ترانزیستورها تفاوت بین ترانزیستور NPN و PNP چیست؟

برق کاران و مهندسان الکترونیک با تجربه می دانند که پروب های ویژه ای برای بررسی کامل ترانزیستورها وجود دارد.

با کمک آنها، شما نه تنها می توانید سلامت دومی، بلکه سود آن را نیز بررسی کنید - h21e.

نیاز به کاوشگر

پروب واقعاً یک وسیله ضروری است، اما اگر فقط لازم است ترانزیستور را برای سرویس دهی بررسی کنید، کاملاً مناسب است.

دستگاه ترانزیستور

قبل از ادامه آزمایش، لازم است بدانیم ترانزیستور چیست.

دارای سه پایانه است که بین خود دیودها (نیمه هادی ها) را تشکیل می دهند.

هر پین نام خاص خود را دارد: کلکتور، امیتر و پایه. دو نتیجه اول pnانتقال ها در پایه متصل می شوند.

یک اتصال p-n بین پایه و کلکتور یک دیود را تشکیل می دهد، دومین اتصال p-n بین پایه و امیتر یک دیود دوم را تشکیل می دهد.

هر دو دیود در یک مدار مخالف از طریق پایه متصل می شوند و کل این مدار یک ترانزیستور است.

ما به دنبال پایه، امیتر و کلکتور روی ترانزیستور هستیم

چگونه یک کلکسیونر پیدا کنیم

برای پیدا کردن سریع کلکتور، باید بفهمید که ترانزیستور با چه قدرتی در مقابل شما قرار دارد و آنها دارای قدرت متوسط، کم قدرت و قدرتمند هستند.

ترانزیستورهای با قدرت متوسط ​​و قدرتمند بسیار داغ هستند، بنابراین گرما باید از آنها حذف شود.

این کار با استفاده از رادیاتور خنک کننده مخصوص انجام می شود و گرما از طریق ترمینال کلکتور که در این نوع ترانزیستورها در وسط قرار دارد و مستقیماً به کیس متصل می شود، خارج می شود.

به نظر می رسد چنین طرح انتقال حرارت: خروجی کلکتور - مسکن - رادیاتور خنک کننده.

اگر جمع کننده تعریف شده باشد، تعیین نتایج دیگر دشوار نخواهد بود.

مواردی وجود دارد که جستجو را بسیار ساده می کند، این زمانی است که دستگاه از قبل دارای نامگذاری های لازم است، همانطور که در زیر نشان داده شده است.

ما اندازه گیری های لازم را از مقاومت مستقیم و معکوس انجام می دهیم.

با این حال، با این حال، سه پایه بیرون زده در ترانزیستور می تواند بسیاری از مهندسان الکترونیک مبتدی را به گیج و بی حالی سوق دهد.

چگونه پایه، امیتر و کلکتور را پیدا می کنید؟

بدون مولتی متر یا فقط اهم متر نمی توانید کار کنید.

پس بیایید جستجو را شروع کنیم. ابتدا باید پایه را پیدا کنیم.

دستگاه را می گیریم و اندازه گیری های لازم را از مقاومت روی پایه های ترانزیستور انجام می دهیم.

پروب مثبت را بردارید و آن را به ترمینال سمت راست وصل کنید. متناوبا، کاوشگر منفی به وسط و سپس به نتایج سمت چپ آورده می شود.

برای مثال، بین راست و وسط، 1 (بی نهایت) و بین راست و چپ را نشان دادیم. 816 اهم

این شهادت ها هنوز چیزی به ما نمی دهد. ما اندازه گیری های بیشتری انجام می دهیم.

حالا به سمت چپ حرکت می کنیم، پروب مثبت را به ترمینال وسط می آوریم و با پراب منفی، ترمینال های چپ و راست را متوالی لمس می کنیم.

باز هم وسط - سمت راست بی نهایت (1) و وسط سمت چپ را نشان می دهد 807 اهم

همچنین چیزی به ما نمی گوید. بیشتر اندازه می گیریم.

اکنون حتی بیشتر به سمت چپ حرکت می کنیم، کاوشگر مثبت را به سمت چپ ترین نتیجه و کاوشگر منفی را به ترتیب به سمت راست و وسط می آوریم.

اگر در هر دو مورد مقاومت بی نهایت (1) را نشان دهد، به این معنی است که پایه ترمینال سمت چپ است.

اما جایی که انتشار دهنده و جمع کننده (نتیجه گیری میانی و درست) هنوز باید پیدا شود.

اکنون باید مقاومت مستقیم را اندازه گیری کنید. برای انجام این کار، اکنون همه کارها را برعکس انجام می دهیم، پروب منفی به پایه (ترمینال سمت چپ)، و مثبت به نوبه خود به پایانه های راست و وسط متصل می شود.

یک نکته مهم را به خاطر بسپارید، مقاومت پیوند پایه-امیتر p-n همیشه بیشتر از پیوند پایه-کلکتور p-n است.

در نتیجه اندازه گیری ها، مشخص شد که پایه مقاومت (ترمینال چپ) - ترمینال راست برابر است 816 اهم، و مقاومت پایه - خروجی متوسط 807 اهم

بنابراین پین سمت راست امیتر و پین میانی کلکتور است.

بنابراین، جستجو برای پایه، امیتر و کلکتور به پایان می رسد.

نحوه بررسی کارکرد ترانزیستور

برای بررسی قابلیت سرویس ترانزیستور با مولتی متر، اندازه گیری مقاومت معکوس و رو به جلو دو نیمه هادی (دیود) کافی است که اکنون این کار را انجام خواهیم داد.

معمولاً دو ساختار اتصال در یک ترانزیستور وجود دارد p-n-pو n-p-n.

P-n-p- این یک اتصال امیتر است، می توانید آن را با فلشی که به پایه اشاره می کند تعیین کنید.

فلشی که از پایه می رود نشان می دهد که این یک انتقال n-p-n است.

اتصال P-n-p را می توان با ولتاژ منفی اعمال شده به پایه باز کرد.

سوئیچ حالت عملکرد مولتی متر را روی موقعیت اندازه گیری مقاومت در علامت " تنظیم می کنیم. 200 ».

سیم منفی سیاه به ترمینال پایه و سیم مثبت قرمز به نوبه خود به پایانه های امیتر و کلکتور متصل می شود.

آن ها ما اتصالات امیتر و کلکتور را از نظر عملکرد بررسی می کنیم.

قرائت مولتی متر از 0,5 قبل از 1.2 کیلو اهمآنها به شما خواهند گفت که دیودها دست نخورده هستند.

حالا کنتاکت ها را عوض می کنیم، سیم مثبت را به پایه وصل می کنیم و سیم منفی را به نوبه خود به پایانه های امیتر و کلکتور وصل می کنیم.

تنظیمات مولتی متر نیازی به تغییر ندارد.

آخرین خواندن باید بسیار بزرگتر از مورد قبلی باشد. اگر همه چیز عادی باشد، عدد "1" را روی صفحه نمایش دستگاه خواهید دید.

این نشان می دهد که مقاومت بسیار بزرگ است، دستگاه نمی تواند داده های بالاتر از 2000 اهم را نمایش دهد و اتصالات دیود دست نخورده هستند.

مزیت این روش این است که ترانزیستور را می توان مستقیماً روی دستگاه بدون لحیم کاری از آنجا بررسی کرد.

اگرچه هنوز ترانزیستورهایی وجود دارند که در آن مقاومت های کم مقاومت به اتصالات p-n لحیم می شوند، وجود آنها ممکن است امکان اندازه گیری صحیح مقاومت را فراهم نکند، می تواند هم در اتصالات امیتر و هم در اتصال جمع کننده کوچک باشد.

در این مورد، نتیجه گیری ها باید لحیم شوند و دوباره اندازه گیری ها انجام شود.

