Wat is een NPN-transistor?

Wat is een NPN-transistor?

Definitie van een NPN-transistor

Een NPN-transistor is een veelgebruikt type bipolaire junctietransistor, waarbij een P-type halfgeleiderlaag wordt geflankeerd door twee N-type lagen.

Bouw van een NPN-transistor

Zoals hierboven besproken, heeft de NPN-transistor twee junctions en drie terminals. De constructie van de NPN-transistor is zoals getoond in de onderstaande figuur.

De emitter- en collectorlagen zijn breder vergeleken met de basis. De emitter is zwaar gedopeerd. Daardoor kan het een groot aantal ladendragers injecteren in de basis.De basis is licht gedopeerd en zeer dun vergeleken met de andere twee regio's. Het laat de meeste ladendragers door naar de collector, die worden uitgezonden door de emitter.De collector is matig gedopeerd en verzamelt ladendragers van de basiskaag.

Symbool voor NPN-transistor

Het symbool voor de NPN-transistor is zoals getoond in de onderstaande figuur. De pijlpunt geeft de conventionele richting aan van de Collectorstroom (IC), Bastrom (IB) en Emitterstroom (IE).

Werkingsprincipe

De basis-emitter-junctie is in voorwaartse biasconditie gebracht door de voedingsspanning VEE, terwijl de collector-basis-junctie in achterwaartse biasconditie wordt gebracht door de voedingsspanning VCC.

In voorwaartse biasconditie is de negatieve terminal van de voedingsbron (VEE) verbonden met de N-type halfgeleider (Emitter). Op vergelijkbare wijze is in achterwaartse biasconditie de positieve terminal van de voedingsbron (VCC) verbonden met de N-type halfgeleider (Collector).

De verdunde regio van de emitter-basis-regio is dunner vergeleken met de verdunde regio van de collector-basis-junctie (Let op: de verdunde regio is een regio waar geen mobiele ladendragers aanwezig zijn en het gedraagt zich als een barrière die de stroom tegenwerkt).

In de N-type emitter is de meerderheid van de ladendragers elektronen. Daarom beginnen elektronen te stromen van de N-type emitter naar de P-type basis. En door de elektronen zal de stroom beginnen te stromen door de emitter-basis-junctie. Deze stroom staat bekend als de emitterstroom IE.

Elektronen bewegen zich naar de basis, een dunne, licht gedopeerde P-type halfgeleider met beperkte gaten voor recombinatie. Daarom passeren de meeste elektronen de basis, met slechts enkele die recombineert.

Door de recombinatie zal de stroom door het circuit stromen en deze stroom staat bekend als de bastrom IB. De bastrom is erg klein vergeleken met de emitterstroom. Meestal is het 2-5% van de totale emitterstroom.

De meeste elektronen passeren de verdunde regio van de collector-basis-junctie en gaan door de collectorregio. De stroom die door de overige elektronen stroomt, staat bekend als de collectorstroom IC. De collectorstroom is groter vergeleken met de bastrom.

Circuit van de NPN-transistor

Het circuit van de NPN-transistor is zoals getoond in de onderstaande figuur.

De schets toont hoe de spanningbronnen zijn verbonden: de collector is verbonden met de positieve terminal van VCC via een belastingsweerstand RL, die de maximale stroom beperkt.

De basisterminal is verbonden met de positieve terminal van de basespanningsvoeding VB met de basishoofdweerstand RB. De basishoofdweerstand wordt gebruikt om de maximale basistroom te beperken.

Wanneer ingeschakeld, laat de transistor een grote collectorstroom stromen, aangedreven door een kleinere basistroom die de basisterminal binnengaat.

Volgens KCL is de emitterstroom de som van de basistroom en de collectorstroom.

Bedrijfsmodus van de transistor

De transistor werkt in verschillende modi of regio's, afhankelijk van de biasing van de junctions. Het heeft drie bedrijfsmodi.

• Cut-off modus

• Saturatiemodus

• Actieve modus

• Cut-off Modus

In de cut-off modus zijn beide junctions in achterwaartse bias. In deze modus gedraagt de transistor zich als een open circuit. En het zal de stroom niet laten stromen door het apparaat.

Saturatiemodus

In de saturatiemodus van de transistor zijn beide junctions verbonden in voorwaartse bias. De transistor gedraagt zich als een gesloten circuit en de stroom stroomt van collector naar emitter wanneer de basis-emitterspanning hoog is.

Actieve modus

In deze modus van de transistor is de basis-emitter-junctie in voorwaartse bias en de collector-basis-junctie in achterwaartse bias. In deze modus werkt de transistor als een stroomversterker.

De stroom stroomt tussen emitter en collector en de hoeveelheid stroom is evenredig aan de basistroom.

NPN-transistor als schakelaar

De transistor werkt als ingeschakeld in de saturatiemodus en als uitgeschakeld in de cut-off modus.

Wanneer beide junctions in voorwaartse biasconditie zijn verbonden en er voldoende spanning wordt gegeven aan de ingangsspanning. In deze conditie is de collector-emitterspanning bijna nul en werkt de transistor als een kortsluiting.

In deze conditie begint de stroom te stromen tussen collector en emitter. De waarde van de stroom die in dit circuit stroomt, is,

Wanneer beide junctions in achterwaartse bias zijn verbonden, gedraagt de transistor zich als een open circuit of uitgeschakelde schakelaar. In deze conditie is de ingangsspanning of de basisspanning nul.

Daarom verschijnt de volledige Vcc-spanning over de collector. Maar, vanwege de achterwaartse bias van de collector-emitterregio, kan de stroom niet door het apparaat stromen. Daarom gedraagt het zich als een uitgeschakelde schakelaar.

De schakeling van de transistor in de cut-off regio is zoals getoond in de onderstaande figuur.

Pinout van de NPN-transistor

De transistor heeft drie pinnen; collector (C), Emitter (E) en Basis (B). In de meeste configuraties is de middelste pin voor de basis.

Om de emitter- en collectorpin te identificeren, is er een stip op de oppervlakte van de SMD-transistor. De pin die precies onder deze stip ligt, is de collector en de overige pin is de emitterpin.

Als de stip niet aanwezig is, worden alle pinnen met ongelijke ruimte geplaatst. Hierbij is de middelste pin de basis. De dichtstbijzijnde pin van de middelste pin is de emitter en de overige pin is de collectorpin.