Przeczytaj
Warto przeczytać
Tranzystory są elementami elektronicznymi, których podstawową właściwością jest możliwość sterownia prądem o dużym natężeniu, za pomocą prądu o małym natężeniu.
Tranzystor pnp jest rodzajem tranzystora bipolarnego. W tego typu tranzystorach udział w przewodzeniu prądu mają dwa typy nośników prądu występujące w półprzewodnikach: elektrony i dziury, choć dominuje jeden typ nośnika - w tranzystorach pnp są to dziury.
Tranzystory pnp są wykonywane najczęściej z krzemu, ale do ich produkcji można także użyć innych półprzewodników, na przykład: germanu, arsenku galu, azotku galu. Powstają one z połączenia trzech warstw półprzewodników p i n ułożonych w kolejności p‑n-p (Rys.1).
Półprzewodnik typu n to taki, w którym w wyniku domieszkowania zwiększa się ilość elektronów swobodnych. W półprzewodniku typu p domieszkowanie zwiększa ilość dziur – dodatnich nośników prądu. Dziurą nazywa się brak elektronu w wiązaniu międzyatomowym. Ten „brak elektronu” może się przemieszczać w materiale, mając cechy dodatniego nośnika ładunku. Więcej o domieszkowaniu możesz przeczytać w e‑materiałach „Półprzewodniki typu n” i „Półprzewodniki typu p”.
Na styku warstw półprzewodnikowych w tranzystorze powstają dwa złącza p‑n, przez które dyfundują nośniki. Doprowadza to do powstania przestrzennego rozkładu ładunku i wynikającego z tego rozkładu napięcia elektrycznego między sąsiednimi obszarami tranzystora. Z powodu istnienia bariery ładunku, złącze p‑n ma właściwość dobrego przewodzenia prądu tylko w jednym kierunku – od obszaru p do n. Więcej o zjawiskach zachodzących na złączu p‑n przeczytasz w e‑materiale „Budowa diody”.
Poszczególne warstwy tranzystora noszą nazwy odzwierciedlające ich rolę w działaniu tranzystora:
emiter (oznaczony literą E), to warstwa silnie domieszkowana, stanowiąca źródło nośników prądu (dziur w tranzystorze pnp);
baza (oznaczona literą B) – warstwa cienka i słabo domieszkowana – jej zadaniem jest sterowanie prądem przepływającym przez tranzystor;
kolektor (oznaczony literą C) – „zbiera” ładunki przepływające przez tranzystor.
Warstwy zewnętrzne są stosunkowo grube – około 0,1 mm. Warstwa środkowa powinna być na tyle cienka, aby mogły przez nią dyfundować nośniki z emitera do kolektora. Jej grubość wynosi zazwyczaj około 0,01 - 0,03 mm.
Znacznie większa koncentracja nośników większościowychnośników większościowych w obszarze emitera (dziur), niż w obszarze bazy (elektronów) powoduje, że w układzie emiter‑baza natężenie prądu przenoszonego przez dziury płynące od strony emitera jest 10Indeks górny 33 – 10Indeks górny 55 razy większe, niż prądu przenoszonego przez elektrony płynące od strony bazy.
W trakcie normalnej pracy tranzystora pnp, miedzy emiterem a bazą podłącza się napięcie UIndeks dolny BEBE w kierunku przewodzenia złączakierunku przewodzenia złącza – „minus” napięcia do bazy, „plus” do emitera. Napięcie to w tranzystorach krzemowych wynosi około 0,6 V. Między emiterem a kolektorem podłącza się napięcie około 10 V. Złącze baza‑kolektor jest spolaryzowane w kierunku zaporowymkierunku zaporowym (Rys.3).
