Co to jest tranzystor NPN?

Czym jest tranzystor NPN?

Definicja tranzystora NPN

Tranzystor NPN to szeroko stosowany typ bipolarnego tranzystora złączowego, w którym warstwa półprzewodnika P jest otoczona przez dwie warstwy N.

Konstrukcja tranzystora NPN

Jak wspomniano wcześniej, tranzystor NPN ma dwa złącza i trzy terminale. Konstrukcja tranzystora NPN przedstawiona jest na poniższym rysunku.

Warstwy emitera i zbieraka są szersze w porównaniu do bazy. Emitter jest mocno domieszkowany. Dlatego może on wprowadzić dużą ilość nośników ładunku do bazy.Baza jest słabo domieszkowana i bardzo cienka w porównaniu do innych dwóch regionów. Przepuszcza ona większość nośników ładunku do zbieraka, które są emitowane przez emitter.Zbierak jest umiarkowanie domieszkowany i zbiera nośniki ładunku z warstwy bazy.

Symbol tranzystora NPN

Symbol tranzystora NPN przedstawiony jest na poniższym rysunku. Strzałka pokazuje konwencjonalny kierunek prądu zbieraka (IC), prądu bazy (IB) i prądu emitera (IE).

Zasada działania

Złącze emiter-baza jest w stanie przewieszenia przód przez napięcie zasilające VEE, podczas gdy złącze zbierak-baza jest przewieszone tyłem przez napięcie zasilające VCC.

W stanie przewieszenia przód, ujemny terminal źródła zasilania (VEE) jest połączony z półprzewodnikiem typu N (Emitter). Podobnie, w stanie przewieszenia tyłem, dodatni terminal źródła zasilania (VCC) jest połączony z półprzewodnikiem typu N (Zbierak).

Strefa wyczerpania złącza emiter-baza jest cieńsza w porównaniu do strefy wyczerpania złącza zbierak-baza (Należy zauważyć, że strefa wyczerpania to obszar, w którym nie ma mobilnych nośników ładunku, a zachowuje się jak bariera, która przeciwstawia się przepływowi prądu).

W emitery typu N, większościowe nośniki ładunku to elektrony. Dlatego elektrony zaczynają płynąć z emitery typu N do bazy typu P. I dzięki elektronom, prąd zaczyna płynąć przez złącze emiter-baza. Ten prąd nazywany jest prądem emitery IE.

Elektrony przechodzą do bazy, cienkiego, słabo domieszkowanego półprzewodnika typu P o ograniczonej liczbie dziur dla rekombinacji. Dlatego większość elektronów ominie bazę, a tylko niektóre będą rekombinować.

Dzięki rekombinacji, prąd będzie płynąć przez obwód, a ten prąd nazywany jest prądem bazy IB. Prąd bazy jest bardzo mały w porównaniu do prądu emitery. Zwykle stanowi 2-5% całkowitego prądu emitery.

Większość elektronów przechodzi przez strefę wyczerpania złącza zbierak-baza i przechodzi przez region zbieraka. Prąd płynący za pomocą pozostałych elektronów nazywany jest prądem zbieraka IC. Prąd zbieraka jest większy w porównaniu do prądu bazy.

Obwód tranzystora NPN

Obwód tranzystora NPN przedstawiony jest na poniższym rysunku.

Rysunek pokazuje, jak są połączone źródła napięcia: zbierak łączy się z dodatnim terminalem VCC przez opór obciążenia RL, który ogranicza maksymalny przepływ prądu.

Terminal bazy jest połączony z dodatnim terminalem napięcia zasilania bazy VB za pomocą oporu bazy RB. Opor bazy służy do ograniczenia maksymalnego prądu bazy.

Gdy tranzystor jest włączony, pozwala na przepływ dużego prądu zbieraka, napędzanego przez mniejszy prąd bazy wprowadzany do terminalu bazy.

Według KCL, prąd emitery jest sumą prądu bazy i prądu zbieraka.

Tryby pracy tranzystora

Tranzystor działa w różnych trybach lub regionach, zależnie od przewieszenia złączy. Ma trzy tryby pracy.

• Tryb odcięcia

• Tryb nasycenia

• Tryb aktywny

• Tryb odcięcia

W trybie odcięcia, oba złącza są przewieszone tyłem. W tym trybie, tranzystor zachowuje się jak otwarty obwód. I nie pozwoli na przepływ prądu przez urządzenie.

Tryb nasycenia

W trybie nasycenia tranzystora, oba złącza są połączone przód. Tranzystor zachowuje się jak zamknięty obwód, a prąd płynie od zbieraka do emitery, gdy napięcie emiter-baza jest wysokie.

Tryb aktywny

W tym trybie tranzystora, złącze emiter-baza jest przewieszone przód, a złącze zbierak-baza jest przewieszone tyłem. W tym trybie, tranzystor działa jako wzmacniacz prądowy.

Prąd płynie między emiterem a zbierakiem, a jego wartość jest proporcjonalna do prądu bazy.

Przełącznik tranzystorowy NPN

Tranzystor działa jako przełącznik włączony w trybie nasycenia i wyłączony w trybie odcięcia.

Gdy oba złącza są połączone przód i dostarczono wystarczające napięcie wejściowe. W tej sytuacji, napięcie zbierak-emiter jest bliskie zero, a tranzystor działa jako zwarty obwód.

W tej sytuacji, prąd zacznie płynąć między zbierakiem a emitery. Wartość prądu płynącego w tym obwodzie wynosi,

Gdy oba złącza są połączone tyłem, tranzystor zachowuje się jako otwarty obwód lub przełącznik wyłączony. W tej sytuacji, napięcie wejściowe lub napięcie bazy wynosi zero.

Dlatego całe napięcie Vcc pojawia się na zbieraku. Ale, ze względu na przewieszenie tyłem złącza zbierak-emiter, prąd nie może przepływać przez urządzenie. Dlatego zachowuje się jako przełącznik wyłączony.

Schemat obwodu tranzystora w regionie odcięcia przedstawiony jest na poniższym rysunku.

Układ pinów tranzystora NPN

Tranzystor ma trzy przewody: zbierak (C), emiter (E) i baza (B). W większości konfiguracji, środkowy przewód to baza.

Aby zidentyfikować przewody emitery i zbieraka, na powierzchni tranzystora SMD znajduje się kropka. Przewód dokładnie pod tą kropką to zbierak, a pozostały przewód to emiter.

Jeśli kropka nie jest obecna, wszystkie przewody są rozmieszczone z nierównomiernymi odstępami. Środkowy przewód to baza. Najbliższy przewód do środka to emiter, a pozostały przewód to zbierak.