Tranzystor PNP: schemat elektryczny. Jaka jest różnica między tranzystorami PNP i NPN?

Tranzystor PNP jest urządzeniem elektronicznym, w pewnym sensie przeciwieństwem tranzystora NPN. W tym typie konstrukcji tranzystora, jego złącza PN są otwierane przy napięciach odwrotnej polaryzacji w stosunku do typu NPN. W symbolu strzałki urządzenia, która również określa wyjście emitera, tym razem wskazuje wnętrze symbolu tranzystora.

Konstrukcja urządzenia

Schemat budowy tranzystora typu PNP składa się z dwóch obszarów półprzewodnikowego materiału typu p po obu stronach obszaru materiału typu n, jak pokazano na poniższym rysunku.

Strzałka identyfikuje emisję i ogólnie przyjęty kierunek jej prądu (do wewnątrz dla tranzystora PNP).

Tranzystor PNP ma bardzo podobną charakterystykę z jego dwubiegunowym bratem NPN, z tym wyjątkiem, że kierunki prądów i biegunowość napięć w nich są odwrócone dla dowolnego z trzech możliwych schematów przełączania: ze wspólną bazą, ze wspólnym nadajnikiem i ze wspólnym kolektorem.

Główne różnice między dwoma typami tranzystorów bipolarnych

Główną różnicą między nimi jest to, że otwory są głównymi nośnikami prądu dla tranzystorów PNP, tranzystory NPN mają elektrony w tej jakości. Dlatego polaryzacja napięcia zasilającego tranzystor jest odwracana, a jego prąd wejściowy wypływa z podstawy. W przeciwieństwie do tranzystora NPN, płynie do niego prąd bazowy, jak pokazano poniżej na schemacie okablowania obu typów urządzeń ze wspólną podstawą i wspólnym nadajnikiem.

Zasada działania tranzystora typu PNP opiera się na zastosowaniu małego prądu bazowego (jak w typie NPN) i ujemnego (w przeciwieństwie do NPN) napięcia bazowego, aby sterować znacznie większym prądem emitera-kolektora. Innymi słowy, dla tranzystora PNP emiter jest bardziej dodatni w stosunku do podstawy, jak również do kolektora.

Rozważ różnice w typie PNP w schemacie integracji ze wspólną bazą.

Rzeczywiście, widać z niego, że prąd kolektora I _C (w przypadku tranzystora NPN) płynie z dodatniego bieguna baterii B2, przechodzi przez przewód kolektora, penetruje do niego i musi następnie przejść przez przewód podstawowy, aby powrócić do ujemnego bieguna baterii. W ten sam sposób, biorąc pod uwagę obwód emitera, można zobaczyć, jak jego prąd z bieguna dodatniego baterii B1 wchodzi do tranzystora na wyjściu bazowym, a następnie przeniknie do emitera.

Wyjście bazy przechodzi więc zarówno prąd kolektora I _{C, jak} i prąd emiterowy I _E. Ponieważ cyrkulują one w swoich konturach w przeciwnych kierunkach, uzyskany prąd podstawowy jest równy ich różnicy i jest bardzo mały, ponieważ I _{C jest} nieco mniejszy niż I _E. Ale ponieważ ta ostatnia jest jeszcze większa, kierunek przepływu różnicy prąd (prąd baza) pokrywa się z _IE , a zatem tranzystor bipolarny typu PNP ma prąd płynący z podstawy, a typ NPN ma przepływ prądu.

Różnice typu PNP na przykładzie schematu integracji ze wspólnym emiterem

W tym nowym schemacie przejście tranzystora bazowego PN jest otwarte na napięcie baterii B1, a przejście do bazy-kolektora jest przesuwane w przeciwnym kierunku przez napięcie baterii B2. Wyjście nadajnika jest więc wspólne dla obwodów podstawy i kolektora.

Całkowity prąd emitera wynika z sumy dwóch prądów I _C i I _B ; przekazywanie wyjścia emitera w jednym kierunku. Tak więc mamy I _E = I _C + I _B.

Na tym schemacie prąd podstawowy IB po prostu "rozgałęzia się" od prądu IE emitera, również zbiegając się z nim w kierunku. W tym samym czasie tranzystor typu PNP nadal ma prąd I _B wypływający z podstawy, a typ NPN ma dopływ.

W trzecim znanym tranzystorowe obwody zasilające ze wspólnym kolektorem sytuacja jest dokładnie taka sama. Dlatego nie przedstawiamy go w celu ratowania czasu i miejsca czytelników.

Tranzystor PNP: łączące źródła napięcia

Źródło napięcia między podstawą a emiterem (V _{BE) jest} podłączone do ujemnego bieguna do podstawy i dodatnie do emitera, ponieważ tranzystor PNP działa, gdy baza przesuwa się ujemnie w stosunku do emitera.

Napięcie zasilania emitera jest również dodatnie w stosunku do kolektora (V _CE ). Tak więc, w tranzystorze typu PNP, wyjście emitera jest zawsze bardziej dodatnie w odniesieniu zarówno do podstawy, jak i kolektora.

Źródła napięcia są podłączone do tranzystora PNP, jak pokazano na poniższym rysunku. Tym razem kolektor jest podłączony do napięcia zasilania V _CC przez rezystor obciążenia RL, który ogranicza maksymalny prąd przepływający przez urządzenie. Napięcie podstawowe VB, które odchyla je w kierunku ujemnym względem emitera, jest doprowadzane do niego przez rezystor RB, który jest ponownie wykorzystywany do ograniczenia maksymalnego prądu podstawowego.

Praca kaskada tranzystora PNP

Tak więc, aby spowodować przepływ prądu podstawowego w tranzystorze PNP, podstawa powinna być bardziej ujemna niż emiter (prąd powinien opuścić podstawę) o około 0,7 wolta dla urządzenia krzemowego lub 0,3 wolta dla germanu. Wzory stosowane do obliczenia rezystora podstawowego, prądu bazowego lub prądu kolektora są takie same, jak te stosowane dla równoważnego tranzystora NPN i pokazano poniżej.

Widzimy, że podstawową różnicą między tranzystorem NPN i PNP jest poprawne przesunięcie połączeń pn, ponieważ kierunki prądów i biegunowość napięć w nich są zawsze przeciwne. Tak więc, dla powyższego schematu: I _C = I _E - I _B , ponieważ prąd musi płynąć z podstawy.

Z reguły tranzystor PNP może być zastąpiony przez NPN w większości obwodów elektronicznych, różnica polega jedynie na polaryzacji napięcia i kierunku prądu. Takie tranzystory mogą być również wykorzystywane jako urządzenia przełączające, a przykład klucza na tranzystorze PNP pokazano poniżej.

Charakterystyka tranzystora

Charakterystyki wyjściowe tranzystora typu PNP są bardzo podobne do odpowiednich krzywych równoważnego tranzystora NPN, z tym wyjątkiem, że są obrócone o 180 °, biorąc pod uwagę odwrotną polaryzację napięć i prądów (prądy podstawowe i kolektorowe, tranzystory PNP są ujemne). Podobnie, aby znaleźć punkty pracy tranzystora typu PNP, jego dynamiczna linia obciążenia może być przedstawiona w trzeciej ćwiartce kartezjańskiego układu współrzędnych.

Typowe charakterystyki tranzystora PNP 2N3906 pokazano na poniższym rysunku.

Pary tranzystorów we wszystkich etapach wzmacniacza

Być może zastanawiasz się, jaki jest powód używania tranzystorów PNP, gdy dostępnych jest wiele tranzystorów NPN, które mogą być używane jako wzmacniacze lub przełączniki półprzewodnikowe? Jednak obecność dwóch różnych typów tranzystorów - NPN i PNP - daje duże korzyści w projektowaniu obwodów wzmacniacza mocy. Takie wzmacniacze używają "komplementarnych" lub "dopasowanych" par tranzystorów (reprezentujących jeden tranzystor PNP i jeden NPN, połączonych ze sobą, jak pokazano na rysunku poniżej) w stopniu wyjściowym.

Dwa odpowiadające tranzystory NPN i PNP o podobnych właściwościach, które są identyczne ze sobą, są nazywane komplementarnymi. Na przykład TIP3055 (typ NPN) i TIP2955 (typ PNP) są dobrym przykładem komplementarnych silikonowych tranzystorów mocy. Oba mają wzmocnienie DC β = I _C / I _B zgodne w granicach 10% i wysoki prąd kolektora około 15A, co czyni je idealnymi do urządzeń sterujących silnikiem lub robotów.

Ponadto Wzmacniacze klasy B. używaj dopasowanych par tranzystorów i kaskad mocy o wysokiej mocy. W nich tranzystor NPN przewodzi tylko dodatnią półfalę sygnału, a tranzystor PNP - tylko jego ujemną połowę.

Pozwala to wzmacniaczowi na przewodzenie wymaganej mocy przez głośnik w obu kierunkach dla zadanej mocy znamionowej i impedancji. W rezultacie prąd wyjściowy, który jest zwykle rzędu kilku amperów, jest równomiernie rozłożony między dwa komplementarne tranzystory.

Pary tranzystorów w obwodach sterowania silnika

Są one również stosowane w obwodach kontrolnych mostu H dla odwracalnych silników prądu stałego, które umożliwiają równomierne regulowanie prądu przez silnik w obu kierunkach jego obrotu.

Powyższy obwód H-bridge jest tak zwany, ponieważ podstawowa konfiguracja jego czterech przełączników na tranzystorach przypomina literę "H" z silnikiem umieszczonym na linii poprzecznej. Mostek tranzystorowy H jest prawdopodobnie jednym z najczęściej stosowanych typów układów sterowania cofaniem. silnik prądu stałego. Wykorzystuje "komplementarne" pary tranzystorów NPN i PNP w każdym odgałęzieniu, które działają jako klucze do sterowania silnikiem.

Wejście sterujące A zapewnia pracę silnika w jednym kierunku, podczas gdy wejście B służy do odwrotnego obrotu.

Na przykład, gdy tranzystor TR1 jest włączony, a TR2 jest wyłączony, wejście A jest podłączone do napięcia zasilania (+ Vcc), a jeśli tranzystor TR3 jest wyłączony i TR4 jest włączony, wejście B jest podłączone do 0 woltów (GND). W związku z tym silnik obraca się w jednym kierunku, co odpowiada dodatniemu potencjałowi wejścia A i ujemnego wejścia B.

Jeśli stan klawiszy zostanie zmieniony, aby TR1 był wyłączony, TR2 jest włączony, TR3 jest włączony, a TR4 jest wyłączony, prąd silnika będzie płynął w przeciwnym kierunku, co spowoduje jego odwrócenie.

Używając przeciwnych poziomów logiki "1" lub "0" na wejściach A i B, można kontrolować kierunek obrotów silnika.

Określanie typu tranzystorów

Każdy tranzystor bipolarny może być reprezentowany składając się zasadniczo z dwóch diod połączonych ze sobą z powrotem do tyłu.

Możemy użyć tej analogii, aby określić, czy tranzystor jest PNP czy NPN, sprawdzając jego rezystancję między trzema pinami. Testując każdą parę z nich w obu kierunkach za pomocą multimetru, po sześciu pomiarach otrzymujemy następujący wynik:

1. Emiter - Baza. Te styki powinny działać jak normalna dioda i przewodzić prąd tylko w jednym kierunku.

2. Kolektor - Baza. Te styki powinny również działać jak normalna dioda i przewodzić prąd tylko w jednym kierunku.

3 Emitter - Collector. Te odkrycia nie powinny prowadzić w żadnym kierunku.

Wartości rezystancji przejściowych obu typów tranzystorów

Następnie możemy określić tranzystor PNP jako sprawny i zamknięty. Mały prąd wyjściowy i ujemne napięcie na jego podstawie (B) w stosunku do swojego nadajnika (E) otworzy go i pozwoli na przepływ znacznie większego prądu kolektora-emitora. Tranzystory PNP są przeprowadzane z dodatnim potencjałem emitera. Innymi słowy tranzystor bipolarny PNP zostanie przeprowadzone tylko wtedy, gdy wyniki bazy i kolektora będą ujemne w stosunku do emitera.