Пнп и нпн транзисторы в чем разница
Перейти к содержимому

Пнп и нпн транзисторы в чем разница

  • автор:

Транзисторы: ​принцип работы, схема включения, чем отличаются ​биполярные и полевые

Транзистор — повсеместный и важный компонент в современной микроэлектронике. Его назначение простое: он позволяет с помощью слабого сигнала управлять гораздо более сильным.

В частноти, его можно использовать как управляемую «заслонку»: отсутствием сигнала на «воротах» блокировать течение тока, подачей — разрешать. Иными словами: это кнопка, которая нажимается не пальцем, а подачей напряжения. В цифровой электронике такое применение наиболее распространено.

Транзисторы выпускаются в различных корпусах: один и тот же транзистор может внешне выглядеть совершенно по разному. В прототипировании чаще остальных встречаются корпусы:

TO-92 — компактный, для небольших нагрузок
TO-220AB — массивный, хорошо рассеивающий тепло, для больших нагрузок

Обозначение на схемах также варьируется в зависимости от типа транзистора и стандарта обозначений, который использовался при составлении. Но вне зависимости от вариации, его символ остаётся узнаваемым.

Биполярные транзисторы

Биполярные транзисторы (BJT, Bipolar Junction Transistors) имеют три контакта:

Коллектор (collector) — на него подаётся высокое напряжение, которым хочется управлять

База (base) — через неё подаётся небольшой ток, чтобы разблокировать большой; база заземляется, чтобы заблокировать его

Эмиттер (emitter) — через него проходит ток с коллектора и базы, когда транзистор «открыт»

Основной характеристикой биполярного транзистора является показатель hfe также известный, как gain. Он отражает во сколько раз больший ток по участку коллектор–эмиттер способен пропустить транзистор по отношению к току база–эмиттер.

Например, если hfe = 100, и через базу проходит 0.1 мА, то транзистор пропустит через себя как максимум 10 мА. Если в этом случае на участке с большим током находится компонент, который потребляет, например 8 мА, ему будет предоставлено 8 мА, а у транзистора останется «запас». Если же имеется компонент, который потребляет 20 мА, ему будут предоставлены только максимальные 10 мА.

Также в документации к каждому транзистору указаны максимально допустимые напряжения и токи на контактах. Превышение этих величин ведёт к избыточному нагреву и сокращению службы, а сильное превышение может привести к разрушению.

NPN и PNP

Описанный выше транзистор — это так называемый NPN-транзистор. Называется он так из-за того, что состоит из трёх слоёв кремния, соединённых в порядке: Negative-Positive-Negative. Где negative — это сплав кремния, обладающий избытком отрицательных переносчиков заряда (n-doped), а positive — с избытком положительных (p-doped).

NPN более эффективны и распространены в промышленности.

PNP-транзисторы при обозначении отличаются направлением стрелки. Стрелка всегда указывает от P к N. PNP-транзисторы отличаются «перевёрнутым» поведением: ток не блокируется, когда база заземлена и блокируется, когда через неё идёт ток.

Полевые транзисторы

Полевые транзисторы (FET, Field Effect Transistor) имеют то же назначение, но отличаются внутренним устройством. Частным видом этих компонентов являются транзисторы MOSFET (Metal-Oxide-Semiconductor Field Effect Transistor). Они позволяют оперировать гораздо большими мощностями при тех же размерах. А управление самой «заслонкой» осуществляется исключительно при помощи напряжения: ток через затвор, в отличие от биполярных транзисторов, не идёт.

Полевые транзисторы обладают тремя контактами:

Сток (drain) — на него подаётся высокое напряжение, которым хочется управлять

Затвор (gate) — на него подаётся напряжение, чтобы разрешить течение тока; затвор заземляется, чтобы заблокировать ток.

Исток (source) — через него проходит ток со стока, когда транзистор «открыт»

N-Channel и P-Channel

По аналогии с биполярными транзисторами, полевые различаются полярностью. Выше был описан N-Channel транзистор. Они наиболее распространены.