علائم خطای ترانزیستور

همانطور که در بالا ذکر شد، اگر اندازه گیری های مقاومت مستقیم (سیاه منهای روی پایه، و مثبت به طور متناوب روی کلکتور و امیتر) و معکوس (قرمز به علاوه در پایه، و منهای سیاه به طور متناوب روی کلکتور و امیتر) با نشانگرهای بالا، پس ترانزیستور از کار افتاده است.

یکی دیگر از نشانه های نقص زمانی است که مقاومت اتصالات p-n حداقل در یک اندازه گیری برابر یا نزدیک به صفر باشد.

این نشان می دهد که دیود شکسته است و ترانزیستور از کار افتاده است. با استفاده از توصیه های فوق، می توانید به راحتی ترانزیستور را با یک مولتی متر از نظر قابلیت سرویس بررسی کنید.

ترانزیستور دوقطبی یک دستگاه نیمه رسانا با دو تعامل است R-n-transitions و با سه نتیجه (شکل 1.15). بسته به تناوب مناطق دوپ شده، ترانزیستورها متمایز می شوند n-p-n-نوع (شکل 1.15، آ) و R-n-p-نوع (برنج، 1.15، ب).

روی انجیر 1.15 V، جینمادهای ترانزیستور داده شده است p-r-p-و R-n-p-به ترتیب انواع خروجی ترانزیستورها نشان داده شده است: E- ساطع کننده، ب- پایه، به- کلکسیونر

مناطق امیتر و کلکتور از این نظر متفاوت هستند که غلظت ناخالصی ها در ناحیه قطره چکان بسیار بیشتر از منطقه جمع کننده است. اتصالی که بین امیتر و پایه ایجاد می شود نامیده می شود محل اتصال قطره چکان ، و انتقالی که بین کلکتور و پایه رخ می دهد است گردآورنده .

روی انجیر 1.16 یک مدار سوئیچینگ ترانزیستور با منابع ولتاژ DC متصل و یک مقاومت کلکتور را نشان می دهد. در این مدار خروجی پایه ترانزیستور به کیس متصل می شود. بنابراین، این طرح نامیده می شود مدار سوئیچینگ ترانزیستور با پایه مشترک (OB).

تمیز دادن چهار حالت کار یک ترانزیستور دوقطبی :

1) حالت فعال - محل اتصال امیتر باز و اتصال جمع کننده بسته است (شکل 1.16).

2) حالت قطع - هر دو R-n- انتقالات بسته هستند و جریان قابل توجهی از ترانزیستور وجود ندارد.

برای به دست آوردن این حالت، لازم است در مدار (شکل 1.16 را ببینید) قطبیت منبع را تغییر دهید. E Eبرعکس؛

1) حالت اشباع - دو R-n- اتصالات ترانزیستور باز هستند و جریان مستقیم از آنها عبور می کند. برای به دست آوردن این حالت، لازم است در مدار (شکل 1.16 را ببینید) قطبیت منبع را تغییر دهید. E Kبرعکس؛

2) حالت معکوس – محل اتصال جمع کننده باز و محل اتصال امیتر بسته است. برای به دست آوردن این حالت، لازم است در مدار (به شکل 1.16 مراجعه کنید) به قطبیت های مخالف منابع تغییر دهید. E Kو E E.

برای تقویت و تبدیل سیگنال ها، عمدتا از حالت فعال استفاده می شود. عملکرد یک ترانزیستور دوقطبی در حالت فعال بر اساس پدیده انتشار و همچنین بر اثر رانش حامل بار در یک میدان الکتریکی است.

عملکرد ترانزیستور در حالت فعال

عملکرد یک ترانزیستور را در حالت فعال با استفاده از مثال یک ترانزیستور از نوع p-n-p در نظر بگیرید (شکل 1.16). در این حالت محل اتصال امیتر ترانزیستور باز است. ولتاژ باز شدن است E E= 0.4 ... 0.7 V.

جریان از طریق یک اتصال قطره چکان باز جریان می یابد من E (من E= 0.1 ... 10 میلی آمپر برای ترانزیستور کم مصرف). به عنوان یک قاعده، در ناحیه امیتر یک ترانزیستور، غلظت ناخالصی های گیرنده چندین برابر بیشتر از غلظت ناخالصی های دهنده در پایه است. n-منطقه ترانزیستور بنابراین غلظت حفره ها در ناحیه امیتر بسیار بیشتر از غلظت الکترون ها در ناحیه پایه است و تقریباً کل جریان امیتر یک جریان حفره است.

در انفرادی pn- انتقال در حین انتشار سوراخ ها در پ- منطقه یک نوترکیب کامل از سوراخ های تزریق شده با الکترون ها وجود دارد پ- مناطق. در محل اتصال امیتر ترانزیستور نیز همین فرآیند اتفاق می افتد. این فرآیند یک جریان پایه ایجاد می کند. من بی(شکل 1.16 را ببینید). با این حال، فرآیندهای پیچیده تری در ترانزیستور انجام می شود.

ویژگی اصلی طراحی ترانزیستور نسبتاً است ناحیه پایه نازک بعرض پایه ( دبلیو) در یک ترانزیستور بسیار کمتر از میانگین مسیر آزاد سوراخ ها است ( L). ترانزیستورهای سیلیکونی مدرن دبلیو» 1 میکرومتر و طول انتشار L= 5…10 میکرومتر. در نتیجه، اکثریت قریب به اتفاق حفره ها بدون داشتن زمان برای ترکیب مجدد با الکترون های پایه به محل اتصال جمع کننده می رسند. وارد شدن به یک اتصال جمع کننده بایاس معکوس، سوراخ ها در میدان موجود پیوند حرکت می کنند (و شتاب می گیرند).

پس از عبور از محل اتصال کلکتور، سوراخ ها با الکترون هایی که از منبع برق به سمت کلکتور جریان می یابند، دوباره ترکیب می شوند. E K). توجه داشته باشید که این جریان سوراخ چندین برابر بیشتر از جریان معکوس ذاتی یک اتصال کلکتور بسته است و تقریباً به طور کامل جریان کلکتور را تعیین می کند. من ک) ترانزیستور

از تجزیه و تحلیل حالت فعال (شکل 1.16)، معادله برای جریان ترانزیستور به شرح زیر است:

در این معادله جریان پایه بسیار کمتر از جریان امیتر و جریان کلکتور است و
جریان کلکتور تقریبا برابر با جریان امیتر ترانزیستور است.

رابطه بین جریان در ترانزیستور با دو پارامتر مشخص می شود:

ضریب انتقال جریان امیتر

و نسبت انتقال جریان پایه

با استفاده از فرمول (1.2) فرمول را بدست می آوریم به دست آوردن روابط :

مقادیر ضرایب α و β به طراحی ترانزیستور بستگی دارد. برای اکثر ترانزیستورهای کم توان مورد استفاده در وسایل ارتباطی و کامپیوترها، ضریب ب= 20…200 و ضریب آ = 0,95…0,995.

خواص تقویت کننده ترانزیستور

خواص تقویت کننده ترانزیستور را در نظر بگیرید. بگذارید یک ولتاژ در ورودی ترانزیستور وجود داشته باشد E E\u003d 0.5 V. و اجازه دهید این ولتاژ جریان ایجاد کند من E= 5 میلی آمپر توان مصرفی برای راه اندازی ترانزیستور عبارت است از:

R BH= E Eمن E= 0.5 × 5 × 10 -3 = 2.5 میلی وات.

بگذارید مقاومت بار در مدار کلکتور ترانزیستور (شکل 1.17) باشد R K= 1 کیلو اهم یک جریان کلکتور از مقاومت بار عبور می کند، تقریباً برابر با جریان امیتر ترانزیستور: من ک» من E. توان خروجی تلف شده در بار عبارت است از:

P H =من K 2R K = 25میلی وات .

