Принцип работы биполярного транзистора со структурой pnp: PNP-транзистор: структура, принцип работы, применение

5.1. Структура биполярных транзисторов и принцип действия.

Рассмотрим структуру биполярных плоскостных транзисторов, у которых оба перехода – плоскостные. Упрощенные структуры плоскостных p-n-p и n-p-n типов показаны на рис.5.1.

Биполярный транзистор имеет области: эмиттер, база и коллектор – два p-n-перехода. Эмиттерный переход (на границе областей эмиттер-база) и коллекторный (на границе областей база-коллектор). Базовая область (база Б) – область, в которую инжектируются неосновные для этой области носители заряда. Эмиттерная область (эмиттер Э) – область, назначение которой – инжекция носителей в базовую область. Коллекторная область (коллектор К) предназначена для экстракции носителей из базовой области. Принцип работы транзисторов p-n-p и n-p-n-типов одинаков, но в транзисторе со структурой типа p-n-p основной ток, текущий через базу, создается дырками, инжектируемыми из эмиттера, а в транзисторах со структурой n-p-n-типа – электронами.

Рис.5.1. Схематическое изображение биполярного плоскостного транзистора и его условное изображение: а) p-n-p-типа; б) n-p-n-типа; в) распределение концентраций основных носителей заряда вдоль структуры транзистора в равновесном состоянии; W- толщина базы

На условных обозначениях эмиттер изображается в виде стрелки, которая указывает прямое направление тока эмиттерного перехода (т.е. от «плюса» к «минусу»).

Если бы эмиттерный и коллекторный переходы находились на большом расстоянии друг от друга, т.е. толщина базы W была бы значительно больше диффузионной длины неосновных носителей в базе, то носители, инжектируемые эмиттером, не доходили бы до коллектора, т.к. рекомбинировали бы в базе. В этом случае каждый из переходов можно рассматривать в отдельности, не учитывая их взаимодействия, причем вольт-амперная характеристика эмиттерного перехода представляла бы прямую ветвь характеристики диода, а коллекторного перехода – обратную ветвь.

Основная особенность биполярного транзистора заключается во взаимном влиянии переходов друг на друга. В биполярных плоскостных транзисторах для эффективного влияния эмиттерного перехода на коллекторный необходимо выполнение следующих требований:

1. Толщина базы транзистора W должна быть много меньше диффузионной длины инжектируемых в нее носителей Lб, т.е. W= 1,5 – 25 мкм < Lб.

2. Концентрация основных носителей в базе должна быть много меньше концентрации основных носителей в области эмиттера.

3. Концентрация основных носителей в области коллектора должна быть несколько меньшей, чем в области эмиттера.

4. Площадь коллекторного перехода должна быть в несколько раз больше площади эмиттерного перехода.

Все положения, рассмотренные ранее для одного p-n-перехода, справедливы для каждого из p-n-переходов транзистора. В отсутствие внешнего напряжения наблюдается динамическое равновесие между потоками дырок и электронов, протекающими через p-n-переходы, и общие токи равны нулю.

Транзистор p-n-p-типа в активном режиме включения показан на рис. 5.1, а. Эмиттерный переход включен в прямом направлении, коллекторный – в обратном. При этом через эмиттерный переход должен протекать большой прямой ток IЭ, а через коллекторный переход – малый обратный ток коллектора.

Основные носители заряда в эмиттере – дырки – диффундируют из-за разности концентрации в базу, становясь там неосновными носителями. Процесс перехода носителей зарядов из эмиттера в базу называют инжекцией. По той же причине электроны из области базы диффундируют в область эмиттера, поэтому ток диффузии эмиттера имеет две составляющие – дырочную Iэp и электронную Iэn: Iэ= Iэp+ Iэn. Так как концентрация дырок в базе значительно меньше концентрации дырок в эмиттере, то дырочный ток Iэp преобладает над электронным током из базы Iэn, т.е. Iэp >> Iэn, поэтому можно принять, что ток базы для p-n-p-транзисторов Iб ≈ Iэp.

схема подключения. Какая разница между PNP и NPN-транзисторами? :: SYL.

ru

Содержание:

Что такое транзистор?

В современном значении транзистором называют полупроводниковый радиоэлемент, предназначенный для изменения параметров электрического тока и управления им. У обычного полупроводникового триода имеется три вывода: база, на которую подаются сигналы управления, эмиттер и коллектор. Существуют также составные транзисторы большой мощности.

Поражает шкала размеров полупроводниковых устройств – от нескольких нанометров (бескорпусные элементы, используемые в микросхемах), до сантиметров в диаметре мощных транзисторов, предназначенных для энергетических установок и промышленного оборудования. Обратные напряжения промышленных триодов могут достигать до 1000 В.

Базовый принцип работы

В состоянии покоя между коллектором и эмиттером биполярного триода ток не протекает. Электрическому току препятствует сопротивление эмиттерного перехода, которое возникает в результате взаимодействия слоёв. Для включения транзистора требуется подать незначительное напряжение на его базу.

На рисунке показана схема, объясняющая принцип работы триода.

Принцип работы

Управляя токами базы можно включать и выключать устройство. Если на базу подать аналоговый сигнал, то он изменит амплитуду выходных токов. При этом выходной сигнал точно повторит частоту колебаний на базовом электроде. Другими словами, произойдёт усиление поступившего на вход электрического сигнала.

Таким образом, полупроводниковые триоды могут работать в режиме электронных ключей или в режиме усиления входных сигналов.

Работу устройства в режиме электронного ключа можно понять из рисунка 3.

