le giunzioni sono in polarizzazione inversa. In questa modalità, il transistor si comporta come un circuito aperto. E non permetterà il flusso di corrente attraverso il dispositivo.

Modalità di saturazione

Nella modalità di saturazione del transistor, entrambe le giunzioni sono connesse in polarizzazione diretta. Il transistor si comporta come un circuito chiuso e la corrente fluisce dal collettore all'emettitore quando la tensione base-emettitore è alta.

Modalità attiva

In questa modalità del transistor, la giunzione base-emettitore è in polarizzazione diretta e la giunzione collettore-base è in polarizzazione inversa. In questa modalità, il transistor funziona come amplificatore di corrente.

La corrente fluisce tra l'emettitore e il collettore e l'ammontare della corrente è proporzionale alla corrente di base.

Interruttore transistor NPN

Il transistor funziona come interruttore acceso in modalità di saturazione e come interruttore spento in modalità di interruzione.

Quando entrambe le giunzioni sono connesse in condizioni di polarizzazione diretta e viene fornita una tensione sufficiente alla tensione di ingresso. In questa condizione, la tensione collettore-emettitore è quasi zero e il transistor funziona come un cortocircuito.

In questa condizione, la corrente inizierà a fluire tra il collettore e l'emettitore. Il valore della corrente che fluisce in questo circuito è,

Quando entrambe le giunzioni sono connesse in polarizzazione inversa, il transistor si comporta come un circuito aperto o interruttore spento. In questa condizione, la tensione di ingresso o la tensione di base è zero.

Quindi, l'intera tensione Vcc appare sul collettore. Tuttavia, a causa della polarizzazione inversa della regione collettore-emettitore, la corrente non può fluire attraverso il dispositivo. Pertanto, si comporta come un interruttore spento.

Il diagramma del circuito del transistor nella regione di interruzione è come mostrato nella figura sottostante.

Pinout del transistor NPN

Il transistor ha tre terminali: collettore (C), emettitore (E) e base (B). Nelle configurazioni più comuni, il terminale centrale è per la base.

Per identificare i pin dell'emettitore e del collettore, c'è un punto sulla superficie del transistor SMD. Il pin esattamente sotto questo punto è il collettore e il pin rimanente è l'emettitore.

Se il punto non è presente, tutti i pin saranno posizionati con spazi irregolari. Qui il pin centrale è la base. Il pin più vicino al pin centrale è l'emettitore e il pin rimanente è il collettore.