NPN vs PNP transistorid: erinevused, sümbolid ja kuidas neid testida

NPN ja PNP transistorid on elektroonika kaks kõige olulisemat elementi, mida kasutatakse kõikjal alates lihtsatest LED-lülititest kuni võimendi ja juhtskeemideni. Kuigi väljastpoolt näevad nad sarnased välja, lülituvad need sisse vastassuunaliste polaarsusega ja juhivad voolu erinevates suundades. Selles artiklis õpid, kuidas need toimivad, kuidas neid tuvastada ja kus iga tüüp kõige paremini sobib.

NPN transistori ülevaade

NPN-transistor on bipolaarne ühendustransistor (BJT), mis koosneb N/P/N kihtidest ja millel on kolm klemmit: emitter (E), alus (B) ja kollektor (C). See sisaldab kahte PN-ühendust (alus–emitter ja alus–kollektor) ning elektronid on peamised laengukandjad.

Mis on PNP transistor?

PNP transistor on bipolaarne ühendustransistor (BJT), mis koosneb P/N/P kihtidest ja millel on kolm klemmit: emitter (E), alus (B) ja kollektor (C). See sisaldab kahte PN-ühendust (alus–emitter ja alus-kollektor) ning augud on peamised laengukandjad.

NPN ja PNP transistorite tööpõhimõte

Nii NPN kui ka PNP transistorid kasutavad väikest baasmootorit (baasvool või baas-emitteri pinge), et juhtida suuremat voolu läbi kahe teise klemmi. Enamikes lülitusahelates töötavad transistorid kahes peamises olekus:

• Cutoff (OFF): väike või üldse mitte baasajami, peaaegu üldse vooluvool puudub

• Saturatsioon (ON): tugev baasajam, transistor toimib nagu suletud lüliti

Peamine erinevus NPN-i ja PNP vahel on polaarsus, mis on vajalik sisselülitamiseks ja tavapärase voolu suund.

Kuidas NPN-transistor sisse ja välja lülitub

NPN lülitub sisse, kui:

• Baaspinge (VB) on kõrgem kui emitteri pinge (VE)

• Baasi–emitteri ühendus on ettepoole pingetatud (~0,7 V räni puhul)

Väike baasvool (IB) võimaldab suurema kollektorivoolu (IC) voolata.

• Tavapärane voolusuund: kollektor → emitter

NPN lülitub välja, kui:

• Baas ei ole emitterist piisavalt kõrge

• Alus–emitteri ühendus ei ole ettepoole kallutatud

Vähese või olematu baasmootoriga käitub transistor nagu avatud lüliti.

Kuidas PNP transistor sisse ja välja lülitub

PNP aktiveerub, kui:

• Baaspinge (VB) on madalam kui emitteri pinge (VE)

• Alus–emitteri ühendus on ettepoole kallutatud (alus umbes 0,7 V madalam kui räni emitter)

• Väike baasvool voolab baasist välja, võimaldades juhtivust.

Tavapärane voolusuund: emitter → kollektor

PNP lülitub välja kui, kui:

• Baaspinge tõuseb emitteri pinge lähedal

• Baasi–emitteri ühendus ei ole enam ettepoole nihkestatud

See käitub nagu avatud lüliti, mis blokeerib voolu.

NPN vs PNP transistorite konstruktsioon

Sisemine kihtide paigutus määrab, kuidas iga transistor käitub:

• NPN: N / P / N

• PNP: P / N / P

See struktuur mõjutab laengukandjaid ja kiirust:

• NPN: elektronid domineerivad (tavaliselt kiirem lülitus)

• PNP: augud domineerivad (tavaliselt aeglasem lülitamine)

Kuna elektronid liiguvad kiiremini kui augud, eelistatakse NPN-transistoreid sageli kiirete lülituste ja kaasaegsete juhtimisahelate jaoks.