در نتیجه، مدار (شکل 1.17 را ببینید) افزایش توان ده برابری را فراهم می کند. توجه داشته باشید که برای ارائه چنین تقویتی، لازم است که یک ولتاژ مسدود کننده بزرگ به محل اتصال کلکتور اعمال شود:

E K >انگلستان,

جایی که U K = i K Rک- افت ولتاژ در مقاومت بار در مدار کلکتور.

افزایش انرژی خروجی توسط منبع تغذیه در مدار کلکتور تامین می شود.

سایر حالت های کار ترانزیستور را در نظر بگیرید:

در حالت اشباع یک جریان رو به جلو در محل اتصال کلکتور وجود دارد. جهت آن برخلاف جهت جریان انتشار سوراخ ها است. جریان جمع کننده حاصل به شدت کاهش می یابد و خواص تقویت کننده ترانزیستور به شدت بدتر می شود.

ترانزیستور به ندرت استفاده می شود معکوس حالت، زیرا خواص تزریق کلکتور بسیار بدتر از خواص تزریق امیتر است.

· V حالت قطع کردن تمام جریان های عبوری از ترانزیستور عملاً برابر با صفر هستند - هر دو انتقال ترانزیستور بسته هستند و خواص تقویت کننده ترانزیستور ظاهر نمی شود.

علاوه بر مدار در نظر گرفته شده برای روشن کردن ترانزیستور با پایه مشترک، از دو مدار دیگر استفاده می شود:

1) هنگام اتصال به بدنه امیتر ترانزیستور، دریافت می کنیم مدار امیتر مشترک (CE). (شکل 1.17). طرح OE در عمل رایج ترین است.

2) هنگام اتصال به محفظه کلکتور ترانزیستور ما گرفتیم مدار جمع کننده مشترک (OK) . در این مدارها ولتاژ کنترل به ترمینال پایه ترانزیستور اعمال می شود.

وابستگی جریان های ترمینال ترانزیستور به ولتاژ اعمال شده به ترانزیستور نامیده می شود. ویژگی های ولت آمپر (VAC) ترانزیستور

برای مداری با یک امیتر مشترک (شکل 1.17)، مشخصات I-V ترانزیستور به شکل (شکل 1.18، 1.19) است. نمودارهای مشابهی را می توان برای مداری با پایه مشترک به دست آورد. منحنی ها (نگاه کنید به شکل 1.18) نامیده می شوند مشخصات ورودی ترانزیستور ، زیرا وابستگی جریان ورودی را به ولتاژ ورودی کنترلی عرضه شده بین پایه و امیتر ترانزیستور نشان می دهند. مشخصات ورودی ترانزیستور نزدیک به آن است R-n-انتقال

وابستگی مشخصه های ورودی به ولتاژ کلکتور با افزایش عرض محل اتصال کلکتور و در نتیجه کاهش ضخامت پایه با افزایش ولتاژ معکوس در کلکتور ترانزیستور توضیح داده می شود (اثر ارلی). ).

منحنی ها (نگاه کنید به شکل 1.19) نامیده می شوند مشخصات خروجی ترانزیستور . آنها برای تعیین جریان کلکتور ترانزیستور استفاده می شوند. افزایش در جریان کلکتور مربوط به افزایش ولتاژ کنترل در پایه ترانزیستور است:

u BE4 > u BE3 > u BE2 > u BE1..

در u CE£ ایالات متحده آمریکا(شکل 1.19 را ببینید) ولتاژ در کلکتور ترانزیستور از ولتاژ پایه کمتر می شود. در این حالت، اتصال جمع کننده ترانزیستور باز می شود و حالت اشباع رخ می دهد.
ii، که در آن جریان کلکتور به شدت کاهش می یابد.

با ولتاژ زیاد روی کلکتور، جریان کلکتور شروع به افزایش می کند، زیرا فرآیند شکست بهمنی (یا حرارتی) اتصال کلکتور ترانزیستور رخ می دهد.

از تجزیه و تحلیل ویژگی های جریان-ولتاژ ترانزیستور، نتیجه می شود که ترانزیستور، مانند دیود، متعلق به عناصر غیر خطی است. با این حال، در حالت فعال u CE> ایالات متحده آمریکاجریان کلکتور ترانزیستور تقریباً به نسبت مستقیم با افزایش ولتاژ کنترل ورودی در پایه ترانزیستور تغییر می کند، یعنی. مدار خروجی ترانزیستور از نظر خصوصیات به منبع جریان کنترل شده ایده آل نزدیک است. جریان کلکتور در حالت فعال عملاً مستقل از بار متصل به کلکتور ترانزیستور است.

روی انجیر 1.20 ساده ترین را نشان می دهد مدار معادل ترانزیستور برای حالت فعال زمانی که سیگنال های متناوب با دامنه کوچک به ترانزیستور اعمال می شود ( U m < 0,1 В). Основным элементом этой схемы является источник тока, управляемый входным напряжением:

I K =SU BE,

جایی که اس- شیب ترانزیستور که برای ترانزیستورهای کم مصرف برابر با 10 ... 100 میلی آمپر / ولت است.

مقاومت r FEاتلاف انرژی در مدار کلکتور را مشخص می کند. مقدار آن برای ترانزیستورهای کم مصرف ده ها و صدها کیلو اهم است. مقاومت اتصال امیتر ( r BE) برابر با صدها اهم یا واحد کیلو اهم است. این مقاومت اتلاف انرژی برای کنترل ترانزیستور را مشخص می کند. مقادیر پارامترهای مدار معادل را می توان با تعیین نقاط عملیاتی در مشخصات ورودی و خروجی IV ترانزیستور و تعیین مشتقات مربوطه در این نقاط عملیاتی (یا با تنظیم افزایش جریان ها و ولتاژهای مربوطه در محل کار) یافت. نکته ها).

دستگاه و اصل کار

اولین ترانزیستورها بر اساس ژرمانیوم ساخته شدند. آنها در حال حاضر عمدتا از سیلیکون و آرسنید گالیم ساخته می شوند. جدیدترین ترانزیستورها در مدارهای تقویت کننده فرکانس بالا استفاده می شوند. یک ترانزیستور دوقطبی از سه ناحیه نیمه هادی با دوپ متفاوت تشکیل شده است: یک امیتر E، پایه بو کلکسیونر سی. بسته به نوع رسانایی این مناطق، ترانزیستورهای NPN (امیتر - n-نیمه هادی، پایه - p-نیمه هادی، کلکتور - n-نیمه هادی) و PNP متمایز می شوند. کنتاکت های رسانا به هر یک از زون ها متصل می شوند. پایه بین امیتر و کلکتور قرار دارد و از یک نیمه هادی کم دوپ شده با مقاومت بالا ساخته شده است. مجموع سطح تماس بیس-امیتر بسیار کوچکتر از سطح تماس کلکتور-پایه است (این کار به دو دلیل انجام می شود - یک منطقه اتصال کلکتور-پایه بزرگ احتمال استخراج حامل های بار جزئی را به کلکتور افزایش می دهد و از آنجایی که در کارکرد حالت اتصال پایه کلکتور معمولاً با بایاس معکوس روشن می شود، که تولید گرما را افزایش می دهد، باعث حذف گرما از کلکتور می شود، بنابراین، یک ترانزیستور دوقطبی عمومی یک دستگاه نامتقارن است (امکان تعویض امیتر و کلکتور با تغییر امیتر غیرممکن است. قطبیت اتصال و در نتیجه یک ترانزیستور دوقطبی کاملاً مشابه ترانزیستور اصلی بدست می آید).