Триод в режиме ключа

Обозначение на схемах

Общепринятое обозначение: «VT» или «Q», после которых указывается позиционный индекс. Например, VT 3. На более ранних схемах можно встретить вышедшие из употребления обозначения: «Т», «ПП» или «ПТ». Транзистор изображается в виде символических линий обозначающих соответствующие электроды, обведённые кружком или без такового. Направление тока в эмиттере указывает стрелка.

На рисунке 4 показана схема УНЧ, на которой транзисторы обозначены новым способом, а на рисунке 5 – схематические изображения разных типов полевых транзисторов.

Конструкция прибора

Конструктивная схема транзистора PNP-типа состоит из двух областей полупроводникового материала p-типа по обе стороны от области материала n-типа, как показано на рисунке ниже.

Стрелка определяет эмиттер и общепринятое направление его тока (“внутрь” для транзистора PNP).

PNP-транзистор имеет очень схожие характеристики со своим NPN-биполярным собратом, за исключением того, что направления токов и полярности напряжений в нем обратные для любой из возможных трех схем включения: с общей базой, с общим эмиттером и с общим коллектором.

Обозначение транзистора PNP

Обозначение транзистора PNP
Где, E = излучатель, B = база, C = коллектор

Средний уровень (N-тип) называется терминалом B-Base. Левосторонний слой P-типа работает как вывод E-Emitter, а правый слой P-типа, известный как вывод C-Collector.
PNP транзистор

При формировании транзистора NPN один полупроводниковый материал P-типа помещается между двумя полупроводниками N-типа, как описано в статье (Транзистор Link NPN). В то время как в транзисторе PNP один полупроводник N-типа помещается между двумя полупроводниковыми материалами P-типа.

В транзисторе PNP используются диоды двух типов. Это соответственно диоды PN и NP. Эти диоды с PN-переходом называются переходом коллектор-база или CB-переходом и переходом база-эмиттер или BE-переходом.

В полупроводниковом материале P-типа носителями заряда в первую очередь являются дырки. Таким образом, в этом транзисторе формирование тока происходит только за счет движения отверстий.

Области эмиттера и коллектора (P-типа) сравнительно легированы больше, чем база N-типа. Области Эмиттерной и Коллекторной областей шире по сравнению с базой.

Обычно в полупроводнике N-типа доступно больше свободных электронов. Но ширина среднего слоя в этом случае уже и слегка легирована.
Подключение транзистора, кредит изображения – С. Бланк, PNP транзистор, CC BY-SA 4.0

Зачем нужен транзистор?

У меня часто возникает вопрос: зачем нам транзистор? Почему бы не подключить светодиод и резистор напрямую к батарее?

Преимущество транзистора заключается в том, что вы можете использовать небольшой ток или напряжение для управления гораздо большим током и напряжением.

Это очень полезно, если вы хотите управлять такими вещами, как двигатели, мощные светодиоды, динамики, реле и многое другое при помощи микроконтроллера / Raspberry Pi / Arduino. Выход микроконтроллера может обеспечить всего несколько миллиампер при напряжении 5 В. Поэтому, если вы хотите управлять, например уличным освещением 230 В, вы не можете сделать это напрямую микроконтроллером

Вместо этого вы можете использовать реле. Но даже реле обычно требует большего тока, чем может обеспечить выход микроконтроллера. Поэтому вам понадобится транзистор для управления реле:

Основные отличия двух типов биполярных транзисторов

Главным различием между ними считается то, что дырки являются основными носителями тока для транзисторов PNP, NPN-транзисторы имеют в этом качестве электроны. Поэтому полярности напряжений, питающих транзистор, меняются на обратные, а его входной ток вытекает из базы. В отличие от этого, у NPN-транзистора ток базы втекает в нее, как показано ниже на схеме включения приборов обоих типов с общей базой и общим эмиттером.

Принцип работы транзистора PNP-типа основан на использовании небольшого (как и у NPN-типа) базового тока и отрицательного (в отличие от NPN-типа) базового напряжения смещения для управления гораздо большим эмиттерно-коллекторным током. Другими словами, для транзистора PNP эмиттер является более положительным по отношению к базе, а также по отношению к коллектору.

Виды транзисторов

Транзисторы бывают в основном двух видов: биполярные транзисторы и полевые транзисторы.  Конечно можно было рассмотреть все виды транзисторов в одной статье, но мне не хочется варить кашу  у вас в голове. Поэтому в этой статье мы рассмотрим исключительно биполярные транзисторы а о полевых транзисторах я расскажу в одной из следующих статей. Не будем все мешать в одну кучу  а уделим внимание каждому, индивидуально.

Принцип работы биполярного транзистора

А сейчас мы попробуем разобраться как работает транзистор. Я не буду вдаваться в подробности внутреннего устройства транзисторов так как эта информация только запутывает. Лучше взгляните на этот рисунок.

Это изображение лучше всего объясняет принцип работы  транзистора. На этом изображении человек посредством реостата управляет током коллектора. Он смотрит на ток базы, если ток базы растет то человек так же увеличивает ток коллектора с учетом коэффициента усиления транзистора h31Э. Если ток базы падает, то ток коллектора также будет снижаться — человек подкорректирует его посредством реостата.

Эта аналогия не имеет ничего общего с реальной работой транзистора, но она облегчает понимание принципов его работы.

Для транзисторов можно отметить правила, которые призваны помочь облегчить понимание. (Эти правила взяты из книги П. Хоровица У.Хилла «Искусство схемотехники»).

