Транзистор npn: SMD транзистор 2N5551 / G1 (NPN) | SOT-23

Немного о транзисторах…

Пожалуй, сегодня сложно представить себе современный мир без транзисторов, практически в любой электронике, начиная от радиоприёмников и телевизоров, заканчивая автомобилями, телефонами и компьютерами, так или иначе, они используются.

Различают два вида транзисторов: биполярные и полевые. Биполярные транзисторы управляются током, а не напряжением. Бывают мощные и маломощные, высокочастотные и низкочастотные, p-n-p и n-p-n структуры… Транзисторы выпускаются в разных корпусах и бывают разных размеров, начиная от чип SMD (на самом деле есть намного меньше чем чип) которые предназначены для поверхностного монтажа, заканчивая очень мощными транзисторами. По рассеиваемой мощности различают маломощные до 100 мВт, средней мощности от 0,1 до 1 Вт и мощные транзисторы больше 1 Вт.

Когда говорят о транзисторах, то обычно имеют в виду биполярные транзисторы. Биполярные транзисторы изготавливаются из кремния или германия. Биполярными они названы потому, что их работа основана на использовании в качестве носителей заряда как электронов, так и дырок. Транзисторы на схемах обозначаются следующим образом:

Одну из крайних областей транзисторной структуры называют эмиттером. Промежуточную область называют базой, а другую крайнюю — коллектором. Эти три электрода образуют два p-n перехода: между базой и коллектором — коллекторный, а между базой и эмиттером — эмиттерный. Как и обычный выключатель, транзистор может находиться в двух состояниях — во «включенном» и «выключенном». Но это не значит, что они имеют движущиеся или механические части, переключаются они из выключенного состояния во включенное и обратно с помощью электрических сигналов.

Транзисторы предназначены для усиления, преобразования и генерирования электрических колебаний. Работу транзистора можно представить на примере водопроводной системы. Представьте смеситель в ванной, один электрод транзистора — это труба до краника (смесителя), другой (второй) – труба после краника, там где у нас вытекает вода, а третий управляющий электрод – это как раз краник, которым мы будем включать воду.
Транзистор можно представить как два последовательно соединенных диода, в случае NPN аноды соединяются вместе, а в случае PNP – соединяются катоды.

Различают транзисторы типов PNP и NPN, PNP транзисторы открываются напряжением отрицательной полярности, NPN — положительной. В NPN транзисторах основные носители заряда — электроны, а в PNP — дырки, которые менее мобильны, соответственно NPN транзисторы быстрее переключаются.

Uкэ = напряжение коллектор-эмиттер
Uбэ = напряжение база-эмиттер
Ic = ток коллектора
Iб = ток базы

В зависимости от того, в каких состояниях находятся переходы транзистора, различают режимы его работы. Поскольку в транзисторе имеется два перехода (эмиттерный и коллекторный), и каждый из них может находиться в двух состояниях: 1) открытом 2) закрытом. Различают четыре режима работы транзистора. Основным режимом является активный режим, при котором коллекторный переход находится в закрытом состоянии, а эмиттерный – в открытом. Транзисторы, работающие в активном режиме, используются в усилительных схемах. Помимо активного, выделяют инверсный режим, при котором эмиттерный переход закрыт, а коллекторный — открыт, режим насыщения, при котором оба перехода открыты, и режим отсечки, при котором оба перехода закрыты.

При работе транзистора с сигналами высокой частоты время протекания основных процессов (время перемещения носителей от эмиттера к коллектору) становится соизмеримым с периодом изменения входного сигнала. В результате способность транзистора усиливать электрические сигналы с ростом частоты ухудшается.

Некоторые параметры биполярных транзисторов

Постоянное/импульсное напряжение коллектор – эмиттер.
Постоянное напряжение коллектор – база.
Постоянное напряжение эмиттер – база.
Предельная частота коэффициента передачи тока базы
Постоянный/импульсный ток коллектора.
Коэффициент передачи по току
Максимально допустимый ток
Входное сопротивление
Рассеиваемая мощность.
Температура p-n перехода.
Температура окружающей среды и пр…

Граничное напряжение Uкэо гр. является максимально допустимым напряжение между коллектором и эмиттером, при разомкнутой цепи базы и токе коллектора. Напряжение на коллекторе, меньше Uкэо гр. свойственны импульсным режимам работы транзистора при токах базы, отличных от нуля и соответствующих им токах базы (для n-p-n транзисторы ток базы >0, а для p-n-p наоборот, Iб<0).