در حالت فعال ترانزیستور روشن می شود تا اتصال امیتر آن بایاس رو به جلو (باز) و اتصال جمع کننده بایاس معکوس (بسته) باشد. برای قطعیت، در نظر بگیرید npnترانزیستور، همه آرگومان ها دقیقاً به همان روش برای مورد تکرار می شوند pnpترانزیستور، با جایگزینی کلمه "الکترون" با "سوراخ"، و بالعکس، و همچنین با جایگزینی تمام ولتاژها با علائم مخالف. که در npnدر ترانزیستور، الکترون‌ها، حامل‌های اصلی جریان در امیتر، از یک اتصال باز امیتر-پایه عبور می‌کنند (تزریق می‌شوند) به ناحیه پایه. برخی از این الکترون ها با اکثر حامل های بار در پایه (حفره ها) دوباره ترکیب می شوند. با این حال، با توجه به این واقعیت که پایه بسیار نازک است و نسبتاً کمی دوپ شده است، بیشتر الکترون های تزریق شده از امیتر به ناحیه کلکتور پخش می شوند. میدان الکتریکی قوی پیوند جمع کننده با بایاس معکوس، الکترون ها را می گیرد و آنها را به کلکتور می برد. بنابراین، جریان کلکتور عملاً برابر با جریان امیتر است، به استثنای یک افت نوترکیب کوچک در پایه، که جریان پایه را تشکیل می دهد (I e \u003d I b + I k). ضریب α که جریان امیتر و جریان کلکتور را متصل می کند (I k \u003d α I e) ضریب انتقال جریان امیتر نامیده می شود. مقدار عددی ضریب α 0.9 - 0.999. هرچه این ضریب بیشتر باشد، ترانزیستور جریان را با کارایی بیشتری منتقل می کند. این ضریب کمی به ولتاژ کلکتور-پایه و پایه-امیتر بستگی دارد. بنابراین، در طیف گسترده ای از ولتاژهای عملیاتی، جریان کلکتور با جریان پایه متناسب است، ضریب تناسب برابر با β = α / (1 - α) = (10..1000) است. بنابراین، با تغییر جریان پایه پایین، می توان جریان کلکتور بسیار بالاتری را کنترل کرد.

حالت های کاری ترانزیستور دوقطبی

حالت فعال معمولی

اتصال امیتر-پایه در جهت رو به جلو (باز) و اتصال جمع کننده-پایه در جهت معکوس (بسته) است.
U EB > 0؛ U KB<0 (для транзистора p-n-p типа, для транзистора n-p-n типа условие будет иметь вид U ЭБ <0;U КБ >0);

حالت فعال معکوس

محل اتصال امیتر معکوس است و اتصال جمع کننده مستقیم است.

حالت اشباع

هر دو اتصال p-n بایاس رو به جلو هستند (هر دو باز). اگر اتصالات p-n امیتر و کلکتور به منابع خارجی در جهت رو به جلو متصل شوند، ترانزیستور در حالت اشباع خواهد بود. میدان الکتریکی انتشار پیوندهای امیتر و کلکتور تا حدی توسط میدان الکتریکی ایجاد شده توسط منابع خارجی Ueb و Ucb کاهش می یابد. در نتیجه، مانع پتانسیلی که انتشار حامل های بار اصلی را محدود می کند کاهش می یابد و نفوذ (تزریق) سوراخ ها از امیتر و کلکتور به داخل پایه آغاز می شود، یعنی جریان ها از طریق امیتر و کلکتور جریان می یابند. ترانزیستور، جریان های اشباع امیتر (IE.us) و کلکتور (IK. us) نامیده می شود.

حالت قطع

در این حالت هر دو اتصال p-n دستگاه در جهت مخالف بایاس می شوند (هر دو بسته هستند). حالت قطع ترانزیستور زمانی به دست می آید که اتصالات p-n امیتر و کلکتور در جهت مخالف به منابع خارجی متصل شوند. در این حالت، جریان های معکوس بسیار کوچک امیتر (IEBO) و کلکتور (ICBO) از هر دو اتصال pn جریان می یابد. جریان پایه برابر است با مجموع این جریان ها و بسته به نوع ترانزیستور، از واحدهای میکرو آمپر - μA (برای ترانزیستورهای سیلیکونی) تا واحدهای میلی آمپر - میلی آمپر (برای ترانزیستورهای ژرمانیومی) متغیر است.

رژیم مانع

در این حالت پایهترانزیستور اتصال کوتاه یا از طریق یک مقاومت کوچک با آن است گردآورنده، و در گردآورندهیا در ساطع کنندهمدار ترانزیستور مقاومتی را روشن می کند که جریان را از طریق ترانزیستور تنظیم می کند. در چنین گنجایشی، ترانزیستور نوعی دیود است که به صورت سری با یک مقاومت تنظیم کننده جریان متصل می شود. چنین مدارهای آبشاری با تعداد کم اجزا، جداسازی فرکانس بالا خوب، محدوده دمای عملیاتی زیاد و عدم حساسیت به پارامترهای ترانزیستور متمایز می شوند.

طرح های سوئیچینگ

هر مدار سوئیچینگ ترانزیستوری با دو نشانگر اصلی مشخص می شود:

• سود فعلی I out / I in.
• امپدانس ورودی R در \u003d U in / I in

نمودار سیم کشی با پایه مشترک

تقویت کننده پایه معمولی

• در بین هر سه پیکربندی، کمترین ورودی و بزرگترین امپدانس خروجی را دارد. بهره جریان نزدیک به واحد و بهره ولتاژ زیادی دارد. فاز سیگنال معکوس نیست.
• بهره فعلی: من خارج / من در = من به / من e = α [α<1]
• مقاومت ورودی R در \u003d U in / I in \u003d U be / I e.

مقاومت ورودی برای یک مدار با پایه مشترک کوچک است و برای ترانزیستورهای کم مصرف از 100 اهم تجاوز نمی کند، زیرا مدار ورودی ترانزیستور در این مورد یک اتصال امیتر باز ترانزیستور است.

مزایای:

• خواص دما و فرکانس خوب
• ولتاژ مجاز بالا

معایب طرح با پایه مشترک:

• افزایش جریان کوچک، از α< 1
• امپدانس ورودی کم
• دو منبع ولتاژ مختلف برای منبع تغذیه

مدار سوئیچینگ با امیتر مشترک

• بهره فعلی: I out / I in = I to / I b = I to / (I e -I to) = α / (1-α) = β [β>> 1]
• امپدانس ورودی: R in \u003d U in / I in \u003d U be / I b

مزایای:

• بهره جریان بزرگ
• بهره ولتاژ بزرگ
• بزرگترین کسب قدرت
• می تواند از یک منبع تغذیه استفاده کند
• ولتاژ AC خروجی نسبت به ورودی معکوس می شود.

ایرادات:

• خواص دما و فرکانس بدتر در مقایسه با مدار پایه معمولی

مدار جمع کننده مشترک

• بهره فعلی: I out / I in = I e / I b = I e / (I e -I k) = 1 / (1-α) = β [β>> 1]
• امپدانس ورودی: R in \u003d U in / I in \u003d (U be + U ke) / I b

مزایای:

• امپدانس ورودی بزرگ
• امپدانس خروجی کم

ایرادات:

• بهره ولتاژ کمتر از 1 است.

مداری با چنین درگیری "پیرو امیتر" نامیده می شود.