P-Channel при обозначении отличается направлением стрелки и, опять же, обладает «перевёрнутым» поведением.

Подключение транзисторов для управления мощными компонентами

Типичной задачей микроконтроллера является включение и выключение определённого компонента схемы. Сам микроконтроллер обычно имеет скромные характеристики в отношении выдерживаемой мощности. Так Ардуино, при выдаваемых на контакт 5 В выдерживает ток в 40 мА. Мощные моторы или сверхъяркие светодиоды могут потреблять сотни миллиампер. При подключении таких нагрузок напрямую чип может быстро выйти из строя. Кроме того для работоспособности некоторых компонентов требуется напряжение большее, чем 5 В, а Ардуино с выходного контакта (digital output pin) больше 5 В не может выдать впринципе.

Зато, его с лёгкостью хватит для управления транзистором, который в свою очередь будет управлять большим током. Допустим, нам нужно подключить длинную светодиодную ленту, которая требует 12 В и при этом потребляет 100 мА:

Теперь при установке выхода в логическую единицу (high), поступающие на базу 5 В откроют транзистор и через ленту потечёт ток — она будет светиться. При установке выхода в логический ноль (low), база будет заземлена через микроконтроллер, а течение тока заблокированно.

Обратите внимание на токоограничивающий резистор R. Он необходим, чтобы при подаче управляющего напряжения не образовалось короткое замыкание по маршруту микроконтроллер — транзистор — земля. Главное — не превысить допустимый ток через контакт Ардуино в 40 мА, поэтому нужно использовать резистор номиналом не менее:

$ R = \frac<U - U_d></p>
<p> = \frac <5\unit- 0.3\unit><0.04\unit<А>> \approx 118\unit $» /></p>
<p>здесь <em>U<sub>d</sub></em> — это падение напряжения на самом транзисторе. Оно зависит от материала из которого он изготовлен и обычно составляет 0.3 – 0.6 В.</p>
<p>Но совершенно не обязательно держать ток на пределе допустимого. Необходимо лишь, чтобы показатель gain транзистора позволил управлять необходимым током. В нашем случае — это 100 мА. Допустим для используемого транзистора <em>h<sub>fe</sub></em> = 100, тогда нам будет достаточно управляющего тока в 1 мА</p><div class='code-block code-block-9' style='margin: 8px 0; clear: both;'>
<!-- 9joomlaumnik -->
<script src=

$ R = \frac<U - U_d></p>
<p> = \frac <5\unit- 0.3\unit><0.001\unit<А>> = 4700\unit = 4.7\unit $» /></p>
<p>Нам подойдёт резистор номиналом от 118 Ом до 4.7 кОм. Для устойчивой работы с одной стороны и небольшой нагрузки на чип с другой, 2.2 кОм — хороший выбор.</p>
<p>Если вместо биполярного транзистора использовать полевой, можно обойтись без резистора:</p><div class='code-block code-block-10' style='margin: 8px 0; clear: both;'>
<!-- 10joomlaumnik -->
<script src=

это связано с тем, что затвор в таких транзисторах управляется исключительно напряжением: ток на участке микроконтроллер — затвор — исток отсутствует. А благодаря своим высоким характеристикам схема с использованием MOSFET позволяет управлять очень мощными компонентами.

Если не указано иное, содержимое этой вики предоставляется на условиях следующей лицензии: CC Attribution-Noncommercial-Share Alike 4.0 International

Производные работы должны содержать ссылку на http://wiki.amperka.ru, как на первоисточник, непосредственно перед содержимым работы.
Вики работает на суперском движке DokuWiki.

схемотехника/транзисторы.txt · Последние изменения: 2022/06/07 10:11 — mik

Инструменты страницы

  • Показать исходный текст
  • История страницы
  • Ссылки сюда
  • Наверх

Чем отличается полевой транзистор от биполярного

В электронных схемах для увеличения мощности импульса и замыкания контактов часто используются биполярные и униполярные, или полевые транзисторы. Это полупроводниковые элементы, которые могут выполнять роль усилителя и переключателя — они сходны между собой, но имеют и отличия, определяющие их особенности и сферу применения.

