Transistor NPN (NPN - aus dem Englischen: "negative-positive—negative") ist eine der Haupttypen von Halbleitergeräten, die in der Elektronik weit verbreitet sind. Ein solcher Transistor besteht aus drei Schichten, wobei die mittlere Schicht im Vergleich zu den äußeren Schichten (negativ) eine entgegengesetzte (positive) Polarität aufweist.
Im Diagramm wird der NPN-Transistor mit den folgenden Symbolen gekennzeichnet: Zwei rechteckige Linien stellen den Kollektor (mit dem Namen C) dar, der Emitter (E) und die Basis (B) werden durch einen Pfeil angezeigt. Die Stromversorgung der Schaltung ist mit dem Kollektor (C) und dem Lastwiderstand mit dem Emitter (E) verbunden. Die Basis (B) dient zur Steuerung des Stroms und ist der Eingang der Schaltung.
Die unterschiedlichen Eigenschaften des NPN-Transistors, wie z. B. Stromverstärkung, Sättigungsspannung und Leistung, ermöglichen die Verwendung dieser Art von Transistoren in verschiedenen elektronischen Schaltungen. NPN-Transistoren werden häufig in Verstärkungsschaltungen und in Wandlern zur Steuerung elektrischer Schaltkreise verwendet.
Die Arbeit des NPN-Transistors basiert auf dem Transport von Elektronen zwischen den Schichten. Wenn die Spannung an die Basis (B) angelegt wird, bildet sich ein Basisstrom. Dadurch können Elektronen vom Emitter (E) in die Basis (B) eindringen und in den Kollektor (C) gelangen. Wenn der Basisstrom nicht groß genug ist, ist der Kollektorstrom klein oder fehlt. Bei einem ausreichend großen Basisstrom kann der NPN-Transistor jedoch gesättigt sein und der Kollektorstrom ist groß.
NPN-Transistoren haben viele Anwendungen in der modernen Technik. Sie können in Signalverstärkungsschaltungen, in integrierten Schaltungen und in logischen Elementen verwendet werden, in denen große Ströme mit einem kleinen Basisstrom gesteuert werden können.
Beschreibung des NPN-Transistors
Das Hauptmerkmal des NPN-Transistors besteht darin, dass der Emitter für seinen Betrieb an den Bereich mit der geringsten Stromversorgung und den Kollektor an den Bereich mit der größten Stromversorgung angeschlossen werden muss. Wenn ein kleines Signal an die Basis gesendet wird, fließt ein gesättigter elektronischer Strom vom Emitter zum Kollektor und steuert seine Verstärkungseigenschaften. Somit ist der NPN-Transistor ein Stromverstärker.
NPN-Transistoren werden häufig in einer Vielzahl von elektronischen Geräten wie Verstärkern, Stabilisatoren, Schaltern usw. verwendet. Ihre Vorteile sind niedrige Kosten, geringe Abmessungen und Arbeitseffizienz.
Was bedeutet der NPN-Transistor in der Schaltung
Ein NPN-Transistor (NPN) ist eine Halbleitereinheit, die aus drei Schichten besteht: einem Emitter, einer Basis und einem Kollektor. Es wird häufig in elektronischen Schaltungen verwendet, um Signale zu verstärken und zu schalten. Die Bezeichnung des NPN-Transistors in der Schaltung ist wie folgt:
| Symbol | Bezeichnung |
|---|---|
| Emitter | Rechtes Dreieck mit Pfeil |
| Grundlage | Pfeil, der das Rechteck verlässt |
| Kollektor | Rechteck |
In einem elektrischen Stromkreis fließt der Strom vom Emitter durch die Basis zum Kollektor. Wenn eine positive Spannung an die Basis angelegt wird, beginnt der Strom durch den Kollektor zu fließen, was zu einer Signalverstärkung führt. Der NPN-Transistor arbeitet im Bereich positiver Spannungen und sorgt für eine Signalverstärkung.
Start des NPN-Transistors
Um mit der Arbeit des NPN–Transistors zu beginnen, muss eine positive Spannung an seine Basis und eine negative Spannung an den Emitter relativ zur Basis angelegt werden. Es sollte auch berücksichtigt werden, dass die Spannung zwischen dem Emitter und der Basis größer sein muss als die entsprechende Übergangsspannung, damit sich der Transistor öffnet.
Wenn eine Spannung an die Basis des NPN-Transistors angelegt wird, zieht sein Kollektor Elektronen aus dem Emitter an und bildet einen Kollektorstrom. Somit arbeitet der Transistor im aktiven Modus und führt eine Signalverstärkung durch.
Ein wichtiger Punkt bei der Arbeit des NPN-Transistors ist die Kontrolle der Spannung an der Basis, da die geringste Änderung zu einer großen Veränderung des Kollektorstroms führt. Daher ist es sehr wichtig, die Stabilität und Genauigkeit dieser Spannung sicherzustellen, um den Betrieb des Transistors zu überwachen.
Betrieb des NPN-Transistor-Emitterübergangs
In einem NPN-Typ-Transistor ist der Emitter-Übergang eine Struktur aus zwei stark dotierten p-n-Übergängen. Es hat folgende Eigenschaften:
| Die Rolle des Emitters | Überträgt die Stromträger (Elektronen) vom Emitter-pn-Übergang zur Basis. |
| Emitter-Bereich | Ein Bereich des Emitterübergangs mit einem großen Dotierungsgrad und einer dünnen Schicht Basismaterial. |
| Arbeitsweise | In der positiven Halbperiode des Signals ermöglicht ein Basis-Emitter-Übergang, dass Elektronen von der Basis zum Emitter abfließen, wodurch das Signal verstärkt wird. |
| Emitter-Strom | Durchgangsstrom, der durch den Emitter-Übergang fließt. |
| Emitter-Spannung | Die Basis-Emitterspannung, bei der der Strom durch den Emitterübergang fließt. |
Die Arbeit des Emitterübergangs eines NPN-Transistors spielt eine wichtige Rolle in seinen Verstärkungseigenschaften. Eine positive Verschiebung der Basis in Bezug auf den Emitter ermöglicht es, den Emitterstrom zu erhöhen und dadurch das an die Basis gesendete Signal zu verstärken.
Betrieb des Basisübergangs des NPN-Transistors
Wenn eine positive Spannung an die Basis des Transistors angelegt wird, öffnet sich der Basisübergang und der Strom beginnt vom Emitter zur Basis zu fließen. Gleichzeitig beginnt auch der vom Kollektor zum Emitter fließende Strom zuzunehmen.
Die Besonderheit des Basistransistorübergangs besteht darin, dass er das aktive Element des Transistors ist. Es erhöht das Eingangssignal und überwacht den Strom, der zwischen Kollektor und Emitter fließt.
Während des Betriebs des Basisübergangs des NPN–Transistors tritt das Phänomen der Injektion von Ladungsträgern auf - Elektronen aus dem Emitter in die Basis. Dadurch können Sie den durch den Basisübergang fließenden Strom steuern und das Signal entsprechend verstärken.
Aufgrund des aktiven Betriebs des Basisübergangs wird der NPN-Transistor in der Elektronik häufig zur Signalverstärkung und -umschaltung verwendet.
Betriebsarten des NPN-Transistors
Der NPN-Transistor kann wie andere Arten von Transistoren in verschiedenen Modi arbeiten, abhängig von der Größe und Richtung der Ströme und Spannungen, die an seinen Emitter, seine Basis und seinen Kollektor geliefert werden. Betrachten wir die grundlegenden Betriebsmodi des NPN-Transistors:
Aktiver Verstärkungsmodus. In diesem Modus arbeitet der Transistor als Signalverstärker. Der Emitter-Strom fließt vom Emitter zum Kollektor durch die Basis und wird verstärkt. Ein eingehendes Signal wird an die Basis gesendet, wodurch sich der Emitterstrom ändert und sich dadurch der Kollektorstrom ändert. Dieser Modus wird als aktiv bezeichnet, da sich der Transistor in einem Aktivitätszustand befindet, in dem er das Signal verstärken kann.
Sättigungsmodus. In diesem Modus arbeitet der Transistor als Schalter. Der Emitter-Strom erreicht den maximalen Wert und ist unabhängig vom Basisstrom. Im Sättigungsmodus ist der Transistor eingeschaltet und leitet den Strom vom Kollektor zum Emitter, ohne das Signal an der Basis signifikant zu verstärken.
Cutoff-Modus. In diesem Modus leitet der Transistor keinen Strom vom Kollektor zum Emitter. Der Basisstrom ist nicht vorhanden oder vernachlässigbar, was zum Abschalten des Transistors führt. Im Cutoff-Modus verstärkt der Transistor das Signal nicht und arbeitet als abgeschaltetes Element.
Die korrekte Auswahl und Einstellung des Betriebsmodus des NPN-Transistors ist eine wichtige Aufgabe bei der Entwicklung und Gestaltung elektronischer Schaltungen. In jedem Betriebsmodus des NPN-Transistors werden unterschiedliche Strom- und Spannungswerte eingestellt, wodurch verschiedene Funktionen und Aufgaben realisiert werden können.