تنظیمات اصلی

• نسبت انتقال فعلی
• امپدانس ورودی
• هدایت خروجی
• جریان معکوس کلکتور-امیتر
• زمان روشن شدن
• فرکانس محدود نسبت انتقال جریان پایه
• جریان معکوس کلکتور
• حداکثر جریان مجاز
• فرکانس محدود کننده ضریب انتقال جریان در مدار با امیتر مشترک

پارامترهای ترانزیستور به خود (اولیه) و ثانویه تقسیم می شوند. پارامترهای خود ویژگی های ترانزیستور را بدون توجه به طرح گنجاندن آن مشخص می کنند. موارد زیر به عنوان پارامترهای اصلی خود پذیرفته می شوند:

• افزایش جریان α;
• مقاومت امیتر، کلکتور و پایه در برابر جریان متناوب r e, r k, r b که عبارتند از:
  • r e - مجموع مقاومت های ناحیه امیتر و محل اتصال امیتر.
  • r به - مجموع مقاومت های ناحیه کلکتور و محل اتصال کلکتور.
  • r b - مقاومت عرضی پایه.

مدار معادل ترانزیستور دوقطبی با استفاده از پارامترهای h

پارامترهای ثانویه برای مدارهای مختلف سوئیچینگ ترانزیستور متفاوت است و به دلیل غیر خطی بودن آن، فقط برای فرکانس‌های پایین و دامنه‌های سیگنال کوچک معتبر است. برای پارامترهای ثانویه، چندین سیستم از پارامترها و مدارهای معادل مربوط به آنها پیشنهاد شده است. موارد اصلی پارامترهای ترکیبی (ترکیبی) در نظر گرفته می شوند که با حرف "h" مشخص می شوند.

امپدانس ورودی- مقاومت ترانزیستور در برابر جریان متناوب ورودی در صورت اتصال کوتاه در خروجی. تغییر در جریان ورودی نتیجه تغییر ولتاژ ورودی است، بدون تاثیر فیدبک از ولتاژ خروجی.

H 11 \u003d U m1 / I m1 با U m2 \u003d 0.

فاکتور بازخورد ولتاژنشان می دهد که چه نسبتی از ولتاژ AC خروجی به دلیل بازخورد در آن به ورودی ترانزیستور منتقل می شود. در مدار ورودی ترانزیستور جریان متناوب وجود ندارد و تغییر ولتاژ ورودی تنها در نتیجه تغییر ولتاژ خروجی رخ می دهد.

H 12 \u003d U m1 / U m2 با I m1 \u003d 0.

نسبت انتقال فعلی(افزایش جریان) بهره جریان AC را در مقاومت بار صفر نشان می دهد. جریان خروجی فقط به جریان ورودی بدون تأثیر ولتاژ خروجی بستگی دارد.

H 21 \u003d I m2 / I m1 در U m2 \u003d 0.

هدایت خروجی- هدایت داخلی برای جریان متناوب بین پایانه های خروجی. جریان خروجی تحت تأثیر ولتاژ خروجی تغییر می کند.

H 22 \u003d I m2 / U m2 در I m1 \u003d 0.

رابطه بین جریان متناوب و ولتاژ ترانزیستور با معادلات زیر بیان می شود:

U m1 = h 11 I m1 + h 12 U m2 ;
I m2 \u003d h 21 I m1 + h 22 U m2.

بسته به مدار سوئیچینگ ترانزیستور، حروف به شاخص های دیجیتال پارامترهای h اضافه می شود: "e" - برای مدار OE، "b" - برای مدار OB، "k" - برای مدار OK.

برای طرح OE: I m1 = I mb، I m2 = I mk، U m1 = U mb-e، U m2 = U mk-e. به عنوان مثال، برای این طرح:

H 21e \u003d I mk / I mb \u003d β.

برای طرح OB: I m1 = I me, I m2 = I mk, U m1 = U me-b, U m2 = U mk-b.

پارامترهای ذاتی ترانزیستور مربوط به پارامترهای h است، به عنوان مثال، برای مدار OE:

با افزایش فرکانس، ظرفیت اتصال کلکتور C k شروع به تأثیر مضر بر عملکرد ترانزیستور می کند، مقاومت خازنی کاهش می یابد، جریان عبوری از مقاومت بار کاهش می یابد و در نتیجه بهره های α و β کاهش می یابد. مقاومت خازنی اتصال امیتر C e نیز کاهش می یابد، با این حال، توسط یک مقاومت اتصال کوچک r e شنت می شود و در بیشتر موارد می توان نادیده گرفت. علاوه بر این، با افزایش فرکانس، کاهش اضافی در ضریب β در نتیجه تأخیر فاز جریان کلکتور از فاز جریان امیتر رخ می دهد که ناشی از اینرسی فرآیند حرکت حامل ها از طریق پایه است. اتصال امیتر به محل اتصال جمع کننده و اینرسی فرآیندهای تجمع و جذب بار در پایه. فرکانس هایی که در آن ضرایب α و β 3 دسی بل کاهش می یابد نامیده می شوند فرکانس های محدود کننده ضریب انتقال جریانبه ترتیب برای طرح های OB و OE.

در حالت پالسی، پالس جریان کلکتور با تأخیر زمان تأخیر τc نسبت به پالس جریان ورودی شروع می‌شود، که ناشی از زمان عبور محدود حامل‌ها از پایه است. با تجمع حامل ها در پایه، جریان کلکتور در طول مدت جلویی τ f افزایش می یابد. به موقعترانزیستور τ on = τ c + τ f نامیده می شود.

فناوری ساخت ترانزیستور

• اپیتاکسیال-مسطح
• شناور
  • انتشار
  • آلیاژ انتشار

کاربرد ترانزیستورها

• دمودولاتور (آشکارساز)
• اینورتر (عنصر ورود به سیستم)
• ریز مدارهای منطقی ترانزیستور (به منطق ترانزیستور-ترانزیستور، منطق دیود-ترانزیستور، منطق مقاومت-ترانزیستور مراجعه کنید)

همچنین ببینید

ادبیات

یادداشت

ترانزیستور دوقطبی یکی از قدیمی ترین، اما شناخته شده ترین نوع ترانزیستور است و هنوز هم در الکترونیک مدرن استفاده می شود. ترانزیستور زمانی ضروری است که بار به اندازه کافی قدرتمند هدایت شود که دستگاه کنترل نتواند جریان کافی را برای آن فراهم کند. آنها بسته به وظایف انجام شده در انواع و ظرفیت های مختلف وجود دارند. در این مقاله می توانید دانش و فرمول های اولیه در مورد ترانزیستورها را بیابید.

معرفی

قبل از شروع درس، اجازه دهید توافق کنیم که ما فقط یک نوع راه برای روشن کردن ترانزیستور را مورد بحث قرار می دهیم. ترانزیستور را می توان در یک تقویت کننده یا گیرنده استفاده کرد و معمولاً هر مدل ترانزیستور با مشخصات خاصی ساخته می شود تا برای عملکرد بهتر در یک برنامه خاص بسیار تخصصی تر شود.

ترانزیستور دارای 3 پایانه است: پایه، کلکتور و امیتر. نمی توان به صراحت گفت که کدام یک از آنها ورودی و کدام یک خروجی است، زیرا همه آنها به هم متصل هستند و به نوعی بر یکدیگر تأثیر می گذارند. هنگامی که ترانزیستور در حالت سوئیچ روشن می شود (کنترل بار)، به این صورت عمل می کند: جریان پایه، بسته به نوع ترانزیستور، جریان از کلکتور به امیتر یا بالعکس را کنترل می کند.

دو نوع اصلی ترانزیستور وجود دارد: NPN و PNP. برای درک این موضوع می توان گفت که تفاوت اصلی این دو نوع در جهت جریان الکتریکی است. این را می توان در شکل 1.A مشاهده کرد، جایی که جهت جریان نشان داده شده است. در ترانزیستور NPN، یک جریان از پایه به ترانزیستور و جریان دیگری از کلکتور به امیتر می گذرد، در حالی که در ترانزیستور PNP برعکس است. از نقطه نظر عملکردی، تفاوت این دو نوع ترانزیستور در ولتاژ بار است. همانطور که در تصویر می بینید، ترانزیستور NPN زمانی که روشن است 0 ولت را ارائه می دهد، در حالی که PNP 12 ولت را ارائه می دهد. بعداً خواهید دید که چرا این روی انتخاب ترانزیستور تأثیر می گذارد.