1. Коллектор имеет более положительный потенциал , чем эмиттер
2. Как я уже говорил цепи база — коллектор и база -эмиттер работают как диоды
3. Каждый транзистор характеризуется предельными значениями, такими как ток коллектора, ток базы и напряжение коллектор-эмиттер.
4. В том случае если правила 1-3 соблюдены то ток коллектора Iк прямо пропорционален току базы Iб. Такое соотношение можно записать в виде формулы.

Из этой формулы можно выразить основное свойство транзистора — небольшой ток базы управляет большим током коллектора.

-коэффициент усиления по току.

Его также обозначают как

Исходы из выше сказанного транзистор может работать в четырех режимах:

1. Режим отсечки транзистора — в этом режиме переход база-эмиттер закрыт, такое может произойти когда напряжение база-эмиттер недостаточное. В результате  ток базы  отсутствует и следовательно ток коллектора тоже будет отсутствовать.
2. Активный режим транзистора — это нормальный режим работы транзистора.  В этом режиме напряжение база-эмиттер достаточное для того, чтобы переход база-эмиттер открылся. Ток базы достаточен и ток коллектора тоже имеется. Ток коллектора равняется току базы умноженному на коэффициент усиления.
3. Режим насыщения транзистора — в этот режим транзистор переходит тогда, когда ток базы становится настолько большим, что мощности источника питания просто не хватает для дальнейшего увеличения тока коллектора. В этом режиме ток коллектора не может увеличиваться вслед за увеличением тока базы.
4. Инверсный режим транзистора — этот режим используется крайне редко. В этом режиме коллектор и эмиттер транзистора меняют местами. В результате таких манипуляций коэффициент усиления транзистора очень сильно страдает. Транзистор изначально проектировался не для того, чтобы он работал в таком особенном режиме.

Для понимания того как работает транзистор нужно рассматривать конкретные схемные примеры, поэтому давайте рассмотрим некоторые из них.

Работа транзистора NPN:

Теперь, когда сторона n диода имеет большинство электронов, а сторона p имеет большинство отверстий, все соединения напряжения расположены как прямое и обратное смещение соответственно. Базовый эмиттерный переход настроен как обратное смещение, а коллекторный базовый переход работает как прямое смещение. Область истощения этой области эмиттер-база уже по сравнению с областью истощения на пересечении коллектор-база.

Поскольку переход имеет обратное смещение (эмиттер), отверстия перетекают от источника питания к переходу N. Затем электрон движется в сторону p. Здесь происходит нейтрализация какого-то электрона. Остальные электроны движутся в сторону n. Падение напряжения относительно эмиттера и базы составляет VBE как входная сторона.

В эмиттерах N-типа носителями заряда являются в основном электроны. Следовательно, электроны переносятся через эмиттеры N-типа на базу P-типа. Ток будет проходить через эмиттер-базу или переход EB. Этот ток известен как ток эмиттера (Ie). Здесь ток эмиттера (IE) течет со стороны выхода и течет в двух направлениях; один яB а другое это яC. Итак, мы можем написать:

IE=IB+IC

Однако базовая область относительно тонкая и слегка легированная. Следовательно, большая часть электронов проходит через область базы, и лишь немногие из них рекомбинируют с доступными дырками. Базовый ток минимален по сравнению с током эмиттера. Обычно это до 5% от всего тока эмиттера.

Ток, текущий от остальной части электронов, называется током коллектора (IC). ЯC сравнительно высока по сравнению с базовым (IB).

Режим работы транзистора

Он имеет три режима работы согласно смещению, а именно:

• Активный режим
• Режим отключения
• Режим насыщенности

Режим отключения

• Транзистор работает как разомкнутая цепь.
• В отсечке два перехода имеют обратное смещение.
• Току не будет позволено протекать.

Насыщенный режим

• Транзистор выполнен по замкнутой схеме.
• Оба перехода настроены только на прямое смещение.
• Поскольку напряжение база-эмиттер сравнительно велико, ток проходит от коллектора к эмиттеру.

Активный режим

• В это время транзистор работает как схема усилителя тока.
• В активном режиме транзистора соединение BE имеет прямое смещение, а переход C -B – обратное смещение.
• Ток проходит между эмиттером и коллектором, и величина тока пропорциональна имеющейся приложенной базе.

Проверка биполярного транзистора мультиметром

Это наиболее распространенный компонент, например серии КТ315, КТ361 и т.д.

С тестированием данного типа проблем не возникнет, достаточно представить pn переход в как диод. Тогда структуры pnp и npn будут иметь вид двух встречно или обратно подключенных диодов со средней точкой (см. рис.3).

«Диодные аналоги» переходов pnp и npn

Присоединяем к мультиметру щупы, черный к «СОМ» (это будет минус), а красный к гнезду «VΩmA» (плюс). Включаем тестирующее устройство, переводим его в режим прозвонки или измерения сопротивления (достаточно установить предел 2кОм), и приступаем к тестированию. Начнем с pnp проводимости:

1. Присоединяем черный щуп к выводу «Б», а красный (от гнезда «VΩmA») к ножке «Э». Смотрим на показания мультиметра, он должен отобразить величину сопротивления перехода. Нормальным считается диапазон от 0,6 кОм до 1,3 кОм.
2. Таким же образом проводим измерения между выводами «Б» и «К». Показания должны быть в том же диапазоне.

Если при первом и/или втором измерении мультиметр отобразит минимальное сопротивление, значит в переходе(ах) пробой и деталь требует замены.

1. Меняем полярность (красный и черный щуп) местами и повторяем измерения. Если электронный компонент исправный, отобразится сопротивление, стремящееся к минимальному значению. При показании «1» (измеряемая величина превышает возможности устройства), можно констатировать внутренний обрыв в цепи, следовательно, потребуется замена радиоэлемента.

