ทรานซิสเตอร์ NPN คืออะไร

ทรานซิสเตอร์ NPN คืออะไร?

คำนิยามของทรานซิสเตอร์ NPN

ทรานซิสเตอร์ NPN เป็นประเภทของทรานซิสเตอร์ที่ใช้กันอย่างแพร่หลาย โดยมีชั้นสารกึ่งตัวนำชนิด P ขนาบด้วยชั้นสารกึ่งตัวนำชนิด N สองชั้น

โครงสร้างของทรานซิสเตอร์ NPN

ตามที่ได้กล่าวมาแล้ว ทรานซิสเตอร์ NPN มีจุดต่อสองจุดและเทอร์มินอลสามจุด โครงสร้างของทรานซิสเตอร์ NPN แสดงไว้ในรูปด้านล่าง

ชั้นอิมิตเตอร์และชั้นคอลเล็กเตอร์กว้างกว่าชั้นเบส อิมิตเตอร์ถูกโดพหนัก ดังนั้นสามารถส่งผ่านพาหะประจุจำนวนมากไปยังเบสได้เบสถูกโดพเบาและบางกว่าสองชั้นอื่นๆ ส่วนใหญ่จะส่งผ่านพาหะประจุไปยังคอลเล็กเตอร์ที่ถูกปล่อยจากอิมิตเตอร์คอลเล็กเตอร์ถูกโดพปานกลางและรวบรวมพาหะประจุจากชั้นเบส

สัญลักษณ์ของทรานซิสเตอร์ NPN

สัญลักษณ์ของทรานซิสเตอร์ NPN แสดงไว้ในรูปด้านล่าง หัวลูกศรแสดงทิศทางกระแสไฟฟ้าแบบปกติของกระแสคอลเล็กเตอร์ (IC), กระแสเบส (IB) และกระแสอิมิตเตอร์ (IE)

หลักการทำงาน

จุดต่อระหว่างเบสและอิมิตเตอร์อยู่ในภาวะไบแอสไปข้างหน้าโดยแรงดันไฟฟ้า VEE ในขณะที่จุดต่อระหว่างคอลเล็กเตอร์และเบสอยู่ในภาวะไบแอสไปข้างหลังโดยแรงดันไฟฟ้า VCC

ในภาวะไบแอสไปข้างหน้า เทอร์มินอลลบของแหล่งกำเนิดไฟฟ้า (VEE) เชื่อมต่อกับสารกึ่งตัวนำชนิด N (อิมิตเตอร์) คล้ายกัน ในภาวะไบแอสไปข้างหลัง เทอร์มินอลบวกของแหล่งกำเนิดไฟฟ้า (VCC) เชื่อมต่อกับสารกึ่งตัวนำชนิด N (คอลเล็กเตอร์)

เขตการลดของจุดต่อระหว่างอิมิตเตอร์และเบสมีความบางกว่าเขตการลดของจุดต่อระหว่างคอลเล็กเตอร์และเบส (โปรดทราบว่าเขตการลดเป็นเขตที่ไม่มีพาหะประจุเคลื่อนที่และมันทำงานเหมือนกับอุปสรรคที่ขัดขวางการไหลของกระแสไฟฟ้า)

ในอิมิตเตอร์ชนิด N พาหะประจุหลักคืออิเล็กตรอน ดังนั้นอิเล็กตรอนจะเริ่มไหลจากอิมิตเตอร์ชนิด N ไปยังเบสชนิด P และเนื่องจากอิเล็กตรอน กระแสไฟฟ้าจะเริ่มไหลผ่านจุดต่อระหว่างอิมิตเตอร์และเบส กระแสไฟฟ้านี้เรียกว่ากระแสอิมิตเตอร์ IE

อิเล็กตรอนเคลื่อนที่เข้าสู่เบส ซึ่งเป็นสารกึ่งตัวนำชนิด P ที่บางและโดพเบา ด้วยจำนวนรูที่จำกัดสำหรับการรวมตัว ดังนั้นอิเล็กตรอนส่วนใหญ่จะข้ามเบสโดยมีเพียงไม่กี่ตัวที่รวมตัวกัน

เนื่องจากการรวมตัว กระแสไฟฟ้าจะไหลผ่านวงจรและกระแสไฟฟ้านี้เรียกว่ากระแสเบส IB กระแสเบสมีขนาดเล็กมากเมื่อเทียบกับกระแสอิมิตเตอร์ โดยทั่วไปมันคือ 2-5% ของกระแสอิมิตเตอร์ทั้งหมด

อิเล็กตรอนส่วนใหญ่ผ่านเขตการลดของจุดต่อระหว่างคอลเล็กเตอร์และเบส และผ่านเข้าสู่ชั้นคอลเล็กเตอร์ กระแสไฟฟ้าที่ไหลโดยอิเล็กตรอนเหล่านี้เรียกว่ากระแสคอลเล็กเตอร์ IC กระแสคอลเล็กเตอร์มีขนาดใหญ่กว่ากระแสเบส

วงจรทรานซิสเตอร์ NPN

วงจรของทรานซิสเตอร์ NPN แสดงไว้ในรูปด้านล่าง

แผนภาพแสดงวิธีการเชื่อมต่อแหล่งกำเนิดไฟฟ้า: คอลเล็กเตอร์เชื่อมต่อกับเทอร์มินอลบวกของ VCC ผ่านความต้านทานโหลด RL ซึ่งจำกัดกระแสสูงสุดที่ไหลผ่าน