برای سادگی، ما فقط ترانزیستورهای NPN را مطالعه می کنیم، اما همه اینها در مورد PNP صدق می کند، با در نظر گرفتن اینکه همه جریان ها معکوس هستند.

شکل زیر قیاس بین کلید (S1) و سوئیچ ترانزیستوری را نشان می دهد، جایی که می توانید ببینید که جریان پایه مسیر جریان از کلکتور به امیتر را می بندد یا باز می کند:

با دانستن دقیق ویژگی های ترانزیستور، می توانید بیشترین بهره را از آن ببرید. پارامتر اصلی بهره DC ترانزیستور است که معمولا H fe یا β نشان داده می شود. همچنین دانستن حداکثر جریان، توان و ولتاژ ترانزیستور مهم است. این پارامترها را می توان در مستندات مربوط به ترانزیستور یافت و به ما کمک می کند تا مقدار مقاومت روی پایه را تعیین کنیم که در ادامه توضیح داده می شود.

استفاده از ترانزیستور NPN به عنوان سوئیچ

شکل گنجاندن یک ترانزیستور NPN به عنوان سوئیچ را نشان می دهد. این شامل را اغلب هنگام تجزیه و تحلیل مدارهای الکترونیکی مختلف مشاهده خواهید کرد. نحوه اجرای ترانزیستور در حالت انتخاب شده، محاسبه مقاومت پایه، افزایش جریان ترانزیستور و مقاومت بار را مطالعه خواهیم کرد. من ساده ترین و دقیق ترین راه را برای این کار پیشنهاد می کنم.

1. فرض کنید ترانزیستور در حالت اشباع است:در این حالت، مدل ریاضی ترانزیستور بسیار ساده می شود و ولتاژ را در نقطه V c می دانیم. ما مقدار مقاومت پایه را پیدا خواهیم کرد که در آن همه چیز درست خواهد بود.

2. تعیین جریان اشباع کلکتور:ولتاژ بین کلکتور و امیتر (V ce) از مستندات ترانزیستور گرفته شده است. امیتر به GND وصل شده است، به ترتیب V ce = V c - 0 = V c . هنگامی که این مقدار را دانستیم، می توانیم جریان اشباع کلکتور را با استفاده از فرمول محاسبه کنیم:

گاهی اوقات، مقاومت بار R L ناشناخته است یا نمی تواند دقیق باشد، مانند مقاومت یک سیم پیچ رله. در این حالت کافی است جریان مورد نیاز برای راه اندازی رله را بدانید.
اطمینان حاصل کنید که جریان بار از حداکثر جریان کلکتور ترانزیستور تجاوز نمی کند.

3. محاسبه جریان پایه مورد نیاز:با دانستن جریان کلکتور، می توان حداقل جریان پایه مورد نیاز برای رسیدن به این جریان کلکتور را با استفاده از فرمول زیر محاسبه کرد:

از آن به دست می آید که:

4. تجاوز از مقادیر مجاز:پس از اینکه جریان پایه را محاسبه کردید، و اگر معلوم شد که کمتر از مقدار مشخص شده در مستندات است، می توانید با ضرب کردن جریان پایه محاسبه شده، به عنوان مثال، 10 برابر، ترانزیستور را بارگذاری کنید. بنابراین، سوئیچ ترانزیستور بسیار پایدارتر خواهد بود. به عبارت دیگر، در صورت افزایش بار، عملکرد ترانزیستور کاهش می یابد. مراقب باشید، سعی کنید از حداکثر جریان پایه مشخص شده در مستندات تجاوز نکنید.

5. محاسبه مقدار مورد نیاز R b:با در نظر گرفتن اضافه بار 10 بار، مقاومت Rb را می توان با استفاده از فرمول زیر محاسبه کرد:

که در آن V 1 ولتاژ کنترل ترانزیستور است (شکل 2.a را ببینید)

اما اگر امیتر به زمین وصل باشد و ولتاژ پایه امیتر مشخص باشد (حدود 0.7 ولت برای اکثر ترانزیستورها)، و با فرض V1 = 5V، فرمول را می توان به صورت زیر ساده کرد:

مشاهده می شود که جریان پایه با در نظر گرفتن اضافه بار در 10 ضرب می شود.
هنگامی که مقدار Rb مشخص است، ترانزیستور تنظیم می شود تا به عنوان یک سوئیچ عمل کند، که به آن "حالت اشباع و قطع" نیز می گویند، که در آن "اشباع" زمانی است که ترانزیستور کاملا باز است و جریان را هدایت می کند و "قطع" است. زمانی است که بسته است و جریانی رسانا نمی شود.

نکته: وقتی می گوییم، نمی گوییم که جریان کلکتور باید باشد. به سادگی به این معنی است که جریان کلکتور ترانزیستور می تواند تا آن سطح افزایش یابد. جریان از قوانین اهم پیروی می کند، درست مانند هر جریان الکتریکی.

محاسبه بار

وقتی در نظر گرفتیم که ترانزیستور در حالت اشباع است، فرض کردیم که برخی از پارامترهای آن تغییر نکرده است. این کاملا درست نیست. در واقع، این پارامترها عمدتاً با افزایش جریان کلکتور تغییر یافته و بنابراین برای اضافه بار ایمن تر است. اسناد نشان دهنده تغییر در پارامترهای ترانزیستور در هنگام اضافه بار است. به عنوان مثال، جدول در شکل 2.B دو پارامتر را نشان می دهد که به طور قابل توجهی تغییر می کنند:

H FE (β) با جریان کلکتور و ولتاژ V CEsat تغییر می کند. اما VCEsat خود با کلکتور و جریان پایه مطابق جدول زیر متفاوت است.

محاسبه می تواند بسیار پیچیده باشد، زیرا همه پارامترها به طور نزدیک و پیچیده به هم مرتبط هستند، بنابراین بهتر است بدترین مقادیر را بگیرید. آن ها کوچکترین H FE، بزرگترین V CEsat و V CEsat است.

کاربرد سوئیچ ترانزیستور معمولی

در الکترونیک مدرن، یک سوئیچ ترانزیستوری برای کنترل رله های الکترومغناطیسی که تا 200 میلی آمپر مصرف می کنند استفاده می شود. اگر می خواهید یک رله را با یک تراشه منطقی یا میکروکنترلر کنترل کنید، ترانزیستور ضروری است. در شکل 3.A، مقاومت پایه مقاومت بسته به جریان مورد نیاز برای رله محاسبه می شود. دیود D1 از ترانزیستور در برابر پالس هایی که سیم پیچ هنگام خاموش شدن ایجاد می کند محافظت می کند.

2. اتصال ترانزیستور کلکتور را باز کنید:

بسیاری از دستگاه ها مانند خانواده میکروکنترلرهای 8051 دارای پورت های جمع کننده باز هستند. مقاومت پایه مقاومت ترانزیستور خارجی همانطور که در این مقاله توضیح داده شده محاسبه می شود. توجه داشته باشید که پورت‌ها می‌توانند پیچیده‌تر باشند و اغلب از FET به جای دوقطبی استفاده می‌کنند و خروجی‌های تخلیه باز نامیده می‌شوند، اما همه چیز دقیقاً مانند شکل 3.B باقی می‌ماند.