Тестирование устройства обратной проводимости производится по такому же принципу, с небольшим изменением:

1. Красный щуп подключаем к ножке «Б» и проверяем сопротивление черным щупом (прикасаясь к выводам «К» и «Э», поочередно), оно должно быть минимальным.
2. Меняем полярность и повторяем измерения, мультиметр покажет сопротивление в диапазоне 0,6-1,3 кОм.

Отклонения от этих значений говорят о неисправности компонента.

Зачем проверять

Когда затребована проверка транзистора:

• новые элементы перед сборкой схем крайне рекомендовано перепроверить;
• при поломке электроприбора. Неполадки описываемых запчастей редкие, но их неисправности (чаще всего возникают пробои) не исключены.

Пошаговая инструкция проверки мультимером

Перед началом проверки, прежде всего определяется структура триодного устройства, которая обозначается стрелкой эмиттерного перехода. Когда направление стрелки указывает на базу, то это вариант PNP, направление в сторону, противоположную базе, обозначает NPN проводимость.

Проверка мультимером PNP транзистора состоит из таких последовательных операций:

1. Проверяем обратное сопротивление, для этого присоединяем «плюсовой» щуп прибора к его базе.
2. Тестируется эмиттерный переход, для этого «минусовой» щуп подключаем к эмиттеру.
3. Для проверки коллектора перемещаем на него «минусовой» щуп.

Результаты этих измерений должны показать сопротивление в пределах значения «1».

Для проверки прямого сопротивления меняем щупы местами:

1. «Минусовой» щуп прибора присоединяем к базе.
2. «Плюсовой» щуп поочередно перемещаем от эмиттера к коллектору.
3. На экране мультиметра показатели сопротивления должны составить от 500 до 1200 Ом.

Данные показания свидетельствуют о том, что переходы не нарушены, транзистор технически исправен.

Многие любители имеют сложности с определением базы, и соответственно коллектора или эмиттера. Некоторые советуют начинать определение базы независимо от типа структуры таким способом: попеременно подключая черный щуп мультиметра к первому электроду, а красный – поочередно ко второму и третьему.

База обнаружится тогда, когда на приборе начнет падать напряжение. Это означает, что найдена одна из пар транзистора – «база – эмиттер» или «база – коллектор». Далее необходимо определить расположение второй пары таким же образом. Общий электрод у этих пар и будет база.

Способы проверки

Любой ремонт электроники и электрооборудования начинается с внешнего осмотра, а потом переходят к измерениям. Такой подход позволяет локализовать большую часть неисправностей. Чтобы найти варистор на плате посмотрите на рисунок ниже — так выглядят варисторы. Иногда их можно перепутать с конденсаторами, но можно отличить по маркировке.

Если элемент сгорел и маркировку прочесть невозможно — посмотрите эту информацию на схеме устройства. На плате и в схеме он может обозначаться буквами RU. Условное графическое обозначение выглядит так.

Есть три способа проверить варистор быстро и просто:

1. Визуальный осмотр.
2. Прозвонить. Это можно сделать муьтиметром или любым другим прибором, где есть функция прозвонки цепи.
3. Измерением сопротивления. Это можно сделать омметром с большим пределом измерений, мультиметром или мегомметром.

Варистор выходит из строя, когда через него проходит большой или длительный ток. Тогда энергия рассеивается в виде тепла, и если её количество больше определённого конструкцией — элемент сгорает. Корпус этих компонентов выполняется из твердого диэлектрического материала, типа керамики или эпоксидного покрытия. Поэтому при выходе из строя чаще всего повреждается целостность наружного покрытия.

Можно визуально проверить варистор на работоспособность — на нем не должно быть трещин, как на фото:

Следующий способ — проверка варистора тестером в режиме прозвонки. Сделать это в схеме нельзя, потому что прозвонка может сработать через параллельно подключенные элементы. Поэтому нужно выпаять хотя бы одну его ножку из платы.

Важно: не стоит проверять элементы на исправность не выпаивая из платы – это может дать ложные показания измерительных приборов. Так как в нормальном состоянии (без приложенного к выводам напряжения) сопротивление варистора большое — он не должен прозваниваться. Прозвонку выполняют в обоих направлениях, то есть два раза меняя местами щупы мультиметра

Прозвонку выполняют в обоих направлениях, то есть два раза меняя местами щупы мультиметра

Так как в нормальном состоянии (без приложенного к выводам напряжения) сопротивление варистора большое — он не должен прозваниваться. Прозвонку выполняют в обоих направлениях, то есть два раза меняя местами щупы мультиметра.

На большинстве мультиметров режим прозвонки совмещен с режимом проверки диодов. Его можно найти по значку диода на шкале селектора режимов. Если рядом с ним есть знак звуковой индикации — в нем наверняка есть и прозвонка.

Другой способ проверки варистора на пробой мультиметром является измерение сопротивления. Нужно установить прибор на максимальный предел измерения, в большинстве приборов это 2 МОма (мегаомы, обозначается как 2М или 2000К). Сопротивление должно быть равным бесконечности. На практике оно может быть ниже, в пределах 1-2 МОм.

Интересно! То же самое можно сделать мегаомметром, но он есть далеко не у каждого. Стоит отметить, что напряжение на выводах мегаомметра не должно превышать классификационное напряжение проверяемого компонента.