เทอร์มินอลเบสเชื่อมต่อกับเทอร์มินอลบวกของแรงดันไฟฟ้า VB สำหรับเบสผ่านความต้านทาน RB ความต้านทานเบสใช้เพื่อจำกัดกระแสเบสสูงสุด

เมื่อเปิดสวิตช์ ทรานซิสเตอร์จะอนุญาตให้มีกระแสคอลเล็กเตอร์ไหลผ่านมาก โดยขับเคลื่อนด้วยกระแสเบสที่เข้าสู่เทอร์มินอลเบส

ตามกฎ KCL กระแสอิมิตเตอร์คือผลรวมของกระแสเบสและกระแสคอลเล็กเตอร์

โหมดการทำงานของทรานซิสเตอร์

ทรานซิสเตอร์ทำงานในโหมดหรือภูมิภาคที่แตกต่างกันขึ้นอยู่กับการไบแอสของจุดต่อ มีสามโหมดของการทำงาน

• โหมดตัดขาด

• โหมดอิ่มตัว

• โหมดใช้งาน

• โหมดตัดขาด

ในโหมดตัดขาด ทั้งสองจุดต่ออยู่ในภาวะไบแอสไปข้างหลัง ในโหมดนี้ ทรานซิสเตอร์ทำงานเหมือนวงจรเปิด และจะไม่อนุญาตให้มีกระแสไฟฟ้าไหลผ่านอุปกรณ์

โหมดอิ่มตัว

ในโหมดอิ่มตัวของทรานซิสเตอร์ ทั้งสองจุดต่อเชื่อมต่อในภาวะไบแอสไปข้างหน้า ทรานซิสเตอร์ทำงานเหมือนวงจรป้อน และกระแสไฟฟ้าจะไหลจากคอลเล็กเตอร์ไปยังอิมิตเตอร์เมื่อแรงดันไฟฟ้าระหว่างเบสและอิมิตเตอร์สูง

โหมดใช้งาน

ในโหมดนี้ของทรานซิสเตอร์ จุดต่อระหว่างเบสและอิมิตเตอร์อยู่ในภาวะไบแอสไปข้างหน้า และจุดต่อระหว่างคอลเล็กเตอร์และเบสอยู่ในภาวะไบแอสไปข้างหลัง ในโหมดนี้ ทรานซิสเตอร์ทำงานเป็นแอมปลิฟายเออร์กระแสไฟฟ้า

กระแสไฟฟ้าจะไหลระหว่างอิมิตเตอร์และคอลเล็กเตอร์ และปริมาณของกระแสไฟฟ้าจะเป็นสัดส่วนกับกระแสเบส

สวิตช์ทรานซิสเตอร์ NPN

ทรานซิสเตอร์ทำงานเป็นสวิตช์เปิดในโหมดอิ่มตัวและสวิตช์ปิดในโหมดตัดขาด

เมื่อทั้งสองจุดต่อเชื่อมต่อในภาวะไบแอสไปข้างหน้าและแรงดันไฟฟ้าขาเข้าเพียงพอ ในสถานะนี้ แรงดันไฟฟ้าระหว่างคอลเล็กเตอร์และอิมิตเตอร์ใกล้เคียงศูนย์ และทรานซิสเตอร์ทำงานเหมือนวงจรป้อน

ในสถานะนี้ กระแสไฟฟ้าจะเริ่มไหลระหว่างคอลเล็กเตอร์และอิมิตเตอร์ ค่าของกระแสไฟฟ้าที่ไหลในวงจรนี้คือ

เมื่อทั้งสองจุดต่อเชื่อมต่อในภาวะไบแอสไปข้างหลัง ทรานซิสเตอร์ทำงานเหมือนวงจรเปิดหรือสวิตช์ปิด ในสถานะนี้ แรงดันไฟฟ้าขาเข้าหรือแรงดันไฟฟ้าเบสเป็นศูนย์

ดังนั้น แรงดันไฟฟ้า Vcc ทั้งหมดจะปรากฏขึ้นที่คอลเล็กเตอร์ แต่เนื่องจากภาวะไบแอสไปข้างหลังของจุดต่อระหว่างคอลเล็กเตอร์และอิมิตเตอร์ กระแสไฟฟ้าไม่สามารถไหลผ่านอุปกรณ์ได้ ดังนั้นมันทำงานเหมือนสวิตช์ปิด

แผนภาพวงจรของทรานซิสเตอร์ในภูมิภาคตัดขาดแสดงไว้ในรูปด้านล่าง

ตำแหน่งขาของทรานซิสเตอร์ NPN

ทรานซิสเตอร์มีขาสามขา คือ คอลเล็กเตอร์ (C) อิมิตเตอร์ (E) และเบส (B) ในส่วนใหญ่ ขาตรงกลางคือเบส

เพื่อระบุขาอิมิตเตอร์และคอลเล็กเตอร์ จะมีจุดบนพื้นผิวของทรานซิสเตอร์ SMD ขาที่อยู่ใต้จุดนี้คือคอลเล็กเตอร์ และขาที่เหลือคือขาอิมิตเตอร์

หากไม่มีจุด ขาทั้งหมดจะถูกวางไว้ด้วยระยะห่างไม่เท่ากัน ที่นี่ขาตรงกลางคือเบส ขาที่ใกล้ที่สุดกับขาตรงกลางคืออิมิตเตอร์ และขาที่เหลือคือคอลเล็กเตอร์