К биполярным транзисторам могут быть отнесены однопереходные транзисторы, таковым является например КТ117. Такой транзистор представляет собой трехэлектродный полупроводниковый прибор с одним р-n переходом. Однопереходный транзистор состоит из двух баз и эмиттера.

В последнее время в схемах часто стали применять составные транзисторы, называют их парой или транзисторами Дарлингтона, они обладают очень высоким коэффициентом передачи тока, состоят они из двух или более биполярных транзисторов, но выпускаются и готовые транзисторы в одном корпусе, таким является например TIP140. Включаются они с общим коллектором, если соединить два транзистора, то они будут работать как один, включение показано на рисунке ниже. Применение нагрузочного резистора R1 позволяет улучшить некоторые характеристики составного транзистора.

Некоторые недостатки составного транзистора: низкое быстродействие, особенно перехода из открытого состояния в закрытое. Прямое падение напряжения на переходе база-эмиттер почти в два раза больше чем в обычном транзисторе. Ну и само собой, потребуется больше места на плате.

Проверка биполярных транзисторов

Поскольку транзистор состоит из двух переходов, причем каждый из них представляет собой полупроводниковый диод, проверить транзистор можно так же, как проверяют диод. Проверка транзистора обычно осуществляется омметром, проверяют оба p-n перехода транзистора: коллектор – база и эмиттер – база. Для проверки прямого сопротивления переходов p-n-p транзистора минусовой вывод омметра подключается к базе, а плюсовой вывод омметра – поочередно к коллектору и эмиттеру. Для проверки обратного сопротивления переходов к базе подключается плюсовой вывод омметра. При проверке n-p-n транзисторов подключение производится наоборот: прямое сопротивление измеряется при соединении с базой плюсового вывода омметра, а обратное сопротивление – при соединении с базой минусового вывода. Транзисторы так же можно прозванивать цифровым мультиметром в режиме прозвонки диодов. Для NPN  красный щуп прибора «+» присоединяем к базе транзистора, и поочередно прикасаемся черным щупом «-» к коллектору и эмиттеру. Прибор должен показывать некоторое сопротивление, примерно от 600 до 1200. Затем меняем полярность подключения щупов, в этом случае прибор ничего не должен показывать. Для структуры PNP порядок проверки будет обратным.

MOSFET транзисторы

Несколько слов хочу сказать про MOSFET транзисторы (metal–oxide–semiconductor field-effect transistor), (Метал Оксид Полупроводник (МОП)) – это  полевые транзисторы, не путать с обычными полевиками! У полевых транзисторов три вывода: G — затвор, D — сток, S – исток. Различают N канальный и Р, в обозначении данных транзисторов имеется диод Шоттки, он пропускает ток от истока к стоку, и ограничивает напряжение сток – исток.

Применяются они в основном для коммутации больших токов, управляются они не током, как биполярные транзисторы, а напряжением, и как правило, имеет очень малое сопротивление открытого канала, сопротивление канала величина постоянная и не зависит от тока. MOSFET транзисторы специально разработаны для ключевых схем, можно сказать как замена реле, но в некоторых случаях можно и усиливать, применяются в мощных усилителях НЧ.

Плюсы у данных транзисторов следующие:
Минимальная мощность управления и большой коэффициент усиления по току
Лучшие характеристики, например большая скорость переключения.
Устойчивость к большим импульсам напряжения.
Схемы, где применяются такие транзисторы, обычно более простые.

Минусы:
Стоят дороже, чем биполярные транзисторы.
Боятся статического электричества.
Наиболее часто для коммутации силовых цепей применяют MOSFET с N-каналом. Напряжение управления должно превышать порог 4 В, вообще, необходимо 10-12 В для надежного включения MOSFET. Напряжение управления — это  напряжение, приложенное между затвором и истоком для включения MOSFET транзистора.

Рекомендации по эксплуатации транзисторов

Значения большинства параметров транзисторов зависят от реального режима работы и температуры, причем с увеличением температуры параметры транзисторов могут меняться. В справочнике приведены, как правило, типовые (усредненные) зависимости параметров транзисторов от тока, напряжения, температуры, частоты и т. п.