На этом заканчиваются доступные способы проверки варистора. В этот раз мультиметр поможет радиолюбителю найти неисправный элемент, как и в большом количестве других случаев. Хотя на практике мультиметр в этом деле не всегда нужен, потому что дело редко заходит дальше визуального осмотра. Заменяйте сгоревший элемент новым, рассчитанным на напряжение и диаметром не меньше чем был сгоревший, иначе он сгорит еще быстрее предыдущего.

Советы

1. Существует множество способов определения неисправности, но для начала нужно разобраться в строении самого элемента, и четко понимать конструкционные особенности.
2. Выбор прибора для проверки – это важный момент, касающийся качества результата. Поэтому при недостатке опыта не стоит ограничиваться подручными средствами.
3. Проводя проверку, следует четко понимать причины выхода из строя тестируемой детали, чтобы не вернуться со временем к тому же состоянию неисправности бытовой электротехники.

Преимущества транзистора PNP

• Небольшой по размеру и может использоваться как часть конструкции ИС.
• Сравнительно дешевая, долговечная и более простая схема.
• Доступны спонтанные действия
• Низкое напряжение питания и меньшее выходное сопротивление.
• Производят меньше шума, чем транзисторы NPN.

Недостатки транзистора PNP

• Не подходит для работы в высокочастотном приложении.
• Медленнее по сравнению с NPN.
• Температурная чувствительность и возможность повреждения во время теплового разгона.

Применение транзисторов PNP:

• Транзисторы PNP используются в качестве переключателей, т. Е. Аналоговых переключателей, аварийных кнопок и т. Д. Они используются, когда требуется аварийное отключение.
• Эти типы транзисторов используются в схемах источников тока, т. Е. За счет использования характеристик тока, вытекающего из коллектора.
• Применяется в схемах усиления.
• Они используются в парных схемах Дарлингтона.
• Транзисторы типа PNP используются в тяжелых двигателях для управления током и в различных приложениях для разработки роботов и микроконтроллеров.

Следующая

РазноеЧто такое активная мощность?

Bipolar Junction Transistor (BJT) — Структура

Опубликовано 27 ноября 2019 г.

Транзистор — это электронное устройство, которое можно использовать в качестве усилителя или электронного переключателя. Его способность усиливать сигнал или переключать нагрузки большой мощности с помощью слабого сигнала делает его очень полезным в области электроники. Существует два основных типа транзисторов: транзистор с биполярным переходом или BJT и полевой транзистор или FET. В этом уроке мы сосредоточимся только на биполярном переходном транзисторе и обсудим его базовую структуру и работу.

Термин «биполярный» относится к использованию как дырок, так и электронов в качестве носителей тока в структуре транзистора.

Структура биполярного транзистора (BJT)

Биполярный транзистор (BJT) изготавливается с тремя полупроводниковыми областями, легированными по-разному. Если мы уже потеряли вас с этим последним предложением, пожалуйста, ознакомьтесь с некоторыми из наших других руководств по основам полупроводников, так как это значительно облегчит понимание. Эти три области, легированные по-разному, известны как база, коллектор и эмиттер. Базовая область слабо легирована и очень тонкая по сравнению с областями коллектора и эмиттера. Область коллектора умеренно легирована, а область эмиттера сильно легирована.

NPN и PNP BJT Физическое представление

Биполярные переходные транзисторы (BJT) могут быть типа npn или pnp. Тип npn состоит из двух областей n, разделенных областью p. Базовая область представляет собой материал p-типа, а области коллектора и эмиттера – материалы n-типа. Транзистор p-n-p-типа состоит из двух областей p-типа, коллектора и эмиттера, разделенных базовой областью n-типа. Независимо от типа BJT имеет два p-n перехода, которые должны быть правильно смещены внешним постоянным напряжением для правильной работы. Один из этих переходов называется переходом база-эмиттер, соединяющий области базы и эмиттера, а другой — переход база-коллектор, соединяющий области базы и коллектора.

Базовая работа биполярного транзистора

Чтобы биполярный транзистор работал как усилитель, его переход база-эмиттер должен быть смещен в прямом направлении, а переход база-коллектор смещен в обратном направлении. Обратите внимание, что это означает, что Транзистор npn и транзистор pnp сравниваются друг с другом в обратном порядке. И, как упоминалось ранее, область эмиттера сильно легирована. Таким образом, в транзисторе npn область эмиттера n-типа имеет очень высокую плотность свободных электронов, в то время как в транзисторе pnp область эмиттера p-типа имеет очень высокую плотность дырок.

NPN BJT Bias Arrangement

На этом этапе я хотел бы напомнить вам, что ток и поток электронов обратные, что может вызвать путаницу. Поскольку переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, свободные электроны из эмиттерной области легко пересекают переход база-эмиттер и попадают в очень тонкую и слаболегированную базовую область р-типа. Базовая область p-типа слегка легирована, что означает, что в ней не так много дырок. В этом случае только небольшой процент свободных электронов из эмиттерной области может рекомбинировать с дырками в базовой области.

Небольшое количество свободных электронов из эмиттерной области, которые рекомбинировали с дырками в базовой области, перемещаются через базовую область как валентные электроны. Но когда они покидают базовую область и двигаются через металлический вывод базы, они становятся свободными электронами и производят внешний базовый ток, который затем выходит через металлический вывод во внешнюю цепь, а затем, в конце концов, возвращается в область эмиттера. .

NPN BJT Electron Flow Operation

Свободные электроны, попавшие в область базы, но не рекомбинировавшие с дырками, движутся к переходу база-коллектор с обратным смещением. Поскольку область коллектора подключена к положительной стороне внешнего напряжения смещения, свободные электроны притягиваются к положительной стороне и переносятся в область коллектора. Они выходят из области коллектора, а также проходят через металлический вывод коллектора в цепь и возвращаются в область эмиттера. Итак, в этом случае мы знаем, что ток эмиттера представляет собой сумму токов базы и коллектора. Поэтому ток эмиттера немного больше тока коллектора.

