Pnp переход: PNP-транзистор: структура, принцип работы, применение

Принцип работы биполярного транзистора

Транзистор

В свое время транзисторы пришли на смену электронным лампах. Это произошло благодаря тому, что они имеют меньшие габариты, высокую надежность и менее затратную стоимость производства. Сейчас, биполярные транзисторы являются основными элементами во всех усилительных схемах.

Биполярный транзистор представляет собой полупроводниковый элемент, имеющий трехслойную структуру, которая образует два электронно-дырочных перехода. Поэтому транзистор можно представить в виде двух встречно включенных диода. В зависимости от того, что будет являться основными носителями заряда, различают p-n-p и n-p-n транзисторы.  

 

База – слой полупроводника, который является основой конструкции транзистора.

Эмиттером называется слой полупроводника, функция которого инжектирование носителей заряда в слой базы.

Коллектором называется слой полупроводника, функция которого собирать носители заряда прошедшие через базовый слой.

Как правило, эмиттер содержит намного большее количество основных зарядов, чем база. Это основное условие работы транзистора, потому что в этом случае, при прямом смещении эмиттерного перехода, ток будет обуславливаться основными носителями эмиттера. Эмиттер сможет осуществлять свою главную функцию – впрыск носителей в слой базы. Обратный ток эмиттера обычно стараются сделать как можно меньше. Увеличение основных носителей эмиттера достигается с помощью высокой концентрации примеси.

Базу делают как можно более тонкой. Это связано с временем жизни зарядов. Носители зарядов должны пересекать базу и как можно меньше рекомбинировать с основными носителями базы, для того чтобы достигнуть коллектора.

Для того чтобы коллектор мог наиболее полнее собирать носители прошедшие через базу его стараются сделать шире.

 

Рассмотрим на примере p-n-p транзистора.

 

В отсутствие внешних напряжений, между слоями устанавливается разность потенциалов. На переходах устанавливаются потенциальные барьеры. Причем, если количество дырок в эмиттере и коллекторе одинаковое, тогда и потенциальные барьеры будут одинаковой ширины.

Для того чтобы транзистор работал правильно, эмиттерный переход должен быть смещен в прямом направлении, а коллекторный в обратном. Это будет соответствовать активному режиму работы транзистора. Для того чтобы осуществить такое подключение, необходимы два источника. Источник с напряжением Uэ подключается положительным полюсом  к эмиттеру, а отрицательным к базе. Источник с напряжением Uк подключается отрицательным полюсом к коллектору, а положительным к базе. Причем Uэ < Uк. 

Под действием напряжения Uэ, эмиттерный переход смещается в прямом направлении. Как известно, при прямом смещении электронно-дырочного перехода, внешнее поле направлено противоположно полю перехода и поэтому уменьшает его.   Через переход начинают проходить основные носители, в эмиттере это дырки 1-5, а в базе электроны 7-8. А так как количество дырок в эмиттере больше, чем электронов в базе, то эмиттерный ток обусловлен в основном ими.

Эмиттерный ток представляет собой сумму дырочной составляющей эмиттерного тока и электронной составляющей базы. 

Так как полезной является только дырочная составляющая, то электронную стараются сделать как можно меньше. Качественной характеристикой эмиттерного перехода является 

коэффициент инжекции. 

Коэффициент инжекции стараются приблизить к 1.

Дырки 1-5 перешедшие в базу скапливаются на границе эмиттерного перехода. Таким образом, создается высокая концентрация дырок возле эмиттерного и низкая концентрация возле коллекторного перехода, в следствии чего начинается диффузионное движение дырок от эмиттерного к коллекторному переходу. Но вблизи коллекторного перехода концентрация дырок остается равной нулю, потому что как только дырки достигают перехода, они ускоряются его внутренним полем и экстрагируются (втягиваются) в коллектор. Электроны же, отталкиваются этим полем.

Пока дырки пересекают базовый слой они рекомбинируют с электронами находящимися там, например, как дырка 5 и электрон 6. А так как дырки  поступают постоянно, они создают избыточный положительный заряд, поэтому, должны поступать и электроны, которые втягиваются через вывод базы и образуют базовый ток Iбр. Это важное условие работы транзистора

 – концентрация дырок в базе должна быть приблизительно равна концентрации электронов. Другими словами должна обеспечиваться электронейтральность базы.

Количество дырок дошедших до коллектора, меньше количество дырок вышедших из эмиттера на величину рекомбинировавших дырок в базе. То есть, ток коллектора отличается от тока эмиттера на величину тока базы. 

Отсюда появляется коэффициент переноса носителей, который также стараются приблизить к 1. 

