Transistor Npn

Il primo transistor bipolare a giunzione fu inventato nel 1947 presso i laboratori Bell. "Due polarità" è abbreviato in bipolare, da cui il nome transistor a giunzione bipolare. BJT è un dispositivo a tre terminali con Collettore (C), Base (B) ed Emettitore (E). L'identificazione dei terminali di un transistor richiede lo schema dei pin di una particolare parte BJT, sarà disponibile nel datasheet. Esistono due tipi di transistor BJT: NPN e PNP. In questo tutorial parleremo dei transistor NPN. Consideriamo i due esempi di transistor NPN - BC547A e PN2222A, mostrati nelle immagini sopra.

In base al processo di fabbricazione, la configurazione dei pin cambierà ei dettagli saranno disponibili nella scheda tecnica corrispondente. Man mano che la potenza nominale del transistor aumenta, il dissipatore di calore necessario deve essere collegato al corpo del transistor. Un transistor corretto o un transistor senza potenziale applicato ai terminali è simile a due diodi collegati back-to-back come mostrato nella figura seguente.

Il diodo D1 ha una proprietà di conduzione inversa basata sulla conduzione diretta del diodo D2. Quando una corrente scorre attraverso il diodo D2, il diodo D1 rileva la corrente e una corrente proporzionale potrà fluire nella direzione inversa dal terminale del collettore al terminale dell'emettitore, a condizione che venga applicato un potenziale più elevato al terminale del collettore. La costante proporzionale è il guadagno (β).

Funzionamento dei transistor NPN:

Come discusso in precedenza, il transistor è un dispositivo controllato in corrente che ha due strati di esaurimento con un potenziale barriera specifico richiesto per diffondere lo strato di esaurimento. Il potenziale barriera per un transistor al silicio è 0,7 V a 25 ° C e 0,3 V a 25 ° C per un transistor al germanio. Per lo più il tipo comune di transistor utilizzato è del tipo al silicio perché il silicio è l'elemento più abbondante sulla terra dopo l'ossigeno.

Operazione interna:

La costruzione del transistor npn è che le regioni del collettore e dell'emettitore sono drogate con materiale di tipo n e la regione di base è drogata con un piccolo strato di materiale di tipo p. La regione dell'emettitore è fortemente drogata rispetto alla regione del collettore. Queste tre regioni formano due giunzioni. Sono giunzione collettore-base (CB) e giunzione base-emettitore.

Quando un potenziale VBE viene applicato attraverso la giunzione Base-Emettitore che aumenta da 0 V, gli elettroni e le lacune iniziano ad accumularsi nella regione di esaurimento. Quando il potenziale aumenta oltre 0,7 V, viene raggiunta la tensione di barriera e avviene la diffusione. Quindi, gli elettroni fluiscono verso il terminale positivo e i flussi di corrente di base (IB) sono opposti al flusso di elettroni. Inoltre, la corrente dal collettore all'emettitore inizia a fluire, a condizione che la tensione VCE sia applicata al terminale del collettore. Il transistor può fungere da interruttore e da amplificatore.

Regione operativa e modalità di funzionamento:

1. Regione attiva, IC = β × IB - Funzionamento dell'amplificatore

2. Regione di saturazione, IC = Corrente di saturazione - Funzionamento interruttore (completamente ON)

3. Area di interruzione, IC = 0 - Funzionamento dell'interruttore (completamente disattivato)

Transistor come interruttore:

Per spiegare con una PSPICE è stato selezionato il modello BC547A. La prima cosa importante da tenere a mente è utilizzare un resistore limitatore di corrente alla base. Correnti di base più elevate danneggeranno un BJT. Dalla scheda tecnica la corrente massima del collettore è 100mA e viene fornito il guadagno corrispondente (hFE o β).

Passaggi per selezionare i componenti, 1. Trova la corrente del collettore wiz la corrente consumata dal tuo carico. In questo caso sarà 60mA (bobina relè o LED paralleli) e resistenza = 200 Ohm.

2. Per portare il transistor in condizione di saturazione deve essere fornita una corrente di base sufficiente in modo che il transistor sia completamente ON. Calcolo della corrente di base e del corrispondente resistore da utilizzare.

Per una saturazione completa, la corrente di base è approssimata a 0,6 mA (non troppo alta o troppo bassa). Di seguito è riportato il circuito con 0V alla base durante il quale l'interruttore è in stato OFF.

a) Simulazione PSPICE di BJT come Switch, eb) Condizione di Switch equivalente

Teoricamente l'interruttore è completamente aperto ma praticamente si può osservare un flusso di corrente di dispersione. Questa corrente è trascurabile poiché sono in pA o nA. Per una migliore comprensione del controllo della corrente, un transistor può essere considerato come un resistore variabile tra il collettore (C) e l'emettitore (E) la cui resistenza varia in base alla corrente attraverso la base (B).

Inizialmente quando nessuna corrente scorre attraverso la base, la resistenza attraverso CE è molto alta e nessuna corrente scorre attraverso di essa. Quando un potenziale di 0,7 V e superiore viene applicato al terminale di base, la giunzione BE si diffonde e provoca la diffusione della giunzione CB. Ora la corrente scorre dal collettore all'emettitore in base al guadagno.

a) Simulazione PSPICE di BJT come Switch, eb) Condizione di Switch equivalente

Vediamo ora come controllare la corrente di uscita controllando la corrente di base. Considerando IC = 42mA e seguendo la stessa formula sopra otteniamo IB = 0.35mA; RB = 14,28kOhm ≈ 15kOhm.

a) Simulazione PSPICE di BJT come Switch, eb) Condizione di Switch equivalente

La variazione del valore pratico dal valore calcolato è dovuta alla caduta di tensione attraverso il transistor e al carico resistivo utilizzato.

Transistor come amplificatore:

L'amplificazione è la conversione di un segnale debole in una forma utilizzabile. Il processo di amplificazione è stato un passo importante in molte applicazioni come segnali trasmessi senza fili, segnali ricevuti senza fili, lettori Mp3, telefoni cellulari e così via. Il transistor può amplificare potenza, tensione e corrente in diverse configurazioni.

Alcune delle configurazioni utilizzate nei circuiti dell'amplificatore sono

1. Amplificatore emettitore comune
2. Amplificatore collettore comune
3. Amplificatore base comune

Dei tipi di cui sopra, il tipo di emettitore comune è la configurazione popolare e maggiormente utilizzata. L'operazione avviene nella regione attiva, il circuito amplificatore a emettitore comune a stadio singolo ne è un esempio. Un punto di polarizzazione CC stabile e un guadagno CA stabile sono importanti nella progettazione di un amplificatore. Il nome amplificatore a stadio singolo quando viene utilizzato un solo transistor.

Sopra è un circuito amplificatore a stadio singolo in cui un segnale debole applicato al terminale di base viene convertito in β volte il segnale effettivo al terminale del collettore.

Scopo della parte:

CIN è il condensatore di accoppiamento che accoppia il segnale di ingresso alla base del transistor. Pertanto questo condensatore isola la sorgente dal transistor e consente il passaggio solo del segnale CA. CE è il condensatore di bypass che funge da percorso a bassa resistenza per il segnale amplificato. COUT è il condensatore di accoppiamento che accoppia il segnale in uscita dal collettore del transistor. Pertanto questo condensatore isola l'uscita dal transistor e consente il passaggio solo del segnale CA. R2 e RE forniscono la stabilità all'amplificatore mentre R1 e R2 insieme assicurano la stabilità nel punto di polarizzazione DC agendo come un potenziale divisore.

Operazione:

Il circuito funziona istantaneamente per ogni intervallo di tempo. Semplicemente per capire, quando la tensione CA al terminale di base aumenta il corrispondente aumento della corrente scorre attraverso il resistore dell'emettitore. Pertanto, questo aumento della corrente dell'emettitore aumenta la corrente del collettore più alta che fluisce attraverso il transistor, il che riduce la caduta dell'emettitore del collettore VCE. Allo stesso modo, quando la tensione CA in ingresso si riduce esponenzialmente, la tensione VCE inizia ad aumentare a causa della diminuzione della corrente dell'emettitore. Tutte queste variazioni di tensioni si riflettono istantaneamente all'uscita che sarà invertita la forma d'onda dell'ingresso, ma amplificata.

Caratteristiche	Base comune	Emettitore comune	Collezionista comune
Guadagno di tensione	Alto	medio	Basso
Guadagno attuale	Basso	medio	Alto
Guadagno di potenza	Basso	Molto alto	medio

Tabella: tabella di confronto del guadagno

Sulla base della tabella sopra, è possibile utilizzare la configurazione corrispondente.