NPN ja PNP transistorisümbolid

• NPN: nool osutab väljapoole

• PNP: nool osutab sissepoole

NPN ja PNP transistorite omadused

NPN ja PNP transistorite tehnilised erinevused

Populaarsed NPN ja PNP transistori näited

Levinud NPN transistorid

• 2N2222 – Üldine lülitamine ja võimendus

• BC547 – Väikese signaali lülitamine/võimendamine

• BC337 – Keskmise voolu lülitus/võimendus

• PN2222A – 2N2222-stiilis alternatiiv

• 2N3904 – Tavaline väikese signaaliga NPN

• 2N3055 – Populaarne võimsus NPN suure voolu jaoks

Levinud PNP transistorid

• 2N2907 – Lülitamine ja võimendus

• BC557 – Madala energiatarbega PNP

• BC327 – keskmise võimsusega PNP

• BC558 – Madala taseme PNP rakendused

• 2N3906 – Täiendav paar 2N3904-le

NPN ja PNP transistorite eelised

NPN transistorite eelised

• Kiirem lülitus

• Suurem elektronide liikuvus

• Väga levinud räni disainides

PNP transistorite eelised

• Hea kõrge (positiivse) lülituse jaoks

• Kasulik komplementaarsetes ja push-pull ahelates

Kokkuvõte

NPN-i ja PNP transistori vahel valimine sõltub polaarsuse, lülitusasendi ja voolu käsitlemise kontrollist. NPN-seadmeid eelistatakse sageli kiireks, madala poole lülitamiseks, samas kui PNP tüübid on kasulikud kõrgete sageduste juhtimiseks ja täiendavate disainide jaoks.

Korduma kippuvad küsimused [KKK]

Kas ma saan asendada NPN transistori PNP transistoriga (või vastupidi)?

Mitte otseselt. NPN ja PNP transistorid vajavad vastupidist baaspolaarsust, et sisse lülituda ning vooluringi vool liigub erinevates suundades. Ühe asendamine teisega nõuab tavaliselt lüliti asendi ümberjuhtmestamist (kõrge ja madal külg) ning baasi juhtimise muutmist.

Miks mikrokontrollerid töötavad tavaliselt paremini NPN transistoritega?

Enamik mikrokontrollereid väljastab KÕRGE signaali allika baasvoolule, mis teeb NPN transistorid madala poole lülitina sisse lülitatavaks. PNP-transistori kasutamine nõuab sageli madala poole juhtsignaali või lisadraiveri skeemi, eriti 3,3V/5V süsteemides.

Millist takisti väärtust peaksin kasutama NPN või PNP transistori baasi jaoks?

Levinud alguspunkt on 1kΩ kuni 10kΩ, sõltuvalt koormusvoolust ja juhtpingest. Lülitamiseks vali takisti nii, et baasvool oleks piisavalt tugev, et transistor saaks küllastuda (lihtne reegel on baasvool ≈ koormusvool ÷ 10 usaldusväärse ON käitumise tagamiseks).

Miks transistor kuumeneb isegi siis, kui see on "SISSE"?

Transistor kuumeneb siis, kui see pole täielikult küllastunud või kui koormusvool on suur. Lülitusahelates tähendab soojus tavaliselt ebapiisavat baasajamit, liiga suurt koormusvoolu või madala vooluga transistori kasutamist. Koormuse vähendamine, baasmootori parandamine või MOSFET-i kasutamine võib probleemi lahendada.

Mis on parim transistori alternatiiv suure vooluga lülitamiseks: BJT või MOSFET?

Kõrge voolutugevusega või tõhusa lülitamise puhul on loogikatasemel MOSFET sageli parem kui BJT, sest see raiskab vähem energiat ega vaja pidevat baasvoolu. BJT-d on endiselt suurepärased lihtsaks ja odavaks lülitamiseks, kuid MOSFET-id töötavad tavaliselt jahedamalt ja tõhusamalt suuremate koormustega.