Napięcie UIndeks dolny BEBE powoduje przepływ niewielkiego prądu IIndeks dolny BB. Dzięki dużej koncentracji dziur w obszarze emitera, nośnikami tego prądu są przede wszystkim dziury. Skutkiem tego prądu jest istotna zmiana koncentracji dziur w obszarze bazy: od strony emitera koncentracja dziur staje się większa niż od strony kolektora. Skutkiem różnic w koncentracji dziur jest ich dyfuzja w kierunku kolektora. Dziury, które docierają do styku baza‑kolektor mogą przez to złącze przepływać, ponieważ ujemne napięcie kolektora w stosunku do bazy, wciąga je do kolektora – około 99% dziur wypływających z emitera przechodzi do kolektora. Dzięki temu zwiększa się istotnie prąd kolektora. Niewielka część dziur łączy się w obszarze bazy z elektronami – następuje zjawisko rekombinacji elektronów i dziur. W rezultacie przenikania dziur w obszar kolektora, natężenie prądu kolektora IIndeks dolny CC jest znacznie większe od prądu bazy IIndeks dolny BB i niewiele różni się od prądu płynącego przez emiter – IIndeks dolny EE.
Ponieważ jednak ilość dziur znajdujących się w obszarze bazy (tych, które mogą przenikać do kolektora) zależy od prądu bazy, małe zmiany tego prądu wywołują duże zmiany prądu kolektora. Na tej zasadzie opiera się wzmacnianie sygnałówsygnałów przez tranzystor: wzmacniany sygnał moduluje prąd bazy, wzmocniony sygnał odbierany jest z obwodu kolektora.
Większość układów elektronicznych można dostosować zarówno do tranzystorów npn, jak i pnp. Ze względu na większą ruchliwośćruchliwość elektronów, niż dziur, tranzystory npn są szybsze w działaniu. Są one też tańsze w wytwarzaniu, dlatego częściej w układach elektronicznych spotyka się tranzystory npn.
Tranzystory pnp stają się przydatne, gdy istotny jest znak napięcia wyjściowego w układzie, a także we wzmacniaczach o wysokim stopniu wzmocnienia, które wykorzystują połączone w parę tranzystory npn i pnp.
Słowniczek
(ang.: concentration of current carriers) liczba nośników prądu w jednostce objętości.
(ang.: mobility of current carriers) wielkość opisująca wpływ zewnętrznego pola elektrycznego na średnią prędkość dryfu nośników, wyrażana wzorem mu= u/E, gdzie mu – ruchliwość u - średnia prędkość dryfu nośników, E - natężenie zewnętrznego pola elektrycznego.
(ang.: majority carriers) nośniki ładunku elektrycznego w półprzewodnikach występujące w większości. Ich źródłem są atomy domieszek. W półprzewodnikach typu n nośnikami większościowymi są elektrony, w półprzewodnikach typu p – dziury. Koncentracja nośników większościowych jest w typowych półprzewodnikach około 10 miliardów razy większa, niż nośników mniejszościowych, których źródłem są atomy macierzyste półprzewodnika.
(ang.: the blocking direction (state) of the p‑n connector) stan, w którym do złącza p‑n przyłożone jest napięcie powodujące wzrost bariery ładunku i napięcia na złączu, więc praktycznie nie przewodzi ono prądu. Płynie jedynie prąd o bardzo małym natężeniu – około 1muA, przenoszony przez nośniki mniejszościowe, których źródłem są nie domieszki, a atomy macierzyste półprzewodnika. W stanie zaporowym, „minus” napięcia jest przyłożony do części p złącza, a „plus” do części n.
(ang.: conduction direction (state) of the p‑n connector) stan, w którym do złącza p‑n przyłożone jest napięcie powodujące zmniejszenie bariery ładunku i napięcia na złączu, więc złącze dobrze przewodzi prąd. W stanie przewodzenia „minus” napięcia jest przyłożony do części n złącza, a „plus” do części p.
(ang.: electric signal) zazwyczaj zmienny w czasie przebieg prądu elektrycznego, przenoszący informację. Sygnały mogą być opisane przebiegiem zależności napięcia elektrycznego lub natężenia prądu od czasu.