Коллекторный ток транзистора состоит из дырочной составляющей Iкр и обратного тока коллектора.  

Обратный ток коллектора возникает в результате  обратного смещения коллекторного перехода, поэтому он состоит из неосновных носителей дырки 9 и электрона 10. Именно потому, что обратный ток образован неосновными носителями, он зависит только от процесса термогенерации, то есть от температуры. Поэтому его часто называют 

тепловым током.

От величины теплового тока зависит качество транзистора, чем он меньше, тем транзистор качественнее.

Коллекторный ток связан с эмиттерным коэффициентом передачи тока. 

Токи в транзисторе можно представить следующим образом

 

Основное соотношение для токов транзистора 

Ток коллектора можно выразить как 

Из вышесказанного можно сделать вывод, что изменяя ток в цепи база – эмиттер, мы можем управлять выходным током коллектора. Причем незначительное изменение тока базы, вызывает значительное изменение тока коллектора.

 

Просмотров:

Биполярный транзистор / Хабр

1. Основные сведения

Биполярным транзистором называется трехэлектродный усилительный полупроводниковый прибор, имеющий трехслойную p-n-p, либо n-p-n структуру с двумя взаимодействующими (ключевое слово) p-n переходами.

Свое имя «TRANSferresISTOR» (дословно – «переходное сопротивление») этот полупроводниковый прибор получил в 1948 году от Уильяма Шокли. Термин «биполярный» подчеркивает тот факт, что принцип действия транзистора основан на взаимодействии с электрическим полем частиц обоих знаков —  как дырок, так и электронов.

Рис. 1. Упрощенный вид внутреннего устройства биполярного транзистора p-n-p структуры.

На рис. 1 показан упрощенный вид внутренней структуры объемного маломощного биполярного p-n-p транзистора. Крайнюю слева р⁺ область называют эмиттером. Промежуточная n область называется базой. Крайняя p область справа – коллектор. Электронно-дырочный переход между эмиттером и базой называют эмиттерным, а между базой и коллектором – коллекторным.

Для того, чтобы уменьшить интенсивность процессов рекомбинации дырок в базе, необходимо выполнить условие , то есть физическая толщина базы должна быть меньше диффузионной длины. Это означает автоматическое выполнение условия , что обуславливает взаимодействие переходов.

Эмиттер предназначен для инжекции дырок в базу. Область эмиттера имеет небольшие размеры, но большую степень легирования –  концентрация акцепторной примеси N_A в эмиттере кремниевого транзистора достигает ~ 10¹⁷ – 10¹⁸ ат/см³ (этот факт обозначен символом р⁺).    Область базы легирована нормально – концентрация донорной примеси N_D в ней составляет ~ 10¹³ – 10¹⁴ ат/cм³.  В этом случае эмиттерный переход получается резко несимметричным, поскольку обедненная зона располагается, в основном, в базе. Диффузия носителей становится односторонней, так как резко уменьшается встречный поток электронов из базы в эмиттер, что также уменьшает интенсивность процессов рекомбинации дырок в базе.

Теперь выделим еще раз особенности структуры, которые обеспечивают хорошие усилительные свойства транзистора, уменьшая интенсивность процессов рекомбинации:

Область коллектора имеет наибольшие размеры, поскольку в его функцию входит экстракция носителей, диффундировавших через базу.  Кроме того, на коллекторе рассеивается большая мощность, что требует эффективного отвода тепла. 

Биполярные транзисторы, как правило, изготавливаются из кремния, германия или арсенида галлия. По технологии изготовления биполярные транзисторы делятся на сплавные, диффузионные и эпитаксиальные.

Биполярные транзисторы являются усилительными приборами и, поэтому, применяются для построения схем усилителей, генераторов и преобразователей электрических сигналов в широком диапазоне частот (от постоянного тока до десятков гигагерц) и мощности (от десятков милливатт до сотен ватт). В соответствии с этим биполярные транзисторы делятся на группы по частоте:

1. низкочастотные­ не более 3 МГц;

2. средней частоты — от 3 МГц до 30МГц;

3. высокочастотные- от 30 МГц до 300 МГц;

4. сверхвысокочастотные — более 300 МГц

По мощ­ности выделяют следующем образом:

• маломощные — не более 0,3 Вт;

• средней мощности — от 0,3 Вт до1,5 Вт;

• большой мощности — более 1,5 Вт.