Работа внутри транзистора p-n-p очень похожа на транзистор типа n-p-n. Но роли электронов и дырок поменялись местами. Внешние напряжения смещения и направления тока меняются местами.

PNP BJT Bias Arrangement

Если вы попытаетесь понять это, изменение направления внешнего напряжения смещения приведет к прямому смещению перехода база-эмиттер PNP-транзистора и обратному смещению перехода база-коллектор. Поскольку переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, дырки в области эмиттера могут проходить через переход база-эмиттер и попадать в область базы. В то же время электроны из базовой области могут перемещаться и в эмиттерную область. Внутри PNP-транзистора эмиттерный ток возникает из-за движения дырок от эмиттера к базовой области. Но внешне эмиттерный ток обусловлен движением электронов из области эмиттера к положительному выводу внешнего напряжения смещения. Ток базы, создаваемый в PNP-транзисторе, возникает из-за движения электронов от внешнего напряжения смещения в область базы.

Так как базовая область слабо легирована, только небольшое количество электронов в базовой области рекомбинирует с дырками из эмиттерной области, а остальные дырки перемещаются в коллекторную область. Внутри это перемещение дырок в область коллектора создает ток коллектора, но снаружи ток коллектора представляет собой поток электронов от внешнего напряжения смещения в область коллектора.

Направление тока в NPN-транзисторе

Если мы сравним направление тока в npn- и pnp-транзисторах, используя обычный ток, мы увидим, что поток токов в pnp-транзисторе прямо противоположен потоку в транзисторе. токи в транзисторе npn.

Направления токов в PNP-транзисторе

Резюме

В этом руководстве мы обсудили базовую структуру и основные принципы работы биполярного переходного транзистора (BJT). Мы узнали, что транзистор с биполярным переходом состоит из трех областей легированного полупроводника, имеет два основных типа — npn и pnp, и оба типа имеют два pn перехода. Мы также узнали, как смещать биполярный транзистор, чтобы он работал в качестве усилителя, и обсудили, что происходит внутри npn-транзистора. Если у вас есть какие-либо вопросы, оставьте их в комментариях ниже, и если вы нашли это интересным или полезным, поставьте лайк и подпишитесь на наш канал!

Автор:

JB Magoncia

JB — инженер-электронщик, который интересуется звуком, встроенными системами и проектированием печатных плат. Он является одним из инженеров CircuitBread. JB также является музыкантом, который в основном играет на фортепиано/клавишных, но также может играть на басу, гитаре и барабанах. В настоящее время он живет в Кагаян-де-Оро, Филиппины.

Часто задаваемые вопросы по EE

Получите новейшие инструменты и учебные пособия, только что из тостера.

Что такое транзистор? Транзистор PNP и транзистор NPN, BJT

СОДЕРЖАНИЕ

1

Транзистор / биполярный переходный транзистор BJT:

Транзистор называется Transistr Transistor , потому что функция Transistr Transistor . (F.b) и неосновные носители заряда (R.b). Это первое условие переноса транзистора в качестве биполярного транзистора BJT .

Когда двое PN-переход диоды ставятся впритык или напротив друг друга, получаем транзистор с двумя переходами. Это второе условие переноса транзистора в качестве транзистора с биполярным переходом .

Это расположение дает нам два типа транзисторов

• Транзисторы типа PNP и
• Транзисторы типа NPN

Транзистор типа PNP:

 

Транзистор типа NPN:

Для транзистора типа PNP тонкий слой полупроводника N-типа зажат между двумя полупроводниками P-типа. Точно так же для транзистора NPN-типа тонкий слой полупроводника P-типа зажат между двумя полупроводниками N-типа.

Теперь каждый транзистор, будь то полупроводник типа PNP или NPN, имеет три области, а именно эмиттер, базу и коллектор. Структура и обозначение транзисторов PNP и NPN приведены ниже.

Структура транзисторов PNP и NPN:

Транзисторы PNP и NPN Обозначение:

Стрелка всегда указывает на эмиттер и показывает направление обычного тока.

Для транзистора типа PNP острие стрелки указывает от эмиттера к базе, поэтому мы можем сказать, что эмиттер +ive по отношению к базе.

Для транзистора типа NPN острие стрелки указывает от базы к эмиттеру, поэтому мы можем сказать, что база – это +ive по отношению к эмиттеру.

Следовательно, каждый транзистор состоит из трех областей или электродов (эмиттер, база и коллектор), давайте обсудим каждую из них.

Эмиттер:

Это левая часть/область транзистора. Он сильно легирован. Функция эмиттера состоит в том, чтобы обеспечить перенос большинства зарядов на базу. Для транзистора типа PNP эмиттер поставляет заряды дырок на базу, в то время как для транзистора типа NPN эмиттер подает электроны на базу.

Основание:

Это средняя часть/область транзистора, очень тонкая (10 м ^-16 ) по сравнению с эмиттером и коллектором. Основная функция базы — контролировать поток зарядов. Он слегка легирован.

Базовый переход эмиттера смещен в прямом направлении. Коллекторно-базовый переход имеет обратную основу (имеет высокое сопротивление). Как показано на рисунке ниже

Коллектор:

Это правая часть/область транзистора или, проще говоря, область, расположенная напротив эмиттера, называется коллектором. Функция коллектора состоит в том, чтобы собирать большую часть заряд проходит через базу.