Для обеспечения надежной работы транзисторов необходимо принимать меры, исключающие длительные электрические нагрузки, близкие к предельно допустимым, например заменять транзистор на аналогичный но меньшей мощности не стоит, это касается не только мощностей, но и других параметров транзистора. В некоторых случаях для увеличения мощности транзисторы можно включать параллельно, когда эмиттер соединяется с эмиттером, коллектор с коллектором и база – с базой. Перегрузки могут быть вызваны разными причинами, например от перенапряжения, для защиты от перенапряжения часто применяют быстродействующие диоды.

Что касается нагрева и перегрева транзисторов, температурный режим транзисторов не только оказывает влияние на значение параметров, но и определяет надежность их эксплуатации. Следует стремиться к тому, чтобы транзистор при работе не перегревался, в выходных каскадах усилителей транзисторы обязательно нужно ставить на большие радиаторы. Защиту транзисторов от перегрева нужно обеспечивать не только во время эксплуатации, но и во время пайки. При лужении и пайке следует принимать меры, исключающие перегрев транзистора, транзисторы во время пайки желательно держать пинцетом, для защиты от перегрева.

Теги:

• Транзистор

11.2 Интегральный n-p-n-транзистор

Особенность интегрального транзистора состоит в том, что его

структура (с учетом подложки) –

четырехслойная: наряду с рабочими

эмиттерным и коллекторным перехо-

дами имеется третий (паразитный

переход между коллекторным n-слоем и подложкой p-типа (рис. 11.1).

П одложку ИС (если она имеет проводимость p-типа) присоединяют к самому отрицательному потенциалу. Поэтому напряжение на переходе»коллектор-подложка» всегда обратное или близко к нулю. Следовательно, этот переход можно заменить барьерной емкостью С_кn.

Тогда эквивалентная схема интегрального n-p-n транзистора имеет вид, показанный на рис. 11.2.

Ц

n

епочка r_кк – с_кn, шунтирующая коллектор — главная особенность интегрального n-p-n-транзистора. Эта цепочка ухудшает его быстродействие и ограничивает предельную частоту и время переключения.

Эквивалентная постоянная времени равна постоянной времени подложки:

.

11.3 Интегральные многоэмиттерные транзисторы

Являются разновидностью n-p-n-транзистора (рис.11.3).

Представляют совокупность отдельных транзисторов с соединенными базами и коллекторами. На рис. 11.4 показаны схемные модели многоэмиттерного транзистора.

Особенности МЭТ:

1

К

) Каждая пара смежных эмиттеров вместе с разделяющим их p-слоем базы образует горизонтальный транзистор типа n⁺-p-n⁺. Если на одном из эмиттеров действует прямое напряжение, а на другом обратное, то первый будет инжектировать электроны, а второй будет собирать тех у них, которые инжектированы через боковую поверхность эмиттера и прошли без рекомбинации расстояние между эмиттерами. Такой транзисторный эффект является для МЭТ паразитным: в обратносмещенном переходе, который должен быть запертым, будет протекать ток. Чтобы избежать горизонтального транзисторного эффекта, расстояние между эмиттерами должно превышать диффузионную длину носителей в базовом слое.

2. Важно, чтобы МЭТ имел как можно меньший инверсный коэффициент передачи тока. В противном случае в инверсном режиме, когда эмиттеры находятся под обратным напряжением, а коллектор под прямым, носители, инжектируемые коллектором, будут в значительной мере достигать эмиттеров, и в цепи последних будет протекать ток – паразитный эффект, аналогичный отмеченному выше.

11.4 Комплектарные интегральные пары транзисторов

Представляют собой взаимодополняющие пары p-n-p и n-p-n-транзисторов или МДП-транзисторов с n- и p-каналами, позволяют значительно улучшить характеристики ИМС, способствуя повышению плотности размещения элементов, уменьшению токов утечки и рассеиваемой мощности. Более экономичному решению вопросов соединения и согласования отдельных элементов.

Комплектарные структуры изготавливают на одной подложке в карманах, изолированных от подложки либо p-n-переходом, либо диэлектрической пленкой. Комплектарные биполярные транзисторы изготавливают в виде горизонтальной и вертикальной структур.