В настоящее время парк биполярных транзисторов очень разнообразен. Сюда входят как обычные транзисторы, которые работают в самых различных аналоговых, импульсных и цифровых устройствах, так и специальные, например, лавинные тран­зисторы, предназначенные для формирования мощных импульсов наносе­кундного диапазона. Следует упомянуть многоэмиттерные, а также составные биполярные транзисторы (транзисторы Дарлингтона), обладающие очень высоким коэффициентом передачи тока.

2. Принцип действия

Рассмотрим активный режим работы транзистора, когда эмиттерный переход открыт прямым смещением U_эб, а коллекторный закрыт обратным смещением U_кб. Для этого воспользуемся одномерной моделью транзистора, которая показана на рис. 2. Модель характерна тем, что все физические величины зависят только от продольной координаты, поперечные же размеры бесконечны. Стрелками на рисунке обозначены положительные направления токов (от «+» к «–»), дырки обозначены открытыми, а электроны – закрытыми кружками.  Сокращения: ЭП – эмиттерный переход, КП – коллекторный переход.

Рис. 2. Иллюстрация принципа действия биполярного транзистора p-n-p структуры.

Предположим, что в начальный момент времени ключ «К» разомкнут. Эмиттерный переход закрыт, поскольку потенциальный барьер в обедненной области перехода запрещает диффузию носителей, несмотря на огромный градиент концентраций на переходе – дырок слева 10¹⁷см^-3, а справа 10⁶см^-3. Это режим отсечки. Транзистор закрыт, существует только небольшой обратный тепловой ток обратно смещенного коллекторного перехода.

Теперь замкнем ключ «К». Потенциальный барьер понижается вследствие частичной компенсации внутреннего электрического поля встречно направленным внешним электрическим полем источника U_эб. Начинается процесс диффузии, вследствие огромного градиента концентраций дырок между эмиттером и базой. Дырки диффундируют или инжектируются из эмиттера в базу, где меняют статус – становятся неосновными. Для неосновных носителей нет потенциального барьера, другими словами, диффундируя через базу в направлении коллекторного перехода, они попадают во втягивающее поле коллекторного перехода и экстрагируются в область коллектора. В цепи коллектора эти дырки создают дрейфовый ток, пропорциональный току эмиттера:

(2.1)

где α – доля дырок, достигших коллектора, или коэффициент передачи тока эмиттера.  Поскольку небольшая часть дырок, инжектированных из эмиттера в базу, все же успевает рекомбинировать, то всегда α <1. При достаточно тонкой базе α может доходить до 0,99 и более. Уменьшение концентрации электронов в базе в результате рекомбинации восполняется потоком электронов от внешнего источника U_эб через внешний вывод базы. Таким образом внутренний ток рекомбинации, являющийся дырочным, полностью компенсируется электронным током через электрод базы:

(2. 2)

В цепи коллектора кроме управляемого тока протекает неуправляемый дрейфовый обратный ток I_кб0, обусловленный, в основном, тепловой генерацией электронно-дырочных пар в объеме перехода. Этот ток очень мал, он не зависит от напряжения U_кб, а зависит только от температуры.  Обратный ток коллектора I_кб0 измеряется при разомкнутой цепи эмиттера, о чем говорит индекс «0» (ноль).

Полный ток, протекающий во внешней цепи коллектора, имеет дырочный характер и равен

                                         (2.3)

В нормальных условиях работы поэтому с хорошей точностью полагают, что ток во внешней цепи коллектора равен

                                               (2.4)

а ток во внешней цепи базы имеет электронный характер и равен

                                       (2. 5)

Согласно первому закону Кирхгофа,

                                         (2.6)

Для удобства, формально, вводят коэффициент передачи тока базы

                                            (2.7)

Коэффициент связан с коэффициентом соотношением

                                              (2.8)

3. Режимы работы и способы включения

Рис. 3.1. Условное обозначение на схеме биполярного транзистора p-n-p структуры и n-p-n структуры .

Условные обозначения биполярного транзистора на схеме, показаны на рис. 3.1, а показано условное графическое обозначение биполярного транзистора по ГОСТ для формата листа А4. Стрелка на выводе эмиттера всегда направлена от «p» к «n», то есть указывает направление прямого тока открытого перехода. Кружок обозначает корпус дискретного транзистора. Для транзисторов в составе интегральных схем он не изображается. На рис. 3.1, б и в показаны структуры p-n-p и n-p-n соответственно. Принцип действия транзисторов обеих структур одинаков, а полярности напряжений между их электродами разные. Поскольку в транзисторе два перехода (эмиттерный и коллекторный) и каждый из них может находиться в двух состояниях (открытом и закрытом), различают четыре режима работы транзистора.

• Активный режим, когда эмиттерный переход открыт, а коллекторный закрыт. Активный режим работы является основным и используется в усилительных схемах.