Размер коллектора больше по сравнению с базой и эмиттером, потому что коллектор должен рассеивать большую мощность.

Коллектор не сильно легирован, как эмиттер, и не слаболегирован, как база, но он легирован между эмиттером и базой.

Транзисторы изготовлены по технологии

• Выращивание
• Легирование
• Распространение

В транзисторе «T» — для передачи, а «R» — для сопротивления, т. е. (T/r — это передача сопротивления). Он передает сопротивление базы эмиттера (низкое сопротивление) в сопротивление базы коллектора (высокое сопротивление). Следовательно, мы можем сказать, что t/r передает низкое сопротивление более высокому сопротивлению.

Транзистор представляет собой полупроводниковый прибор с тремя выводами, управляемый током. Ток регулируется прямым смещением и обратным смещением.

Существует два типа схем

1. Аналоговые схемы
2. Цифровые схемы

В аналоговых схемах основной функцией транзистора является усиление сигнала, поэтому он используется в качестве усилителя.

В то время как в цифровых схемах T/r используется как переключатель или вентиль.

Смещение транзистора:

Для правильной работы транзистора необходимо подавать напряжение правильной полярности. На два его перехода соединения

1. Базовый переход эмиттера

2. Основание коллектора

Для правильного смещения эмиттерно-базовый переход смещен в прямом направлении, а коллекторно-базовый переход смещен в обратном направлении. Поскольку у нас есть два типа транзисторов, мы обсудим смещение и работу обоих транзисторов.

Смещение и работа транзистора PNP t/r:

Структура:

Обозначение:

плюсовая клемма батареи (ВЭЭ) соединена с эмиттером П-типа. Таким образом, переход эмиттер-база смещен в прямом направлении (имеет меньшее сопротивление). Эмиттер состоит из полупроводника P-типа. И мы знаем, что полупроводник P-типа состоит из дырок в качестве основных носителей, эти дырки вталкиваются или втягиваются в основание из-за положительного вывода (VEE) батареи, поскольку мы знаем, что одинаковые заряды отталкиваются друг от друга, поэтому +ive клемма батареи будет отталкивать отверстия к основанию и за счет этого отталкивания отверстий эмиттерный ток «I _Е ». Направление условного тока и тока эмиттера показано на рисунке выше. Средняя область/секция T/r называется основанием. Основа слегка легирована. Он очень тонкий по сравнению с эмиттером и коллектором. Основу составляют полупроводники N-типа. Из-за меньшего размера база будет иметь мало электронов. Эти электроны соединяются с несколькими дырками, пришедшими из эмиттера. Так что будет крайне меньше рекомбинации дырок и электронов. Это примерно от 2 до 5% от общего числа отверстий (100%), которые исходят от эмиттера. Так что это будет составлять базовый ток «I _Б ». Таким образом, оставшиеся от 95 до 98% дырок, исходящие из эмиттера, не будут рекомбинировать из-за меньшего количества электронов в базе. Теперь что происходит с этими отверстиями, которые еще в базе, чтобы понять это, теперь мы подходим к переходу коллектор-база.

-ive клемма батареи «Vcc» соединена с базовым коллектором P-типа, так что соединение базы коллектора смещено в обратном направлении. Как мы видим на рис. так как соединение с основанием коллектора имеет обратное смещение, поэтому не будет потока отверстий от коллектора к основанию, но поток отверстий будет в противоположном направлении, т. е. от основания к коллектору, и это движение связано с минусовой клеммой батарея, как мы знаем, разные заряды притягиваются друг к другу, поэтому клемма -ive «Vcc» будет притягивать все 9 зарядов.От 5 до 98% отверстий от основания. Отверстия, образованные эмиттером, идут к коллектору через базу, это будет составлять ток коллектора «Ic» ток коллектора равен току эмиттера, потому что ток базы очень и очень мал, но на практике ток эмиттера равен сумме тока базы и тока коллектора. то есть

I _E = I _B + I _c

Смещение и работа NPN t/t

Структура:

Обозначение:

Учитывая базовый переход эмиттера, как показано на рис. сопротивление). Эмиттер состоит из полупроводника N-типа, а мы знаем, что полупроводник N-типа состоит из электронов, так как большинство этих электронов выталкиваются или втягиваются в базу из-за минусовой клеммы батареи «Vee». поскольку мы знаем, что одинаковые заряды отталкиваются друг от друга, поэтому минусовая клемма батареи будет отталкивать электроны, и из-за этого отталкивания электрон будет пересекать соединение, что составит эмиттерный ток «Ie».

Средняя область/секция т/р называется основанием, как показано на рис. база слегка легирована, она очень тонкая по сравнению с эмиттером, и поэтому из-за своего меньшего размера база имеет мало дырок, поскольку она состоит из полупроводника P-типа, поэтому будет чрезвычайно меньше рекомбинации дырок и электронов. Почти от 2 до 5 % электронов, пришедших из эмиттера, составляют базовый ток «I _B », таким образом, оставшиеся 95–98 % электронов, пришедших из эмиттера, не будут рекомбинировать с дырками из-за их малого размера. сумма, теперь мы увидим, что случилось с этими 9от 5 до 98% электронов, находящихся в базе. Чтобы понять это, мы подходим к переходу коллектор-база.