3. ایجاد یک عنصر منطقی OR-NOT (NOR):

گاهی اوقات یک مدار نیاز به استفاده از یک گیت دارد و شما نمی خواهید از یک آی سی 14 پین با 4 گیت استفاده کنید، چه به دلیل هزینه یا فضای برد. می توان آن را با یک جفت ترانزیستور جایگزین کرد. توجه داشته باشید که پاسخ فرکانسی چنین عناصری به مشخصات و نوع ترانزیستورها بستگی دارد، اما معمولاً زیر 100 کیلوهرتز. کاهش مقاومت خروجی (Ro) مصرف برق را افزایش می دهد اما جریان خروجی را افزایش می دهد.
شما باید بین این پارامترها سازش پیدا کنید.

شکل بالا یک گیت NOR را نشان می دهد که با استفاده از 2 ترانزیستور 2N2222 ساخته شده است. این را می توان با ترانزیستورهای PNP 2N2907 با تغییرات جزئی انجام داد. فقط باید در نظر داشته باشید که تمام جریان های الکتریکی در جهت مخالف جریان می یابند.

یافتن خطاها در مدارهای ترانزیستوری

هنگامی که مشکلی در مدارهای حاوی ترانزیستورهای زیادی رخ می دهد، تشخیص اینکه کدام یک از ترانزیستورها بد است، بسیار دشوار است، به خصوص زمانی که همه آنها لحیم شده باشند. من نکاتی را به شما ارائه می کنم که به شما کمک می کند تا مشکل را در چنین مداری نسبتاً سریع پیدا کنید:

1-دما:اگر ترانزیستور خیلی داغ شود احتمالاً جایی مشکل دارد. لزوماً مشکل در ترانزیستور داغ نیست. معمولا ترانزیستور معیوب حتی گرم نمی شود. این افزایش دما ممکن است ناشی از ترانزیستور دیگری باشد که به آن متصل است.

2. اندازه گیری ترانزیستورهای V CE:اگر همه آنها یک نوع هستند و همه کار می کنند، پس باید تقریباً یک VCE داشته باشند. یافتن ترانزیستورهایی با V CE مختلف یک راه سریع برای یافتن ترانزیستورهای معیوب است.

3. اندازه گیری ولتاژ در مقاومت پایه:ولتاژ مقاومت پایه بسیار مهم است (اگر ترانزیستور روشن باشد). برای درایور ترانزیستور 5 ولت NPN، افت ولتاژ در مقاومت باید بیش از 3 ولت باشد. اگر افت ولتاژی در مقاومت وجود نداشته باشد، ترانزیستور یا درایور ترانزیستور معیوب هستند. در هر دو حالت جریان پایه 0 است.

ترانزیستور PNP یک دستگاه الکترونیکی است، به معنایی خاص، برعکس ترانزیستور NPN. در این نوع طراحی ترانزیستور، اتصالات PN آن با ولتاژهای قطبیت معکوس نسبت به نوع NPN باز می شود. در نماد دستگاه، فلش که ترمینال امیتر را نیز مشخص می کند، این زمان به داخل نماد ترانزیستور اشاره می کند.

طراحی ابزار

نمودار ساختاری یک ترانزیستور نوع PNP شامل دو ناحیه از مواد نیمه هادی نوع p در دو طرف یک منطقه مواد نوع n است که در شکل زیر نشان داده شده است.

فلش امیتر و جهت عمومی پذیرفته شده جریان آن ("in" برای ترانزیستور PNP) را مشخص می کند.

ترانزیستور PNP مشخصات بسیار مشابهی با همتای دوقطبی NPN خود دارد، با این تفاوت که جهت جریان ها و قطبیت ولتاژهای موجود در آن برای هر یک از سه طرح کلیدزنی ممکن معکوس می شود: پایه مشترک، امیتر مشترک و کلکتور مشترک.

تفاوت های اصلی بین دو نوع ترانزیستور دوقطبی

تفاوت اصلی بین آنها این است که سوراخ ها حامل جریان اصلی ترانزیستورهای PNP هستند، ترانزیستورهای NPN دارای الکترون هایی در این ظرفیت هستند. بنابراین، قطبیت ولتاژهای تغذیه کننده ترانزیستور معکوس شده و جریان ورودی آن از پایه جریان می یابد. در مقابل، با یک ترانزیستور NPN، جریان پایه به داخل آن جریان می یابد، همانطور که در نمودار سیم کشی زیر برای هر دو نوع دستگاه با پایه مشترک و امیتر مشترک نشان داده شده است.

اصل کار ترانزیستور نوع PNP بر اساس استفاده از جریان پایه کوچک (مانند نوع NPN) و ولتاژ بایاس پایه منفی (برخلاف نوع NPN) برای هدایت جریان امیتر-کلکتور بسیار بزرگتر است. به عبارت دیگر، برای یک ترانزیستور PNP، امیتر نسبت به پایه و همچنین نسبت به کلکتور مثبت تر است.

تفاوت های نوع PNP در مدار سوئیچینگ با پایه مشترک را در نظر بگیرید

در واقع، از آن می توان دریافت که آی سی جریان کلکتور (در مورد ترانزیستور NPN) از قطب مثبت باتری B2 خارج می شود، از ترمینال کلکتور می گذرد، وارد آن می شود و سپس باید از ترمینال پایه خارج شود. برای بازگشت به قطب منفی باتری. به همین ترتیب، با نگاهی به مدار امیتر، می توانید ببینید که چگونه جریان آن از قطب مثبت باتری B1 از طریق ترمینال پایه وارد ترانزیستور شده و سپس به امیتر نفوذ می کند.

بنابراین، هر دو جریان کلکتور I C و جریان امیتر I E از ترمینال پایه عبور می کنند. از آنجایی که آنها در جهت مخالف در مدارهای خود گردش می کنند، جریان پایه حاصل برابر با اختلاف آنها است و بسیار کوچک است، زیرا I C کمی کمتر از I E است. اما از آنجایی که دومی هنوز بزرگتر است، جهت جریان جریان دیفرانسیل (جریان پایه) با I E منطبق است و بنابراین ترانزیستور دوقطبی نوع PNP دارای جریانی است که از پایه جریان دارد و ترانزیستور دوقطبی نوع NPN دارای جریان است. جاری شدن در

تفاوت نوع PNP در مثال مدار سوئیچینگ با امیتر مشترک

در این مدار جدید، اتصال PN پایه-امیتر توسط ولتاژ باتری B1 روشن می شود و اتصال کلکتور-پایه توسط ولتاژ باتری B2 بایاس معکوس می شود. بنابراین ترمینال امیتر بین مدارهای پایه و کلکتور مشترک است.

کل جریان امیتر از مجموع دو جریان I C و I B به دست می آید. عبور از خروجی امیتر در یک جهت. بنابراین، I E = I C + I B داریم.

در این مدار، جریان پایه I B به سادگی از جریان امیتر I E منشعب می شود، همچنین در جهت با آن منطبق است. در همان زمان، یک ترانزیستور نوع PNP همچنان دارای جریانی است که از پایه I B جریان دارد و یک ترانزیستور نوع NPN دارای جریانی است که در آن جریان دارد.

در سومین مدارهای سوئیچینگ ترانزیستوری شناخته شده، با یک کلکتور مشترک، وضعیت دقیقاً به همین صورت است. بنابراین برای صرفه جویی در زمان و مکان برای خوانندگان آن را ارائه نمی کنیم.

ترانزیستور PNP: اتصال منابع ولتاژ

منبع ولتاژ بین پایه و امیتر (V BE) به پایه منفی و به امیتر مثبت وصل می شود، زیرا عملکرد ترانزیستور PNP زمانی اتفاق می افتد که پایه نسبت به امیتر بایاس منفی شود.

ولتاژ تغذیه امیتر نیز نسبت به کلکتور مثبت است (V CE). بنابراین، در یک ترانزیستور نوع PNP، ترمینال امیتر همیشه نسبت به پایه و کلکتور مثبت تر است.