• Режим насыщения— оба перехода открыты.

• Режим отсечки— оба перехода закрыты.

• Инверсный режим— эмиттерный переход закрыт, коллекторный — открыт.

В большинстве транзисторных схем транзистор рассматривается как четырехполюсник. Поэтому для такого включения один из выводов транзистора должен быть общим для входной и выходной цепей. Соответственно различают три схемы включения транзистора, которые показаны на рис. 3.2: а) с общей базой (ОБ), б) общим эмиттером (ОЭ) и в)

общим коллектором (ОК).  На рисунке указаны положительные направления токов, а полярности напряжений соответствуют активному режиму работы.

Рис. 3.2. Схемы включения транзистора слева направо: схема с ОБ, ОЭ и ОК.

В схеме ОБ входную цепь является цепь эмиттера, а выходной – цепь коллектора.  Эта схема наиболее проста для анализа, поскольку напряжение U_эб прикладывается к эмиттерному переходу, а напряжение U_кб – к коллекторному, причем источники имеют разные знаки.

В схеме ОЭ входной цепью является цепь базы, а выходной – цепь коллектора. Напряжение U_бэ> 0 прикладывается непосредственно к эмиттерному переходу и открывает его. Напряжение U_кэ той же полярности распределяется между обоими переходами: U_кэ = U_кб + U_бэ.

Для того чтобы коллекторный переход был закрыт, необходимо выполнить условие U_кб = U_кэ —  U_бэ> 0, что обеспечивается неравенством U_кэ> U_бэ> 0.

В схеме ОК входной цепью является цепь базы, а выходной – цепь эмиттера.

4. Статические вольт-амперные характеристики

Транзистор, как любой четырехполюсник, можно охарактеризовать четырьмя величинами — входными и выходными напряжениями и токами: U_вх = U₁, U_вых = U₂, I_вх = I₁, I_вых = I₂. Функциональные зависимости между этими постоянными величинами называются статическими характеристиками транзистора. Чтобы установить функциональные связи между указанными величинами, необходимо две из них взять в качестве независимых аргументов, а две оставшиеся выразить в виде функций этих независимых аргументов. Как правило, применительно к биполярному транзистору в качестве независимых аргументов выбирают входной ток и выходное напряжение.   В этом случае

                                              (4.1)

Обычно соотношения (4.1) представляют в виде функций одного аргумента. Для этого второй аргумент, называемый параметром характеристики, фиксируют. В основном, используют два типа характеристик транзистора:

                                       (4.2)

                                     (4.3)

Следует отметить, что общепринято представление вольт-амперной характеристики как функции тока от напряжения, поэтому входная характеристика используется в виде обратной функции

                                    (4.4)

 Статические характеристики транзистора могут задаваться аналитическими выражениями, но в большинстве случаев их представляют графически в виде семейства характеристик, которые и приводятся в справочниках.

4.1. Статические характеристики в схеме с ОБ

В схеме с ОБ (рис. 3.2.а) входным током является ток эмиттера I_э, а выходным – ток коллектора I_к, соответственно, входным напряжением является напряжение U_эб, а выходным – напряжение U_кб.

Входная характеристика в схеме ОБ представлена зависимостью

                                       (4.5)

которая, в свою очередь, является прямой ветвью вольт-амперной характеристики эмиттерного перехода. Семейство входных характеристик кремниевого n-p-n транзистора показано на рис. 4.1, а. Зависимость I_э от U_кб как от параметра связана с эффектом Эрли: увеличение обратного смещения коллекторного перехода U_кб уменьшает эффективную толщину базы W, что приводит к некоторому росту I_э. Это проявляется в смещении входной характеристики в сторону меньших значений . Режиму отсечки формально соответствует обратное напряжение U_эб> 0, хотя реально эмиттерный переход остается закрытым () и при прямых напряжениях .

Выходная характеристика транзистора в схеме ОБ представляет собой зависимость

                                    (4.6)

Семейство выходных характеристик n-p-n транзистора показано на рис. 4.1, б. Форма кривых в активной области соответствует форме обратной ветви вольт-амперной характеристики коллекторного перехода.

Рис. 4.1. Семейства входных (а) и выходных (б) характеристик биполярного транзистора в схеме с ОБ.

Выражение для идеализированной выходной характеристики в активном режиме имеет вид

                                             (4.7)

Отсюда следует, что ток коллектора определяется только током эмиттера и не зависит от напряжения U_кб, т. е. характеристики в активном режиме расположены параллельно оси абсцисс. На практике же при увеличении U_кб имеет место небольшой рост I_к, связанный с эффектом Эрли, характеристики приобретают очень незначительный наклон. Кроме того, в активном режиме характеристики практически эквидистантны (расположены на одинаковом расстоянии друг от друга), и лишь при очень больших токах эмиттера из-за уменьшения α кривые несколько приближаются друг к другу.