Горизонтальная структура транзистора предоставлена на рис.11.5.

В транзисторах горизонтальной структуры эмиттер, база и коллектор расположены на одной горизонтальной плоскости, поэтому инжектированные в базу неосновные носители перемещаются не перпендикулярно поверхности кристалла, а параллельно ей.

Такие транзисторы называются торцевыми. При изготовлении торцевых транзисторов p-n-p-типа формирование эмиттеров осуществляется во время базовой диффузии n-p-n-транзисторов. Затем путем второй базовой диффузии эмиттер p-n-p-транзистора окружается коллектором. Базой транзистора служит исходный слой полупроводника n-типа между указанными областями.

В горизонтальной структуре ширина базы, а следовательно, значение коэффициента передачи тока базы определяются расстоянием между окнами, протравливаемыми в фоторезисторе для эмиттера и коллектора.

В вертикальных структурах (рис. 11.6) база располагается под эмиттером. Для изготовления комплектарных биполярных транзисторов наиболее часто применяется эпитаксиально – диффузионная технология. При этом n-p-n-транзисторы формируются обычными методами. Для изготовления p-n-p-транзисторов на общей подложке p-типа путем селективной диффузии формируют карманы с проводимостью n-типа.

В этих карманах формируют диффузионный слой p-типа, на который с помощью эпитаксии осаждается n-слой. Затем путем диффузии в эпитаксальном слое создают эмиттеры p-типа. Нижний слой p-типа служит коллектором, а эпитаксальный n-слой между коллектором и эмиттером – базой. Основным недостатком таких транзисторов также является разброс значений коэффициента , определяемый допусками на ширину базы. Ширина базы в значительной мере зависит от толщины эпитаксального слоя. Этот недостаток исключается в вертикальных структурах, у которых все три области транзистора (К, Б, Э) формируются путем диффузии. Такая комплектарная структура наиболее сложна в изготовлении, однако позволяет получить транзисторы с большим коэффициентом передачи тока базы ( ) и высоким напряжением пробоя коллекторного перехода.

Транзистор

NPN Объяснение работы и применения

Транзистор NPN представляет собой трехвыводное устройство, имеющее полупроводник p-типа, зажатый между двумя полупроводниками n-типа. Это наиболее полезное из двух устройств с биполярным соединением. Другой — PNP-транзистор. Он имеет различные приложения и используется в основном для усиления и переключения.

Прежде чем перейти к концепции транзисторов NPN, давайте немного познакомимся с основами транзисторов.

Транзисторы

По сути, транзистор — это электронное устройство, используемое для усиления и электронного переключения. Это трехполюсное устройство. Когда мы подаем ток или напряжение на одну пару клемм, ток другой пары клемм управляет им.

Транзисторы

Поскольку мы говорим, что он работает как усилитель, я надеюсь, вы сможете предсказать, будет ли значение на выходе выше или ниже, чем на входе.

Итак, каков ответ??

Да, было бы выше.

Различные типы транзисторов классифицируются на основе структуры, электрической полярности, максимальной мощности и т. д. В зависимости от структуры это могут быть MOSFET, BJT, JFET, IGBT и другие.

Но в этой конкретной статье мы сосредоточимся на транзисторе с биполярным переходом, т. е. BJT.

Биполярный переходной транзистор

Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковый прибор с тремя выводами, а именно: эмиттер, база и коллектор. Он снова разделен на две части: транзисторы NPN и PNP. Оба транзистора имеют зажатый слой одного типа между другим с обеих сторон.

В NPN ток направлен от базы к эмиттеру, а в PNP наоборот, то есть от эмиттера к базе.

Транзистор с биполярным переходом

Среди этих двух транзисторов чаще всего используется NPN. Вы можете спросить, почему?

Итак, ответ в том, что подвижность электронов больше, чем у дырок.

NPN-транзистор Конструкция и условное обозначение

Обозначение NPN

Глядя на рисунок, мы можем сказать, что NPN-транзистор представляет собой комбинацию двух диодов, соединенных встречно-параллельно. В зависимости от клеммного соединения два диода являются эмиттерно-базовыми и коллекторно-базовыми соответственно. Кроме того, направление тока в NPN-транзисторе — от эмиттера к базовой области.