Разница между биполярными и полевыми транзисторами

Чтобы понять, чем отличаются эти полупроводники и можно ли заменить биполярный транзистор полевым в электронной схеме, рассмотрим их устройство.

  • Биполярный транзистор имеет в конструкции три электрода — эмиттер, базу и коллектор. Электроды могут иметь электронную или дырочную проводимость — n или p. База имеет обратную по отношению к эмиттеру и коллектору проводимость. В зависимости от этого различают два варианта устройства биполярных транзисторов — n-p-n или p-n-p. Ток всегда подается на расположенную между эмиттером и коллектором базу, в зависимости от параметров подаваемого на нее тока меняются и параметры выходного тока на коллекторе.
  • Полевой, или униполярный, транзистор также состоит из трех электродов — истока, затвора и стока. Затвор может отделяться от канала исток-сток слоем диэлектрического материала или быть связан с ним электрическую связь с переходом p-n. Ток на истоке и стоке зависит от величины электромагнитного поля затвора.

Таким образом, разница между биполярными и полевыми транзисторами в том, что первые управляются электрическим током, а вторые — электромагнитным полем.

Какой транзистор лучше выбрать

Назначение обоих видов транзисторов — это стабилизация и усиление тока, а также выключение и включение различных функций электрооборудования в зависимости от управляющих микросхем. Отличия в управлении биполярными и полевыми транзисторами определяют их плюсы и минусы.

  • Преимущества полевых транзисторов перед биполярными в том, что они не зависят от температурных колебаний, обладают более быстрой скоростью срабатывания, малыми электропотерями при работе, большей величиной усиления тока, малошумностью, низким потреблением мощности.
  • Биполярные транзисторы отличаются более компактными размерами по сравнению с полевыми, показывают меньшее падение напряжения между электродами, обладают более высокими параметрами рабочих температур, потребляют меньше мощности при работе на высоких частотах.

Ввиду многозадачности современных электронных устройств зачастую в них используются сразу обе разновидности транзисторов, которые нивелируют недостатки друг друга и усиливают преимущества.

В нашем каталоге можно выбрать и приобрести полевые и биполярные транзисторы с различными электротехническими характеристиками, чтобы обеспечить стабильную и долговечную эксплуатацию техники, автоматических систем, оборудования. Выбрать нужную модель можно по описанию на страницах товаров, а также с помощью наших менеджеров — получить консультацию и заказать изделия можно по бесплатным телефонам, указанным в верхней части сайта.

Разница npn и pnp только в направлении тока(э-к и наоборот)?

Добрый день, подскажите, разница pnp и npn транзисторов только в том, что
у npn транзистора ток течет от коллектора на эмиттер, а
у pnp наоборот, от эмиттера к коллектору?
(не считаю открытия базы плюсовой или минусовой направляностью к ней)
92889633d57a4107a7fa3fa5eba34571.JPG 0813c651f234483f867b558e694be879.JPG

  • Вопрос задан более трёх лет назад
  • 18874 просмотра

1 комментарий

Оценить 1 комментарий

Borizzz @Borizzz Автор вопроса
Решения вопроса 2

NeiroNx

Программист
да — только в этом.
Ответ написан более трёх лет назад
Нравится 3 5 комментариев

Так-то «идентичные» pnp и npn еще немного отличаются и по каким-то характеристикам, но в среднем на это не обращают внимания.

NeiroNx

для этого придумали комплементарные пары — у них характеристики максимально близкие
Borizzz @Borizzz Автор вопроса

pfg21: подскажите ещё, пожалуйста
а транзисторы, которые стоять в процессорах, они точно такие же, только маленькие?
и где так принципиально важно использование pnp или npn транзисторов, а где других, если разница только в месте входа-выхода тока?