При I_э = 0 транзистор находится в режиме отсечки и в цепи коллектора протекает только неуправляемый тепловой ток (I_к = I_кб0).

В режиме насыщения на коллекторном переходе появляется открывающее его прямое напряжение U_кб, большее порогового значения U_{кб пор}, и возникает прямой диффузионный ток навстречу нормальному управляемому току I_к.  Этот ток называют инверсным.  Инверсный ток резко увеличивается с ростом , в результате чего  I_к очень быстро уменьшается и, затем, меняет знак.

 

4.2. Статические характеристики в схеме с ОЭ

В схеме с ОЭ (рис. 3.2, б) входным током является ток базы I_б, а выходным – ток коллектора I_к. Соответственно, входным напряжением является напряжение U_бэ, а выходным – U_кэ. 

Рис. 4.2. Семейства входных (а) и выходных характеристик (б) биполярного транзистора в схеме с ОЭ.

Входная характеристика в схеме с ОЭ представляет собой зависимость

                                     (4.8)

что, как и в схеме с ОБ, соответствует прямой ветви вольт-амперной характеристики эмиттерного перехода.

Семейство входных характеристик кремниевого n-p-n транзистора показано на рис. 4.2, а. Зависимость тока базы I_б от напряжения на коллекторе U_кэ, как и в предыдущем случае, обусловлена эффектом Эрли. Уменьшение эффективной ширины базы W с ростом U_кэ приводит к уменьшению тока рекомбинации, а, следовательно, тока базы в целом. В результате, характеристики смещаются в сторону больших значений U_бэ. Следует отметить, что I_б = 0 при некотором значении U_пор> 0, когда рекомбинационный ток (1-α)I_э становится равным тепловому току I_кэ0. При U_бэ <U_пор, I_б = — I_кэ0, что соответствует режиму отсечки.

 При U_кэ <U_бэ открывается коллекторный переход, и транзистор переходит в режим насыщения. В этом режиме вследствие двойной инжекции в базе накапливается очень большой избыточный заряд электронов, интенсивность рекомбинации которых с дырками резко возрастает, и ток базы стремительно растет.  

Выходная характеристика в схеме с ОЭ представляет собой зависимость

                                     (4.9)

Семейство выходных характеристик показано на рис. 7.6б.  Для получения идеализированной выходной характеристики в активном режиме из соотношения (2. 2), учитывая (2.6), исключим ток эмиттера. Тогда

                            (4.10)

Ток I_кэ0 называют сквозным тепловым током транзистора, причем, как видно из (4.11),

                                           (4.11)

Семейство выходных характеристик целиком расположено в первом квадранте. Данный факт обусловлен тем, что в схеме с ОЭ напряжение U_кэ распределено между обоими переходами.  При U_кэ <U_бэ напряжение на коллекторном переходе меняет знак и становится прямым. В результате транзистор переходит в режим насыщения при U_кэ> 0. В режиме насыщения характеристики сливаются в одну линию, т.е. I_к становится неуправляемым и не зависит от тока базы.

Как видно из рис. 4.2 .б, в активном режиме кривые проходят под углом к оси абсцисс, причем этот угол увеличивается с ростом тока базы.   Такое поведение кривых обусловлено эффектом Эрли. Однако рост I_к при увеличении U_кэ выражен значительно ярче, чем в схеме с ОБ, поскольку в активном режиме эмиттерный переход приоткрыт падением напряжения на материале базы в результате протекания коллекторного тока. Это приводит к дополнительному увеличению коллекторного тока I_к с ростом напряжения U_кэ. Этим же объясняется отсутствие эквидистантности и наличие в β раз большего, чем I_кб0, сквозного теплового тока I_кэ0 (4.11). 

Характеристики схемы транзистора

PNP, работа, применение

В этом уроке мы попытаемся понять основы танзистора PNP. Мы плохо изучим его работу, контакты, основную схему, идентификацию терминалов, пример и несколько приложений.

Краткое описание

Введение

PNP-транзистор — это еще один тип транзистора с биполярным переходом (BJT). Структура транзистора PNP полностью отличается от транзистора NPN. Два диода с PN-переходом в структуре PNP-транзистора перевернуты по отношению к NPN-транзистору, например, два легированных полупроводниковых материала P-типа разделены тонким слоем легированного полупроводникового материала N-типа.