Конструкция NPN-транзистора

Три вывода эмиттера, базы и коллектора легированы по-разному. Эмиттер умеренно легирован с наименьшим легированием в базовой области (слаболегированный p-полупроводник). Область коллектора сильно легирована.

Здесь базовая область управляет включением/выключением транзистора в зависимости от входных данных. Область эмиттера всегда подключена к отрицательному источнику питания, а коллектор — к положительному.

Работа транзистора NPN

Как показано на рис., переход база-эмиттер смещен в прямом направлении с напряжением питания V _CC . Кроме того, переход коллектор-база имеет обратное смещение, а V _EE является источником питания для этого региона.

Теперь мы должны понять, как сделать переход с прямым или обратным смещением?

Поскольку полупроводник n-типа стоит на первом месте, когда речь идет об области эмиттер-база, следовательно, отрицательный источник напряжения соединяется с ним, чтобы сделать его в прямом смещении. Аналогично, для области коллектор-база положительная подача V _CC  подключен к полупроводнику n-типа и, таким образом, имеет обратное смещение.

Область обеднения области эмиттер-база меньше по сравнению с областью-коллектор-база. Обратите внимание, что область истощения ведет себя как оппозиция потоку тока, поэтому, чем тоньше слой, тем больше ток течет в этой области.

В полупроводнике n-типа основными носителями заряда являются электроны, и поэтому они начинают двигаться к базовому переходу, отсюда и название тока эмиттера, I _Е .

Базовая область очень слабо легирована и представляет собой полупроводник p-типа, поэтому имеет несколько дырок в качестве носителей заряда. Несколько электронов, выходящих из эмиттера, рекомбинируют с дырками, но максимальное количество электронов пересекает базовую область и попадает в область коллектора.

Ток, возникающий в результате рекомбинации электронов и дырок, известен как базовый ток I _B . Этот ток совсем небольшой. Ток, протекающий в области коллектора из-за потока оставшихся электронов, является током коллектора, I _С . Он имеет более высокое значение, чем базовый ток.

Основные формулы транзистора NPN

• Из вышеприведенного анализа можно сказать, что

I _E = I _B + IC

• Текущий в NPN -транзисторе дается по рейтингу сбора сбора. Это называется коэффициентом усиления по постоянному току и обозначается как

Следовательно, β = I _C / I _B

• Этот бета-фактор заставляет транзистор работать как усилитель. Таким образом, это значение достигает 200 для стандартных транзисторов. Это безразмерная величина, как и отношение двух токов.
• Альфа — это другой фактор, который представляет собой коэффициент усиления транзистора по току от коллектора до эмиттерной клеммы.
  Следовательно, альфа может быть определена как:

α= I _C / I _E  

Это тоже безразмерная величина.

У меня к вам вопрос.

Каким может быть значение альфы? «Низкий» или «Высокий»?

Нужна подсказка? Хорошо, позвольте мне помочь вам.

База слегка легирована, поэтому ток базы очень мал. Точно так же с остальными электронами ток коллектора довольно высок, а ток эмиттера представляет собой сумму обоих токов.

А теперь подумайте.

Да, оно близко к единице, и для типичного маломощного транзистора это значение находится в диапазоне от 0,95 до 0,99.

Связь между α & β

Усиление тока постоянного тока, β = I _C / I _B

Также, I _E = I _B + I _C

и, α = α = α =, α =, α =, α = α =, α = α =, α =, α = α = α = α = α = α = α = α = α = α = α = α = α = α = α = α = α I _C / I _E

значение I _C из приведенного выше уравнения,

I _C = α * I _E

I _B = I _E — (α * I _E )

= I _E (1- α)

Следовательно, β = I _C / I _B = I _C / I _B = I _C / I _B = I _C / I _B = I _C / I _{. I C / I E (1 – α)= α / ( 1 – α)}

Аналогично, α = β / (β+ 1)

3

Теперь попробуем решить эти задачи и конкретизировать наши понятия.

1. Транзистор NPN имеет значение β, равное 100. Рассчитайте а) ток базы б) ток эмиттера в) значение для переключения резистивной нагрузки 40 мА.

Здесь мы получили значение бета и ток коллектора.

