Что такое транзистор NPN?

Что такое транзистор NPN?

Определение транзистора NPN

Транзистор NPN — это широко используемый тип биполярного транзистора, в котором слой полупроводника типа P окружен двумя слоями типа N.

Конструкция транзистора NPN

Как уже обсуждалось выше, транзистор NPN имеет два p-n перехода и три вывода. Конструкция транзистора NPN показана на рисунке ниже.

Слой эмиттера и коллектора шире, чем база. Эмиттер сильно легирован, поэтому он может инжектировать большое количество носителей заряда в базу. База слабо легирована и очень тонкая по сравнению с другими двумя областями. Она пропускает большую часть носителей заряда к коллектору, которые излучаются эмиттером. Коллектор умеренно легирован и собирает носители заряда из базового слоя.

Символ транзистора NPN

Символ транзистора NPN показан на рисунке ниже. Стрелка указывает направление тока коллектора (IC), тока базы (IB) и тока эмиттера (IE).

Принцип работы

Переход база-эмиттер находится в прямом включении под напряжением питания VEE, в то время как переход коллектор-база обратно включен под напряжением питания VCC.

В прямом включении отрицательный вывод источника питания (VEE) подключен к полупроводнику типа N (Эмиттер). Аналогично, при обратном включении положительный вывод источника питания (VCC) подключен к полупроводнику типа N (Коллектор).

Область истощения перехода эмиттер-база тоньше, чем область истощения перехода коллектор-база (обратите внимание, что область истощения — это область, где нет подвижных носителей заряда, и она ведет себя как барьер, препятствующий потоку тока).

В эмиттере типа N основными носителями заряда являются электроны. Поэтому электроны начинают течь от эмиттера типа N к базе типа P. Из-за электронов ток начнет течь через переход эмиттер-база. Этот ток известен как ток эмиттера IE.

Электроны переходят в базу, которая представляет собой тонкий, слабо легированный полупроводник типа P с ограниченным количеством дырок для рекомбинации. Поэтому большинство электронов проходит мимо базы, а только некоторые рекомбинируют.

Из-за рекомбинации ток будет течь через цепь, и этот ток известен как ток базы IB. Ток базы намного меньше, чем ток эмиттера. Обычно он составляет 2-5% от общего тока эмиттера.

Большинство электронов проходит через область истощения перехода коллектор-база и проходит через область коллектора. Ток, протекающий оставшимися электронами, известен как ток коллектора IC. Ток коллектора больше, чем ток базы.

Схема транзистора NPN

Схема транзистора NPN показана на рисунке ниже.

На схеме показано, как подключены источники напряжения: коллектор соединен с положительным выводом VCC через нагрузочное сопротивление RL, которое ограничивает максимальный ток.

Вывод базы подключен к положительному выводу напряжения питания базы VB с помощью сопротивления базы RB. Сопротивление базы используется для ограничения максимального тока базы.

При включении транзистор позволяет протекать большому току коллектора, управляемому меньшим током базы, входящим в вывод базы.

По закону Кирхгофа, ток эмиттера равен сумме тока базы и тока коллектора.

Режимы работы транзистора

Транзистор работает в разных режимах или областях, в зависимости от смещения переходов. У него есть три режима работы.

• Режим отсечки

• Режим насыщения

• Активный режим

• Режим отсечки

В режиме отсечки оба перехода находятся в обратном включении. В этом режиме транзистор ведет себя как разомкнутая цепь и не позволяет току протекать через устройство.

Режим насыщения

В режиме насыщения транзистора оба перехода находятся в прямом включении. Транзистор ведет себя как замкнутая цепь, и ток протекает от коллектора к эмиттеру, когда напряжение на базе-эмиттере высоко.

Активный режим

В активном режиме транзистора переход база-эмиттер находится в прямом включении, а переход коллектор-база — в обратном. В этом режиме транзистор работает как усилитель тока.

Ток протекает между эмиттером и коллектором, и его величина пропорциональна току базы.

Транзистор NPN как ключ

Транзистор работает как включенный в режиме насыщения и выключенный в режиме отсечки.

Когда оба перехода находятся в прямом включении и достаточное напряжение подается на вход. В этом случае напряжение коллектор-эмиттер близко к нулю, и транзистор работает как короткое замыкание.

В этом состоянии ток начнет протекать между коллектором и эмиттером. Значение тока, протекающего в этой цепи, равно,

Когда оба перехода находятся в обратном включении, транзистор ведет себя как открытая цепь или выключенный ключ. В этом состоянии входное напряжение или напряжение базы равно нулю.

Поэтому все напряжение Vcc появляется на коллекторе. Однако, из-за обратного включения области коллектор-эмиттер, ток не может протекать через устройство. Таким образом, он ведет себя как выключенный ключ.

Схема транзистора в режиме отсечки показана на рисунке ниже.

Распиновка транзистора NPN

У транзистора три вывода: коллектор (C), эмиттер (E) и база (B). В большинстве конфигураций средний вывод — это база.

Для идентификации выводов эмиттера и коллектора на поверхности SMD-транзистора есть точка. Вывод, который находится точно под этой точкой, — это коллектор, а остальной вывод — эмиттер.

Если точки нет, все выводы расположены с неравномерным расстоянием. Здесь средний вывод — база. Вывод, ближайший к среднему, — это эмиттер, а остальной вывод — коллектор.