Учитывая соединение коллектора с базой, как показано на рис., положительный вывод батареи ((Vcc))  подключен к полупроводнику N-типа, поэтому соединение коллектора с основанием имеет обратное смещение (имеет высокое сопротивление), поскольку коллектор Базовый переход смещен в обратном направлении, поэтому не будет потока электронов от коллектора к базе, поток электронов будет в противоположном направлении, то есть от базы к коллектору, и этот поток электронов от базы к коллектору происходит только из-за положительной клеммы ( Vcc) батареи, так что плюсовая клемма (Vcc) батареи будет притягивать все 9от 5 до 98% электронов от основания. Электрон, обеспечиваемый эмиттером, идет к коллектору через базу, это будет составлять ток коллектора «Ic», ток коллектора равен току эмиттера, потому что ток базы очень и очень мал, но на практике ток эмиттера равен сумме тока базы. ток и коллектор так, чтобы

I _E = I _B + I _C

Важные правила смещения:

является обратным смещением.

Таким образом, важное правило смещения состоит в том, чтобы соединение базы эмиттера оставалось смещенным в прямом направлении, а соединение базы коллектора — в качестве обратного смещения. Различные потенциалы обозначены двойными нижними индексами, как показано на рис. первый нижний индекс представляет точку или терминал, который более +ive или менее -ive, чем pt или терминал, представленный вторым нижним индексом.

Для T/r типа PNP:

Сначала мы применим важное правило смещения к этому T/r, чтобы оставить эмиттерно-базовый переход с прямым смещением, а коллекторно-базовый переход — с обратным смещением, как показано на рис.

в PNP буква N отрицательная для коллектора и базы, наконечник стрелки указывает от эмиттера к базе означает, что эмиттер +ive по отношению к базе, более того, это видно из рисунка выше. коллектор больше –ive, чем основание или по отношению к основанию.

Теперь перейдем к разности потенциалов. Разность потенциалов ч/б эмиттера и базы записывается как V _EB , но не V _BE , а разность потенциалов ч/б база и коллектор записывается как V _BC , но не V _CB , как показано на рисунке ниже.

Теперь рассмотрим NPN T/r:

Примените то же правило смещения +ive по отношению к эмиттеру. Причём видно из фигового коллектора больше (+ive) базы.

Таким образом, разность потенциалов ч/б базы и эмиттера будет V _BE , а не V _EB , а разность потенциалов между коллектором и основанием равна V _CB , а не V _BC , потому что коллектор более положительный по отношению к основанию.

Коэффициент усиления транзистора:

Коэффициент усиления транзистора представляет собой отношение выходного сигнала к входному сигналу. Математические

Коэффициент усиления = выходной сигнал / входной сигнал

Сигнал может быть текущим напряжением или мощностью

Коэффициент усиления транзистора по току:

токи коллектора, которые проходят через подключенный вывод, следовательно, этот ток коллектора является выходным током, а ток эмиттера является входным током, это отношение тока коллектора к току эмиттера называется коэффициентом усиления транзистора по току.0005

Коэффициент усиления по току обозначается как

= Ic / Ie

= I _C / I _E

Ток также обозначается как A или alpha dc ( ) его значение всегда меньше единицы, как может быть (.99) но не может быть 1

Математически текущий коэффициент усиления

Знак минус показывает, что Ic представляет собой усиление вне T/r, в то время как Ie входит в T/r.

Учитывая только величину токов, можно написать

Alpha dc ( ) = Ic / Ie

Этот dc alpha можно записать только  и он равен Ic/Ie и называется прямым током.

Передаточное отношение или коэффициент усиления и обозначается h _FB  здесь F для прямого направления, а B для общей базы, которая является заземленной. dc показывают, что соотношение Ic и Ie есть только и только для значений dc, на самом деле значение  показывает качество транзистора, чем выше значение альфа, тем транзистор будет лучше; транзистор считается лучшим, если ток коллектора Ic равен или почти равен Ie (ток эмиттера), но на практике это невозможно, поэтому мы можем сказать, что идеальное значение альфа равно 1, а его лучшее значение находится в диапазоне от 0,9.От 5 до 0,0999, кстати, есть Ac alpha для транзистора, который обозначается    определяется как отношение изменения тока коллектора

к току эмиттера математически мы можем написать

Это также ( ) называется усилением короткого замыкания a T/r и обозначается h _fb

Обратите внимание, что для всех практических целей

Коэффициент усиления по току также определяется как отношение тока коллектора к току базы, он обозначается как B _dc   математически

B _dc =I _C /I _B

Получается только по схеме с общим эмиттером, также называется коэффициентом прямого пропускания по постоянному току с общим эмиттером, обозначается h _FE максимальное значение β равно 500 Аналогично для переменного тока β _ac =

Коэффициент усиления транзистора по напряжению:

Транзистор работает как передача сопротивления для надлежащего смещения эмиттерно-базовый переход остается смещенным в прямом направлении, а базовый переход коллектора остается смещенным в обратном направлении. Из-за смещенного в прямом направлении сопротивления базы эмиттера (R _FB ) станет намного меньше, то есть от 40 до 800 Ом, и он будет пропускать больший ток, а падение напряжения будет низким.

И сопротивление базы коллектора (R _CB ) из-за обратного смещения становится очень-очень высоким и составляет до 10 ⁶ Ом, и он будет пропускать очень-очень меньший ток и будет иметь большое падение напряжения.

Падение напряжения на переходе база-эмиттер = В _в = I _E R _FB

Падение напряжения на переходе база-коллектор В _out =I _C R _CB

Так как отношение выходного напряжения к входному снова называется напряжением C R _CB / I _E R _EB

= I _C /I _E . R _CB / R _EB

= где I _C / I _E равно

= R _CB / R _EB

R _CB / R _EB является соотношением выходного сопротивления

к входной сопротивлению

V _{Усиление} = . a _R