1. а) β= 100, I _C = 40 мА

Так какая же формула связывает заданную величину с той, которую нам нужно найти!

β = I _C / I _B

Следовательно, I _B = 40 мА / 100 = 400 мкА

1. коллектор.

I _E = I _B + I _C = 400 + 40000 = 40400 мкА.

1. в) α = β / (β+ 1)

Подставляя значения, = 100/(100+1)= 0,99

Давайте рассмотрим еще один пример и более подробно разберемся в концепции.

       2. Предположим, что NPN-транзистор имеет базовое напряжение 15 вольт, а входной резистор к базе имеет сопротивление 90 кОм. Рассчитайте значение тока базы транзистора.

Прежде чем решать этот вопрос, мы должны прояснить одну вещь. Напряжение коллектора должно быть положительным и выше напряжения эмиттера. Это связано с тем, что тогда через переход коллектор-эмиттер будет протекать только ток.

Также будет падение напряжения между выводами коллектора и эмиттера. Это падение будет равно значению 0,7 вольта в случае кремниевого диода (так как он находится в режиме прямого смещения). Следовательно, чтобы транзистор работал, базовое напряжение должно быть больше 0,7 вольта.

Теперь вернемся к проблеме. V _BE = 0,7 вольт, V _B = 15 вольт и R _B = 90Kω

I _B = (V _B — V _BE ) / R _B

= (15. – 0,7) / 90K

    = 158 мкА

Режимы работы NPN-транзистора

В зависимости от смещения переходов NPN-транзистор имеет четыре режима работы.

• Насыщенность
• Зона отсечки
• Активный
• Реверс активен

Режимы работы транзистора NPN

Поскольку транзисторы являются нелинейными устройствами, то вольт-амперная характеристика имеет разные характеристики в разные моменты времени. Давайте рассмотрим все эти регионы немного подробнее.

Область насыщения

Это происходит, когда напряжение эмиттера меньше напряжения базы, а также напряжение коллектора меньше напряжения базы.

В _E < V _B

V _C < V _B

Оба диода находятся в прямом смещении в этой области, и, следовательно, вышеперечисленные условия преобладают. Также этот режим известен как режим включения транзистора. Поэтому он действует как короткое замыкание и ток легко течет от коллектора к эмиттеру.

Режим отключения

Этот случай прямо противоположен предыдущему. Здесь условия обратные, т. е. базовое напряжение меньше тока эмиттера и коллектора.

V _B < V _E

V _B < V _C

Этот режим относится к выключенному режиму транзистора и, следовательно, ток между эмиттером и коллектором отсутствует. Обратите внимание, что в режиме отсечки транзистор ведет себя как разомкнутая цепь.

Активный режим

Это наиболее важный рабочий режим транзистора. Здесь только транзистор становится усилителем и усиливает входной сигнал. Условие напряжения здесь таково, что базовое напряжение меньше напряжения коллектора, но больше напряжения эмиттера.

В _C > В _B > В _E

Чем больше усиление по постоянному току, тем больше усиление. Мы можем видеть это из приведенной ниже формулы:

I _C = β * I _B

Следовательно, если бета имеет значение 200, то базовый ток будет усилен в 200 раз.

Аналогичным образом, с помощью соотношения альфа, бета и приведенной ниже формулы можно рассчитать IE:

I _C = α * I _E

Обратный Активный

Хотя это не так часто используется, все же иметь знания — это хорошо. Это как раз противоположно активной области. Следовательно, условия напряжения имеют вид:

В _Е > В _В > В _С

Здесь тоже транзистор усиливает, но отличие в том, что ток направлен от эмиттера к коллектору, т.е. обратное направление.

NPN по сравнению с NPN

Есть несколько общих черт. Оба являются транзисторами с биполярным переходом и устройством, управляемым током. Оба используются для усиления и коммутации цепей. Основные пункты приведены ниже:

• PNP означает положительный отрицательный положительный. NPN расшифровывается как Negative Positive Negative.
• Проводимость NPN высокая, а PNP низкая. Это связано с тем, что в NPN проводимость происходит с электронами, а в PNP она происходит через дырки, но, очевидно, скорость электрона больше и, следовательно, проводимость.