В транзисторе PNP основными носителями тока являются дырки, а электроны являются неосновными носителями тока. Все полярности питающего напряжения, подаваемые на PNP-транзистор, меняются местами. В PNP ток поступает к базовой клемме. Небольшой базовый ток в PNP может контролировать большой ток эмиттер-коллектор, поскольку это устройство, управляемое током.

Стрелка для транзисторов BJT всегда расположена на выводе эмиттера, а также указывает направление условного протекания тока. В PNP-транзисторе эта стрелка указывает как «указывающая внутрь», а направление тока в PNP-транзисторе полностью противоположно NPN-транзистору. Структура транзистора PNP полностью противоположна транзистору NPN. Но характеристики и работа транзистора PNP почти такие же, как у транзистора NPN с небольшими отличиями. Символ и структура транзистора PNP показаны ниже.

На приведенном выше рисунке показаны структура и условное обозначение транзистора PNP. Этот транзистор в основном состоит из 3 выводов: эмиттера (E), коллектора (C) и базы (B). Здесь, если вы наблюдаете, ток базы вытекает из базы, в отличие от транзистора NPN. Напряжение на эмиттере значительно положительно по отношению к базе и коллектору.

НАВЕРХ

Рабочий PNP-транзистор

Схема подключения PNP-транзистора к напряжению питания приведена ниже. Здесь клемма базы имеет отрицательное смещение по отношению к эмиттеру, а клемма эмиттера имеет положительное напряжение смещения по отношению как к базе, так и к коллектору из-за транзистора PNP.

Полярность и направление тока здесь обратные по сравнению с транзистором NPN. Если транзистор подключен ко всем источникам напряжения, как показано выше, то ток базы протекает через транзистор, но здесь базовое напряжение должно быть более отрицательным по отношению к эмиттеру, чтобы транзистор работал. Здесь переход база-эмиттер действует как диод. Небольшое количество тока в базе контролирует протекание большого тока через эмиттер в область коллектора. Базовое напряжение обычно составляет 0,7 В для кремниевых и 0,3 В для германиевых устройств.

Здесь базовая клемма действует как вход, а область эмиттер-коллектор действует как выход. Напряжение питания V _CC подключается к клемме эмиттера, а нагрузочный резистор (R _L ) подключается к клемме коллектора. Этот нагрузочный резистор (R _L ) используется для ограничения максимального тока, протекающего через устройство. Еще один резистор (R _B ) подключен к клемме базы, который используется для ограничения максимального тока, протекающего через клемму базы, а также к клемме базы приложено отрицательное напряжение. Здесь ток коллектора всегда равен вычитанию тока базы из тока эмиттера. Как и NPN-транзистор, PNP-транзистор также имеет значение коэффициента усиления по току β. Теперь давайте посмотрим на связь между токами и коэффициентом усиления по току β.

Ток коллектора (I _C ) определяется по формуле .

Коэффициент усиления по постоянному току = β = выходной ток/входной ток

Здесь выходной ток — это ток коллектора, а входной ток — это базовый ток.

β = I _C /I _B

Из этого уравнения получаем

I _B = I _C /β  ​​

I _C = β I _B

Также мы определяем коэффициент усиления по току как

Коэффициент усиления по току = ток коллектора/ток эмиттера (в транзисторе с общей базой) C /I _E

Связь между α и β определяется формулой by,

I _C = – α I _E + I _CBO где I _СВО — ток насыщения.

С I _E = -(I _C + I _B )

I _C = -α ( -(I _C + I _B )) + I

9

9

9

9

I _C — α I _C = α I _B + I _CBO

I _C (1- α) = α I _B + I _CBO

9002 I _{C =} C = C = C = C = C = C = C = C = C = C = C = C = C = C = C = C = C = C = C = C = C = + _CBO

_{C =} . (α/ (1- α)) I _B + I _CBO / (1- α)

Так как β = α / (1- α)

Теперь мы получаем уравнение для тока коллектора

I _C = β I _B + (1+ β) I _CBO

Выходные характеристики транзистора PNP такие же, как характеристики транзистора NPN. Небольшое отличие состоит в том, что характеристическая кривая PNP-транзистора поворачивается на 180 ⁰ для расчета значений напряжения и тока обратной полярности. Линия динамической нагрузки также существует на характеристической кривой для расчета значения Q-точки. Транзисторы PNP также используются в схемах переключения и усиления, как транзисторы NPN.