NeiroNx

в процессорах КМОП технология, так как переходные процессы в них быстрее. Для транзисторов есть схемы включения, каждая схема включения обладает своими параметрами и в зависимости от них применяется в том или ином случае. Поищите литературу по устройтву и типам полупроводниковых элементов и основам схемотехники.

В современных схемах в большинстве своем используют МОП-транзисторы (в простонародье полевые :). у них тоже есть два вида: N- и P-канальные, с симетричными характеристиками.
У них чуть более лучшие характеристики, плюс можно «сдвинуть» характеристику элемента в сторону, т.е они более разнообразные.
Не понял вопроса, но принципе да — отличия pnp и npn только в направлениях проходящих токов и смысл выводов и функциональные параметры останутся теми же самым. приведенный рисунок это качество и описывает.

roach1967

В принципе разница только в направлении тока, но есть нюансы. Например в NPN-транзисторе носителем тока являются электроны, а в PNP-транзисторе — дырки (вакансии), которые менее мобильны. Так-что в общем случае NPN-транзисторы более высокочастотны.
Немножко о транзисторах.

Ответ написан более трёх лет назад
Нравится 2 3 комментария
Borizzz @Borizzz Автор вопроса

а для чего тогда pnp транзисторы применяют?
в мк получается все npn транзисторы, только сила тока на них подается разная?

roach1967

Как наиболее распространённый пример применения PNP и NPN транзисторов — комплементарная пара в различных усилителях сигналов.
В МК (да и в любой современной цифровой схемотехнике) уже давно не применяют биполярные транзисторы: их заменили на полевые (CMOS). Немаловажную роль в этом играет то, что на биполярном транзисторе, в открытом состоянии, всегда есть падение напряжения (~0,7в. для кремниевых и ~0,4в. для германиевых). В то-же самое время у полевых транзисторов очень маленькое сопротивление открытого канал — может достигать единиц милиома и даже меньше. И для поддержания открытого состояния практически не тратиться энергия. Т.е. практически идеальный переключатель. Но есть и минус полевых транзисторов — их вход представляет собой конденсатор.
Для увеличения мощности выходов МК используют мощные полевые транзисторы. Но не напрямую, а через специальную схему — драйвер, выходной каскад которого как раз и представляет собой каскад биполярных комплементарных транзисторов для успешного перезаряда входной ёмкости КМОП-транзистора.
Биполярные транзисторы успешно применяются в аналоговой технике, особенно в СВЧ. Хотя с развитием технологий и здесь успешно заменяются на полевые.
Единственное направление, имхо, где лидируют биполярные транзисторы — высоковольтные приборы.
Здесь вроде-как разжевано.