NPN против PNP

• В NPN подаем положительный ток на базу, ток течет через коллектор к эмиттеру. Принимая во внимание, что, когда на базовую клемму PNP подается отрицательный ток, ток течет от эмиттера к коллектору.
• Направление тока в NPN — от коллектора к эмиттеру, а в PNP — от эмиттера к коллектору.
• Время переключения быстрее в NPN и медленнее в PNP.
• NPN включается, когда электрон входит в базовую область. Принимая во внимание, что транзистор PNP включается, когда отверстия входят в базовую клемму.
• В обоих транзисторах переход эмиттер-база смещен в прямом направлении, а переход коллектор-база смещен в обратном направлении.
• Высокий уровень сигнала заземления в случае PNP и низкий уровень в случае NPN.
• Стрелка эмиттера указывает внутрь для PNP-транзистора, а в случае NPN-транзистора указывает на нее.

Применения

• В высокочастотных применениях
• Логарифмические преобразователи
• В качестве усилителя
• В парных цепях Дарлингтона
• Датчики температуры
• Используется в качестве переключателя

Транзистор NPN в качестве переключателя 

Это распространенное применение транзисторов NPN. Поскольку мы уже видели режимы работы транзисторов, то же самое помогает ему стать переключателем. Он либо находится в режиме ON, когда находится в области насыщения, либо в режиме OFF, когда находится в области отсечки. Эти устройства используются в цепях большой мощности, например, в двигателях и т. д.

Транзистор NPN в качестве усилителя

Это еще одно очень распространенное применение этого транзистора. Здесь меньшее значение на входе усиливается и снимается с выхода усилителя. В основном на выходе усиливается меньшее значение напряжения.

Почти все наши мобильные телефоны используют транзисторы для усиления звука.

Согласование транзистора BJT

Согласование транзистора NPN

Это еще одна важная концепция транзистора. Здесь мы соединяем транзисторы NPN и PNP в одну цепь, чтобы получить большее усиление. Это достигается за счет того, что NPN проводит в положительном полупериоде, а PNP в отрицательном полупериоде любого сигнала (точно так же, как двухполупериодный мостовой выпрямитель), и мы можем непрерывно генерировать больше энергии. Эта пара образует полезную схему в робототехнике, усилителях мощности и управлении двигателем.

Аджай Дирадж

(Разработчик технического содержания)

Нравится:

Нравится Загрузка…

Все о транзисторах NPN| MAD PCB Производство, сборка и проектирование

Что такое транзистор NPN?

 

Транзисторы NPN представляют собой тип биполярного транзистора с тремя слоями, которые используются для усиления сигнала. Это устройство, которое управляется током. Транзистор отрицательный-положительный-отрицательный обозначается аббревиатурой NPN. В этой конфигурации полупроводник p-типа сплавлен между двумя полупроводниковыми материалами n-типа.

Он разделен на три части: эмиттерную, базовую и коллекторную. В транзисторе NPN поток электронов заставляет его проводить ток. Также см. PNP-транзистор.

 

Символ NPN

 

На следующей диаграмме показано символическое представление транзистора NPN.

Транзистор NPN Обозначение

 

Направление тока, протекающего через устройство, четко показано направленной наружу стрелкой на выводе эмиттера на символическом изображении. Электроны составляют большинство носителей в транзисторах NPN.

 

Конструкция NPN-транзистора

 

NPN-транзистор изготавливается двумя способами. Транзисторы NPN образуются, когда полупроводниковый материал p-типа (кремний или германий) сплавляется между двумя полупроводниковыми материалами n-типа, как мы уже знаем. Конструктивная структура NPN-транзистора показана на схеме ниже:

Конструкция NPN-транзистора

 

NPN-транзистор состоит из нескольких различных компонентов. Он разделен на три части: эмиттерную, базовую и коллекторную.

Соединение эмиттер-база — это область, соединяющая эмиттер и базовую область. Соединение коллектор-база, с другой стороны, является точкой, где встречаются области базы и коллектора. Он функционирует как два диода PN-перехода из-за наличия двух переходов между тремя областями.

Уровни легирования в каждом из трех регионов разные. Эмиттерная область имеет много легирования, в то время как базовая область также имеет много легирования. А уровень легирования коллекторной области умеренный, находится где-то между эмиттерной и базовой областью. Его обратным является PNP-транзистор, в котором P-область зажата между двумя областями N-типа.

Стоит отметить, что области эмиттера и коллектора нельзя поменять местами. Это связано с тем, что толщина области коллектора немного больше толщины области эмиттера. Так что больше энергии может быть рассеяно.

 

Работа транзисторов NPN

 

Когда на транзистор не подается смещение или между его выводами не подключена батарея. Тогда это называется несмещенным состоянием транзистора. Мы уже говорили о том, как работает диод с PN-переходом при отсутствии смещения. Как мы уже знаем, транзистор состоит из двух PN-переходов.

В результате в условиях отсутствия смещения электроны в эмиттерной области начинают двигаться в сторону базовой области из-за колебаний температуры. Однако по прошествии определенного времени на переходе эмиттер-база транзистора образуется область обеднения. Только около 5% электронов объединяются с дырками в этой области после достижения области базы, а остальные дрейфуют через область коллектора. Точно так же через некоторое время на переходе база-коллектор транзистора образуется область обеднения.

Стоит отметить, что толщина или тонкость обедненной области определяется концентрацией легирования материала. Иными словами, в случае слаболегированной области ширина обедненной области будет больше, чем в случае сильнолегированной области. Поэтому ширина обеднения на переходе коллектор-база больше, чем на переходе эмиттер-база. Эти две области истощения служат потенциальным камнем преткновения для любого дальнейшего потока большинства носителей.

На следующей диаграмме показано состояние смещения NPN-транзистора:

Работа NPN-транзистора

 

Ширина обедненной области, также называемой PN-переходом, сужается в результате прямого приложенного напряжения на эмиттер-база. узел. Точно так же ширина перехода коллектор-база увеличивается за счет обратного приложенного напряжения. Вот почему по сравнению с переходом коллектор-база на предыдущем рисунке переход эмиттер-база имеет тонкую область обеднения.

Электроны начинают инжектироваться в область эмиттера в результате прямого приложенного напряжения VBE. Электроны в этой области обладают достаточной энергией, чтобы преодолеть барьерный потенциал перехода эмиттер-база и достичь области базы.

Движение носителей заряда в NPN-транзисторе показано на диаграмме ниже:

Движение носителей заряда в NPN-транзисторе

 

Поскольку базовая область очень тонкая и слегка легированная. В результате только несколько электронов объединяются с дырками, как только они достигают места назначения. Из-за сильного электростатического поля электроны начинают дрейфовать в области коллектора из-за очень тонкой области базы и обратного напряжения на переходе коллектор-база. В результате эти электроны теперь собираются на выводе коллектора транзистора. Электроны начинают двигаться к коллектору по мере того, как рекомбинирующие дырки и электроны отделяются друг от друга. В результате этого движения через устройство также протекает очень небольшой базовый ток. Поэтому ток эмиттера равен сумме токов базы и коллектора. IE = IB + IC

 

Приложения

 

• Высокочастотные приложения используют их.
• В коммутационных устройствах чаще всего используются NPN-транзисторы.
• Этот компонент используется в усилительных цепях.
• Для усиления слабых сигналов используется в парных цепях Дарлингтона.
Транзисторы
• NPN используются в приложениях, где требуется сток тока.
• Этот компонент используется в некоторых классических схемах усилителей, таких как схемы двухтактных усилителей.
• В датчиках температуры, например.
• Приложения с чрезвычайно высокой частотой.
• Эта переменная используется в логарифмических преобразователях.
• Поскольку усиление сигнала осуществляется с помощью NPN-транзисторов. В усилительных схемах он используется таким образом.
• Логарифмические преобразователи — еще одна область, где он используется.
• Характеристика переключения транзистора NPN является одним из его наиболее значительных преимуществ. В результате он обычно используется для переключения приложений.

 

Родственные термины

 

• Область эмиттера : Это самая большая часть структуры, которая больше базовой области, но меньше области коллектора. В нем много допинга. Он используется для переноса основных носителей в базовую область, то есть электронов. Это область с прямым смещением, что означает, что она всегда снабжена базовой областью со смещением в прямом направлении.
• Регион базы : Базовая область расположена в середине структуры. По сравнению с областями эмиттера и коллектора транзистора, он имеет небольшую область.