НАВЕРХ

PNP-транзистор Пример

Рассмотрим PNP-транзистор, который включен в цепь с напряжениями питания V _B = 1,5 В, V _{E CC5 + 90,036 2 В = 10 В и –В CC = -10 В. А также эта цепь, соединенная с резисторами R B = 200 кОм и R E = R C (или R L ) = 5 кОм. Теперь рассчитайте текущие значения коэффициента усиления (α, β) транзистора PNP.}

Here

V _B = 1.5V

V _E = 2V

+V _CC = 10V and –V _CC = -10V

R _B = 200kΩ

R _E = R _C (или R _L ) = 5 кОм

Базовый ток,

I _B = V _B / R _B = 1,5 / (200* ³ ) = 7,5. уА.

Ток эмиттера,

I _E = В _E / R _E = (10-2)/ (5*10 ³ ) = 8/(5*10 ³ ) = 1,6 мА.

Ток коллектора.

Теперь мы должны вычислить значения α и β,

α = I _C /I _E = 1,59*10 ^-3 /1,6*10 ^-3 = 3 900

β = 0,905

3 β /I _B = 1,59*10 ^-3 /7,5*10 ^-6 = 212

Наконец, мы получаем значения коэффициента усиления по току рассматриваемого PNP-транзистора:

α = 0,995 и β = 212

НАВЕРХ

Согласование транзисторов BJT

Согласование транзисторов представляет собой не что иное, как соединение транзисторов NPN и P с высокой мощностью. Эта структура также называется «согласованной парой». Транзисторы NPN и PNP называются комплементарными транзисторами. В основном эти схемы с согласованными парами используются в усилителях мощности, таких как усилители класса B. Если мы подключим комплементарные транзисторы, которые имеют одинаковые характеристики, то будет очень полезно управлять выходными каскадами в двигателях и крупных машинах, постоянно производя большую мощность.

NPN-транзистор проводит только в положительном полупериоде сигнала, а PNP-транзистор проводит только в отрицательном полупериоде сигнала, поэтому устройство работает непрерывно. Эта непрерывная работа очень полезна в силовых двигателях для производства непрерывной мощности. Дополнительные транзисторы должны иметь одинаковое значение коэффициента усиления по постоянному току (β). Эти согласованные парные схемы используются в системах управления двигателями, робототехнике и усилителях мощности.

НАВЕРХ

Идентификация PNP-транзистора

Обычно мы идентифицируем PNP-транзисторы по их структуре. У нас есть некоторые различия в структурах транзисторов NPN и PNP при сравнении. Еще одна вещь, позволяющая идентифицировать PNP-транзистор, заключается в том, что обычно PNP-транзистор находится в выключенном состоянии при положительном напряжении и во включенном состоянии, когда малый выходной ток и отрицательное напряжение на его базе относительно эмиттера. Но чтобы идентифицировать их наиболее эффективно, мы используем другой метод, вычисляя сопротивление между тремя клеммами, такими как база, эмиттер и коллектор.

У нас есть несколько стандартных значений сопротивления для идентификации транзисторов NPN и PNP. Необходимо проверить каждую пару клемм в обоих направлениях на значения сопротивления, поэтому всего требуется шесть тестов. Этот процесс очень полезен для легкой идентификации транзистора PNP. Теперь мы видим поведение работы каждой пары терминалов.

• Клеммы эмиттер-база: Область эмиттер-база действует как диод, но проводит ток только в одном направлении.
• Клеммы коллектор-база: Область коллектор-база также действует как диод, проводящий ток только в одном направлении.
• Клеммы эмиттер-коллектор: Область эмиттер-коллектор выглядит как диод, но он не проводит ток ни в одном направлении.

Теперь давайте посмотрим на таблицу значений сопротивления, чтобы идентифицировать транзисторы NPN и PNP, как показано в следующей таблице.

НАВЕРХ

Транзистор PNP в качестве переключателя

Схема на приведенном выше рисунке показывает PNP-транзистор в качестве переключателя. Работа этой схемы очень проста, если входной контакт транзистора (база) подключен к земле (т.е. отрицательному напряжению), то транзистор PNP находится в состоянии «ВКЛ», теперь напряжение питания на эмиттере проходит, а выходной контакт подтягивается. к большему напряжению. Если входной контакт подключен к высокому напряжению (т. е. положительному напряжению), то транзистор выключен, поэтому выходное напряжение должно быть низким (нулем). Эта операция показывает условия переключения PNP-транзистора из-за их состояний ВКЛ и ВЫКЛ.

НАВЕРХ

Применение

• Транзисторы PNP используются в качестве источника тока, т.е. ток течет из коллектора.
В качестве переключателей используются транзисторы
• PNP.
• Используются в усилительных цепях.
Транзисторы
• PNP используются, когда нам нужно что-то отключить нажатием кнопки. то есть аварийное отключение.
• Используется в парных цепях Дарлингтона.
• Используется в цепях с согласованной парой для обеспечения непрерывной мощности.
• Используется в тяжелых двигателях для управления потоком тока.
• Используется в робототехнике.

НАВЕРХ

НАЗАД – ТРАНЗИСТОР NPN

СЛЕДУЮЩИЙ – КОНФИГУРАЦИИ ТРАНЗИСТОРА

Транзистор PNP – Как это работает?

PNP-транзистор для многих остается загадкой. Но это не обязательно. Если вы хотите проектировать схемы с транзисторами, действительно стоит знать об этом типе транзисторов.

Например: Хотите автоматически включать свет, когда темнеет? Транзистор PNP облегчит вам эту задачу.

В своей статье о том, как работают транзисторы, я объяснил, как работает стандартный транзистор NPN . Если вы еще этого не сделали, я настоятельно рекомендую вам сначала прочитать эту статью.

Если вы понимаете транзистор NPN , вам будет легче понять транзистор PNP . Они работают примерно одинаково, с одним существенным отличием: токи в транзисторе PNP текут в направлении, противоположном току в транзисторе NPN.

Примечание. Эта тема намного проще, если вы понимаете ток и напряжение.

Как работают PNP-транзисторы

PNP-транзистор имеет те же названия ветвей, что и NPN:

• Base
• Излучатель
• Коллектор

Транзистор PNP «включается», когда от эмиттера к базе транзистора течет небольшой ток. Когда я говорю «включить», я имею в виду, что транзистор откроет канал между эмиттером и коллектором. И этот канал может нести гораздо больший ток.

Чтобы ток протекал от эмиттера к базе, необходима разница напряжений около 0,7 В. Поскольку ток идет от эмиттера к базе, база должна быть на 0,7 В 90 389 ниже 90 390, чем эмиттер.

Установив базовое напряжение PNP-транзистора на 0,7 В ниже напряжения эмиттера, вы «включаете транзистор» и позволяете току течь от эмиттера к коллектору.

Я знаю, что это может показаться немного запутанным, поэтому читайте дальше, чтобы узнать, как можно разработать схему с PNP-транзистором.

Пример: схема транзистора PNP

Давайте посмотрим, как создать простую схему транзистора PNP. С помощью этой схемы вы можете использовать для включения светодиода, когда становится темно.

Шаг 1: Эмиттер

Прежде всего, чтобы включить PNP-транзистор, нужно, чтобы напряжение на базе было на ниже на , чем на эмиттере. Для такой простой схемы обычно эмиттер подключается к плюсу источника питания. Таким образом, вы знаете, какое напряжение у вас есть на эмиттере.

Шаг 2: Чем вы хотите управлять

Когда транзистор открывается, ток может течь от эмиттера к коллектору. Итак, давайте подключим то, чем мы хотим управлять: светодиод. Поскольку у светодиода всегда должен быть последовательный резистор, давайте также добавим резистор.

Вы можете заменить светодиод и резистор тем, чем хотите управлять.

Шаг 3: Транзисторный вход

Чтобы зажечь светодиод, нужно открыть транзистор, чтобы открылся канал от эмиттера к коллектору. Для включения транзистора нужно, чтобы напряжение на базе было на 0,7 В ниже, чем на эмиттере, то есть на 9 В.В – 0,7В = 8,3В.

Например, теперь вы можете заставить светодиод включаться, когда темнеет, используя фоторезистор и стандартный резистор, настроенный как делитель напряжения.

Напряжение на базе не будет вести себя точно так, как говорит вам формула делителя напряжения. Это связано с тем, что транзистор также влияет на напряжение.

Но в целом, когда значение фоторезистора велико (нет света), напряжение будет близко к 8,3 В, а транзистор будет включен (который включает светодиод). Когда значение фоторезистора низкое (присутствует много света), напряжение будет близко к 9V и выключите транзистор (который выключает светодиод).

Что контролирует базовое напряжение?

Вы можете задаться вопросом: «Каким образом фоторезистор и резистор на базе волшебным образом создают правильное напряжение 8,3 В в темноте?»

Отчасти потому, что эмиттер и база составляют диод. И диод всегда пытается получить напряжение диода выше себя. Этот конкретный диод имеет напряжение на диоде около 0,7 В. А 8,3В на 0,7В меньше 9В.

Но отчасти это также связано с тем, что размер фоторезистора и резистора на основании настраивает напряжение в правильном диапазоне.

Проверьте мою схему

Вот видео схемы в действии: