NPN ir PNP tranzistoriai yra du svarbiausi elektronikos elementai, naudojami visur – nuo paprastų LED jungiklių iki stiprintuvų ir valdymo grandinių. Nors iš išorės jie atrodo panašūs, jie įsijungia priešingais poliškumu ir valdo srovės srautą skirtingomis kryptimis. Šiame straipsnyje sužinosite, kaip jie veikia, kaip juos atpažinti ir kur kiekvienas tipas geriausiai tinka.
NPN tranzistoriaus apžvalga
NPN tranzistorius yra bipolinis jungties tranzistorius (BJT), pagamintas iš N/P/N sluoksnių su trimis gnybtais: emiteriu (E), baze (B) ir kolektoriumi (C). Jame yra dvi PN jungtys (bazė-emiteris ir bazė-kolektorius), o elektronai yra pagrindiniai krūvio nešėjai.
Kas yra PNP tranzistorius?
PNP tranzistorius yra bipolinis jungties tranzistorius (BJT), pagamintas iš P/N/P sluoksnių su trimis gnybtais: emiteriu (E), pagrindu (B) ir kolektoriumi (C). Jame yra dvi PN jungtys (bazė-emiteris-kolektorius ir bazė-kolektorius), o skylės yra pagrindiniai krūvio nešėjai.
NPN ir PNP tranzistorių veikimo principas
Tiek NPN, tiek PNP tranzistoriai naudoja mažą bazinę pavarą (bazinę srovę arba bazinę emiterio įtampą), kad valdytų didesnę srovę per kitus du gnybtus. Daugumoje perjungimo grandinių tranzistoriai veikia dviem pagrindinėmis būsenomis:
• Išjungimas (OFF): maža bazinė pavara arba jos nėra, beveik nėra srovės srauto
• Sodrumas (ON): stipri bazinė pavara, tranzistorius veikia kaip uždaras jungiklis
Pagrindinis skirtumas tarp NPN ir PNP yra poliškumas, reikalingas įjungti ir įprasto srovės srauto kryptis.
Kaip įsijungia ir išsijungia NPN tranzistorius
NPN įsijungia, kai:
• Bazinė įtampa (VB) yra didesnė už emiterio įtampą (VE)
• Pagrindo ir emiterio jungtis yra pasvirusi į priekį (~0,7 V siliciui)
Maža bazinė srovė (IB) leidžia tekėti didesnei kolektoriaus srovei (Ic).
• Įprasta srovės kryptis: kolektorius → spindulys
NPN išsijungia, kai:
• Pagrindas nėra pakankamai aukštas, palyginti su emiteriu
• Pagrindo ir emiterio sandūra nėra nukreipta į priekį
Esant mažai bazinei pavarai arba jos visai nėra, tranzistorius elgiasi kaip atviras jungiklis.
Kaip PNP tranzistorius įsijungia ir išsijungia
PNP įsijungia, kai:
• Bazinė įtampa (VB) yra mažesnė už emiterio įtampą (VE)
• Pagrindo ir emiterio jungtis yra nukreipta į priekį (bazė maždaug 0,7 V žemesnė nei silicio spindulys)
• Iš pagrindo išteka nedidelė bazinė srovė, leidžianti laidumą.
Įprasta srovės kryptis: emiterio → kolektoriaus
PNP išsijungia, kai:
• Bazinė įtampa pakyla arti emiterio įtampos
• Pagrindo ir emiterio sandūra nebėra nukreipta į priekį
Jis elgiasi kaip atviras jungiklis, blokuojantis srovės srautą.
NPN vs PNP tranzistoriaus konstrukcija
Vidinio sluoksnio išdėstymas lemia, kaip elgiasi kiekvienas tranzistorius:
• NPN: N / P / N
• PNP: P / N / P
Ši struktūra turi įtakos krūvio nešėjams ir greičiui:
• NPN: dominuoja elektronai (paprastai greitesnis perjungimas)
• PNP: dominuoja skylės (paprastai lėtesnis perjungimas)
Kadangi elektronai juda greičiau nei skylės, NPN tranzistoriai dažniausiai teikiami greitam perjungimui ir šiuolaikinėms valdymo grandinėms.
NPN ir PNP tranzistorių simboliai
• NPN: rodyklė nukreipta į išorę
• PNP: rodyklė nukreipta į vidų
NPN ir PNP tranzistorių charakteristikos
| Funkcija | NPN tranzistorius | PNP tranzistorius |
|---|---|---|
| Tipinė perjungimo padėtis | Žemos pusės jungiklis (tarp apkrovos ir GND) | Aukštas jungiklis (tarp V+ ir apkrovos) |
| Įsijungia, kai bazė yra... | Didesnis nei emiteris | Mažesnis nei emiteris |
| Tipinis valdymo signalas | AUKŠTAS signalas → ĮJUNGTAS (lengva daugumai MCU) | LOW signalas → ĮJUNGTAS (gali prireikti tvarkyklės) |
| Dabartinis vaidmuo grandinėse | Sumažina srovę (traukia krovinį ant žemės) | Šaltiniai srovė (tiekimo apkrova iš tiekimo) |
| Pageidautina greitam perjungimui | Paprastai geriau | Paprastai lėčiau |
| Lengviau 5 V / 3,3 V skaitmeninėse sistemose | Labai dažni | Gali prireikti lygio poslinkio |
| Geriausias naudojimo atvejis | Paprastas, greitas, įprastas perjungimas | Pasiūlos kontrolė, papildomi dizainai |
NPN ir PNP tranzistorių techniniai skirtumai
| Funkcija | NPN tranzistorius | PNP tranzistorius |
|---|---|---|
| Sluoksnio struktūra | N / P / N | P / N / P |
| Daugumos vežėjai | Elektronai | Skylės |
| Pagrindo medžiagos tipas | P tipas | N tipo |
| Bazinės srovės kryptis | Į pagrindą | Iš bazės |
| Įjungti sąlygą | Bazė didesnė už emiterį | Bazė žemesnė už emiterį |
| Simbolio rodyklės kryptis | Į išorę | Į vidų |
| Įprastinė srovės kryptis | Kolektorius → emiteris | Emiterio → kolektorius |
| Greičio tendencija | Paprastai greičiau | Paprastai lėtesnis |
Populiarūs NPN ir PNP tranzistorių pavyzdžiai
Įprasti NPN tranzistoriai
• 2N2222 – Bendras perjungimas ir stiprinimas
• BC547 – mažo signalo perjungimas / stiprinimas
• BC337 – vidutinės srovės perjungimas / stiprinimas
• PN2222A – 2N2222 stiliaus alternatyva
• 2N3904 – įprastas mažo signalo NPN
• 2N3055 – populiari galia NPN didelėms srovėms
Įprasti PNP tranzistoriai
• 2N2907 – perjungimas ir stiprinimas
• BC557 – mažos galios PNP
• BC327 – vidutinės galios PNP
• BC558 – žemo lygio PNP programos
• 2N3906 – papildoma pora 2N3904
NPN ir PNP tranzistorių privalumai
NPN tranzistorių privalumai
• Greitesnis perjungimas
• Didesnis elektronų mobilumas
• Labai paplitęs silicio konstrukcijose
PNP tranzistorių privalumai
• Tinka perjungimui iš aukštos pusės (teigiamas)
• Naudinga papildomose ir stūmimo grandinėse
Išvada
Pasirinkimas tarp NPN ir PNP tranzistoriaus priklauso nuo poliškumo, perjungimo padėties ir to, kaip grandinė valdo srovę. NPN įrenginiai dažnai teikiami pirmenybė greitam, žemam perjungimui, o PNP tipai yra naudingi aukštos pusės valdymui ir papildomiems dizainams.
Dažnai užduodami klausimai [DUK]
Ar galiu pakeisti NPN tranzistorių PNP tranzistoriumi (arba atvirkščiai)?
Ne tiesiogiai. NPN ir PNP tranzistoriams reikia priešingo bazinio poliškumo, kad jie įsijungtų, o grandinės srovė teka skirtingomis kryptimis. Norint pakeisti vieną kitu, paprastai reikia perjungti jungiklio padėtį (aukšta ir žema) ir pakeisti pagrindo vairavimo būdą.
Kodėl mikrovaldikliai paprastai geriau veikia su NPN tranzistoriais?
Dauguma mikrovaldiklių išveda HIGH signalą į šaltinio bazinę srovę, todėl NPN tranzistorius lengva įjungti kaip žemos pusės jungiklį. Naudojant PNP tranzistorių dažnai reikia LOW-side valdymo signalo arba papildomos tvarkyklės grandinės, ypač 3.3V/5V sistemose.
Kokią rezistoriaus vertę turėčiau naudoti NPN arba PNP tranzistoriaus pagrindui?
Bendras pradinis taškas yra nuo 1 kΩ iki 10 kΩ, priklausomai nuo apkrovos srovės ir valdymo įtampos. Norėdami perjungti, pasirinkite rezistorių taip, kad bazinė srovė būtų pakankamai stipri, kad tranzistorius būtų prisotintas (paprasta taisyklė yra bazinė srovė ≈ apkrovos srovė ÷ 10, kad būtų užtikrintas patikimas ON elgesys).
Kodėl tranzistorius įkaista net tada, kai jis įjungtas?
Tranzistorius įkaista, kai jis nėra visiškai prisotintas arba kai apkrovos srovė yra didelė. Perjungimo grandinėse šiluma paprastai reiškia nepakankamą bazinę pavarą, per didelę apkrovos srovę arba mažos srovės tranzistoriaus naudojimą. Apkrovos mažinimas, bazinės pavaros tobulinimas arba MOSFET naudojimas gali išspręsti šią problemą.
Kokia yra geriausia tranzistoriaus alternatyva didelės srovės perjungimui: BJT ar MOSFET?
Didelės srovės ar efektyviam perjungimui loginio lygio MOSFET dažnai yra geresnis nei BJT, nes jis eikvoja mažiau energijos ir nereikia nuolatinės bazinės srovės. BJT vis dar puikiai tinka paprastam, nebrangiam perjungimui, tačiau MOSFET paprastai veikia vėsiau ir efektyviau esant didesnėms apkrovoms.