منابع ولتاژ مطابق شکل زیر به ترانزیستور PNP متصل می شوند.

این بار کلکتور از طریق یک مقاومت بار R L به ولتاژ تغذیه V CC متصل می شود که حداکثر جریان عبوری از دستگاه را محدود می کند. ولتاژ پایه VB، که آن را در جهت منفی نسبت به امیتر بایاس می کند، از طریق مقاومت RB به آن اعمال می شود، که دوباره برای محدود کردن حداکثر جریان پایه استفاده می شود.

عملکرد مرحله ترانزیستور PNP

بنابراین، برای ایجاد جریان پایه در یک ترانزیستور PNP، پایه باید منفی تر از امیتر باشد (جریان باید از پایه خارج شود) حدود 0.7 ولت برای سیلیکون یا 0.3 ولت برای ژرمانیوم. فرمول های مورد استفاده برای محاسبه مقاومت پایه، جریان پایه یا جریان کلکتور همان فرمول هایی است که برای ترانزیستور NPN معادل استفاده می شود و در زیر نشان داده شده است.

می بینیم که تفاوت اساسی بین یک ترانزیستور NPN و یک ترانزیستور PNP در بایاس صحیح اتصالات pn است، زیرا جهت جریان ها و قطبیت ولتاژ در آنها همیشه مخالف است. بنابراین برای مدار فوق: I C = I E - I B زیرا جریان باید از پایه جاری شود.

به عنوان یک قاعده، یک ترانزیستور PNP را می توان با یک ترانزیستور NPN در اکثر مدارهای الکترونیکی جایگزین کرد، تفاوت فقط در قطبیت ولتاژ و جهت جریان است. چنین ترانزیستورهایی همچنین می توانند به عنوان وسایل سوئیچینگ استفاده شوند و نمونه ای از سوئیچ PNP در زیر نشان داده شده است.

مشخصات ترانزیستور

مشخصات خروجی یک ترانزیستور PNP بسیار شبیه به ترانزیستور NPN معادل است، با این تفاوت که برای محاسبه قطبیت معکوس ولتاژها و جریان ها، 180 درجه چرخانده می شوند (جریان پایه و کلکتور ترانزیستور PNP منفی است). به طور مشابه، برای یافتن نقاط عملیاتی یک ترانزیستور PNP، می توان خط بار دینامیکی آن را در ربع سوم سیستم مختصات دکارتی رسم کرد.

مشخصات معمول ترانزیستور 2N3906 PNP در شکل زیر نشان داده شده است.

جفت ترانزیستورها در مراحل تقویت کننده

ممکن است بپرسید دلیل استفاده از ترانزیستورهای PNP در زمانی که ترانزیستورهای NPN زیادی وجود دارد که می توانند به عنوان تقویت کننده یا سوئیچ حالت جامد استفاده شوند چیست؟ با این حال، وجود دو نوع مختلف ترانزیستور - NPN و PNP - مزایای زیادی در طراحی مدارهای تقویت کننده قدرت به ارمغان می آورد. این تقویت کننده ها در مرحله خروجی از جفت ترانزیستورهای "مکمل" یا "همسان" (که یک ترانزیستور PNP و یک NPN به هم متصل هستند) در مرحله خروجی استفاده می کنند.

دو ترانزیستور NPN و PNP متناظر با مشخصات نزدیک و یکسان با یکدیگر مکمل نامیده می شوند. به عنوان مثال، TIP3055 (نوع NPN) و TIP2955 (نوع PNP) نمونه های خوبی از ترانزیستورهای قدرت سیلیکونی مکمل هستند. هر دو دارای افزایش جریان ثابت β=I C/I B هستند که در 10% منطبق است و جریان کلکتوری بالایی در حدود 15A دارند که آنها را برای کنترل موتور یا کاربردهای روباتیک ایده آل می کند.

علاوه بر این، تقویت کننده های کلاس B از جفت ترانزیستورهای همسان در مراحل خروجی توان خود نیز استفاده می کنند. در آنها، ترانزیستور NPN فقط نیمه موج مثبت سیگنال را هدایت می کند و ترانزیستور PNP فقط نیمه منفی آن را هدایت می کند.

این به تقویت کننده اجازه می دهد تا توان مورد نیاز را از طریق بلندگو در هر دو جهت برای یک توان و امپدانس معین حمل کند. در نتیجه، جریان خروجی که معمولاً در حد چند آمپر است، به طور مساوی بین دو ترانزیستور مکمل توزیع می شود.

جفت ترانزیستورها در مدارهای کنترل موتور

آنها همچنین در مدارهای کنترل پل H برای موتورهای DC برگشت پذیر استفاده می شوند که امکان تنظیم جریان از طریق موتور را به طور یکنواخت در هر دو جهت چرخش آن ممکن می کند.

مدار پل H فوق به این دلیل نامگذاری شده است که پیکربندی اصلی چهار کلید ترانزیستوری آن شبیه حرف "H" با موتور در یک خط متقاطع است. ترانزیستور پل H احتمالاً یکی از متداول ترین انواع مدارهای کنترل موتور DC برگشت پذیر است. از جفت های "مکمل" ترانزیستورهای نوع NPN و PNP در هر شاخه استفاده می کند که به عنوان کلید در کنترل موتور عمل می کنند.

ورودی کنترل A به موتور اجازه می دهد در یک جهت کار کند، در حالی که ورودی B برای چرخش معکوس استفاده می شود.

به عنوان مثال، هنگامی که ترانزیستور TR1 روشن و TR2 خاموش است، ورودی A به ولتاژ تغذیه (+Vcc) وصل می شود و اگر ترانزیستور TR3 خاموش و TR4 روشن است، ورودی B به ولتاژ 0 (GND) وصل می شود. بنابراین، موتور در یک جهت می‌چرخد که مربوط به پتانسیل مثبت ورودی A و منفی ورودی B است.

اگر حالت سوئیچ طوری تغییر کند که TR1 خاموش، TR2 روشن، TR3 روشن و TR4 خاموش باشد، جریان موتور در جهت مخالف جریان می یابد و باعث معکوس شدن آن می شود.

با استفاده از سطوح مخالف منطق "1" یا "0" در ورودی های A و B می توان جهت چرخش موتور را کنترل کرد.

تعیین نوع ترانزیستور

هر ترانزیستور دوقطبی را می توان اساساً به عنوان دو دیود به هم متصل کرد.

ما می توانیم از این قیاس برای تعیین اینکه آیا ترانزیستور از نوع PNP یا NPN است با آزمایش مقاومت آن در سه پایانه آن استفاده کنیم. با آزمایش هر جفت از آنها در هر دو جهت با یک مولتی متر، پس از شش اندازه گیری به نتیجه زیر می رسیم:

1. امیتر - پایه.این پین ها باید مانند یک دیود معمولی عمل کنند و فقط جریان را در یک جهت هدایت کنند.

2.گردآورنده - پایه.این پین ها نیز باید مانند یک دیود معمولی عمل کنند و فقط جریان را در یک جهت هدایت کنند.

3. امیتر - گردآورنده.این یافته ها نباید در هیچ جهتی باشد.

مقادیر مقاومت انتقالی هر دو نوع ترانزیستور

سپس می توانیم ترانزیستور PNP را خوب و بسته تعریف کنیم. یک جریان خروجی کوچک و یک ولتاژ منفی در پایه آن (B) نسبت به امیتر (E) آن را باز می کند و اجازه می دهد جریان امیتر-کلکتور بسیار بزرگتری جریان یابد. ترانزیستورهای PNP با پتانسیل امیتر مثبت هدایت می کنند. به عبارت دیگر، یک ترانزیستور دوقطبی PNP تنها زمانی هدایت می‌شود که پایه‌های پایه و کلکتور نسبت به امیتر منفی باشند.