Биполярные транзисторы

Биполярный транзистор является одним из старейших, но самым известным типом транзисторов, и до сих пор находит применение в современной электронике. Транзистор незаменим, когда требуется управлять достаточно мощной нагрузкой, для которой устройство управления не может обеспечить достаточный ток. Они бывают разного типа и мощности, в зависимости от исполняемых задач. Базовые знания и формулы о транзисторах вы можете найти в этой статье. Введение Прежде чем начать урок, давайте договоримся, что мы обсуждаем только один тип способ включения транзистора. Транзистор может быть использован в усилителе или приемнике, и, как правило, каждая модель транзисторов производится с определенными характеристиками, чтобы сделать его более узкоспециализированым для лучшей работы в определённом включении. Транзистор имеет 3 вывода: база, коллектор и эмиттер. Нельзя однозначно сказать какой из них вход, а какой выход, так как все они связаны и влияют друг на друга так или иначе. При включении транзистора в режиме коммутатора (управление нагрузкой) он действует так: ток базы контролирует ток от коллектора к эмиттеру или наоборот, в зависимости от типа транзистора. Есть два основных типа транзисторов: NPN и PNP. Чтобы это понять, можно сказать, что основное различие между этими двумя типами это направления электрического тока. Это можно видеть на рисунке 1.А, где указано направление тока. В транзисторе NPN, один ток течет от основания внутрь транзистора, а другой ток течет от коллектора к эмиттеру, а в PNP транзисторе всё наоборот. С функциональной точки зрения, разница между этими двумя типами транзисторов это напряжение на нагрузке. Как вы можете видеть на рисунке, транзистор NPN обеспечивает 0В когда он открыт, а PNP обеспечивает 12В. Вы позже поймете, почему это влияет на выбор транзистора. Для простоты мы будем изучать только NPN транзисторы, но всё это применимо к PNP, принимая во внимание, что все токи меняются на противоположные. Рисунок ниже показывает аналогию между переключателем (S1) и транзисторным ключом, где видно, что ток базы закрывает или открывает путь для тока от коллектора к эмиттеру: Аналогия транзистора с переключателемТочно зная характеристики транзистора, от него можно получить максимальную отдачу. Основным параметром является коэффициент усиления транзистора по постоянному току, который обычно обозначается Hfe или β. Также важно знать максимальный ток, мощность и напряжение транзистора. Эти параметры можно найти в документации на транзистор, и они помогут нам определить значение резистора на базе, о чем рассказано дальше. Использование NPN транзистора как коммутатора Включение транзистораНа рисунке показано включение NPN транзистора в качестве коммутатора. Вы встретите это включение очень часто при анализе различных электронных схем. Мы будем изучать, как запустить транзистор в выбранном режиме, рассчитать резистор базы, коэффициент усиления транзистора по току и сопротивление нагрузки. Я предлагаю самый простой и самый точный способ для этого. 1. Предположим, что транзистор находится в режиме насыщения: При этом математическая модель транзистора становится очень простой, и нам известно напряжение на точке Vc. Мы найдем значение резистора базы, при котором всё будет правильно. 2. Определение тока насыщения коллектора: Напряжение между коллектором и эмиттером (Vce) взято из документации транзистора. Эмиттер подключен к GND, соответственно Vce= Vc — 0 = Vc. Когда мы узнали эту величину, мы можем рассчитать ток насыщения коллектора по формуле:
Иногда, сопротивления нагрузки RL неизвестно или не может быть точным, как сопротивление обмотки реле; В таком случае, достаточно знать, необходимый для запуска реле ток.
Убедитесь, что ток нагрузки не превышает максимальный ток коллектора транзистора. 3. Расчет необходимого тока базы: Зная ток коллектора, можно вычислить минимально необходимый ток базы для достижения этого тока коллектора, используя следующую формулу:

Из неё следует что:
4. Превышение допустимых значений: После того как вы рассчитали ток базы, и если он оказался ниже указанного в документации, то можно перегрузить транзистор, путем умножения расчетного тока базы например в 10 раз. Таким образом, транзисторный ключ будет намного более устойчивым. Другими словами, производительность транзистора уменьшится, если нагрузка увеличится. Будьте осторожны, старайтесь не превышать максимальный ток базы, указанный в документации. 5. Расчёт необходимого значения Rb: Учитывая перегрузку в 10 раз, сопротивление Rb может быть рассчитано по следующей формуле:

где V1 является напряжением управления транзистором (см. рис 2.а) Но если эмиттер подключен к земле, и напряжение база-эмиттер известно (около 0,7В у большинстве транзисторов), а также предполагая, что V1 = 5V, формула может быть упрощена до следующего вида:
Видно, что ток базы умножается на 10 с учётом перегрузки.
Когда значение Rb известно, транзистор «настроен» на работу в качестве переключателя, что также называется «режим насыщения и отсечки «, где «насыщение» — когда транзистор полностью открыт и проводит ток, а «отсечение» – когда закрыт и ток не проводит. Примечание: Когда мы говорим , мы не говорим, что ток коллектора должен быть равным . Это просто означает, что ток коллектора транзистора может подниматься до этого уровня. Ток будет следовать законам Ома, как и любой электрический ток. Расчет нагрузки Когда мы считали, что транзистор находится в режиме насыщения, мы предполагали что некоторые его параметры не менялись. Это не совсем так. На самом деле эти параметры менялись в основном за счет увеличения тока коллектора, и поэтому он является более безопасным для перегрузки. В документации указано изменение параметров транзистора при перегрузке. Например, в таблице на рисунке 2.В показано два параметра которые значительно меняются: HFE (β) меняется в зависимости от тока коллектора и напряжения VCEsat. Но VCEsat само меняется в зависимости от тока коллектора и базы, что показано в таблице дальше. ТаблицаРасчет может быть очень сложным, так как все параметры тесно и сложно взаимосвязаны, поэтому лучше взять худшие значения. Т.е. наименьший HFE, крупнейший VCEsat и VCEsat. Типичное применение транзисторного ключа 1. Управление реле Управление релеВ современной электронике транзисторный ключ используется для контроля электромагнитных реле, которое потребляют до 200 мА. Если вы хотите управлять реле логической микросхемой или микроконтроллером то транзистор незаменим. На рисунке 3.A, сопротивления резистора базы рассчитывается в зависимости от необходимого для реле тока. Диод D1 защищает транзистор от импульсов, которые катушка генерирует при выключении. 2. Подключение транзистора с открытым коллектором: Включение транзистораМногие устройства, такие как семейство микроконтроллеров 8051 имеют порты с открытым коллектором. Сопротивление резистора базы внешнего транзистора рассчитывается, как описано в этой статье. Заметим, что порты могут быть более сложными, и часто используют полевые транзисторы вместо биполярных и называются выходами с открытым стоком, но всё остаётся точно таким же как на рисунке 3.B 3. Создание логического элемента ИЛИ-НЕ (NOR): Включение транзистораИногда в схеме необходимо использовать один логический элемент, и вы не хотите использовать 14-контактную микросхему с 4 элементами либо из-за стоимости или местом на плате. Её можно заменить парой транзисторов. Отметим, что частотные характеристики таких элементов зависят от характеристик и типа транзисторов, но обычно ниже 100 кГц. Уменьшение выходного сопротивления (Ro) приведет к увеличению потребления энергии, но увеличит выходной ток.
Вам надо найти компромисс между этими параметрами. beginner88-15.jpgНа рисунке выше показан логический элемент ИЛИ-НЕ построенный с использованием 2х транзисторов 2N2222. Это может быть сделано на транзисторах PNP 2N2907, с незначительными изменениями. Вы просто должны учитывать, что все электрические токи тогда текут в противоположном направлении. Поиск ошибок в транзисторных схемах При возникновении проблемы в цепях, содержащих много транзисторов, может быть весьма проблематично узнать, какой из них неисправен, особенно когда они все впаяны. Я даю вам несколько советов, которые помогут вам найти проблему в такой схеме достаточно быстро: 1. Температура: Если транзистор сильно греется, вероятно, где-то есть проблема. Необязательно что проблема в горячем транзисторе. Обычно дефектный транзистор даже не нагревается. Это повышение температуры может быть вызвано другим транзистором, подключенным к нему. 2. Измерение VCE транзисторов: Если они все одного типа и все работают, то они должны иметь приблизительно одинаковое VCE. Поиск транзисторов, имеющих различные VCE это быстрый способ обнаружения дефектных транзисторов. 3. Измерение напряжения на резисторе базы: Напряжение на резисторе базы достаточно важно (если транзистор включен). Для 5 В устройства управления транзистором NPN, падения напряжения на резисторе должно быть более 3В. Если нет падения напряжения на резисторе, то либо транзистор, либо устройство управления транзистора имеют дефект. В обоих случаях ток базы равен 0. Оригинал статьи

Теги:

Шпакунов А. Опубликована: 2012 г. 0 1

Вознаградить Я собрал 0 0

Оценить статью

  • Техническая грамотность

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *