ترانزیستور PNP

ترانزیستور های PNP دقیقاً برعکس ترانزیستورهای NPN هستند که در مقاله قبل به آن پرداخته شد. به طور کلی این نوع از ترانزیستور دقیقاً مشابه مدار دو دیود است که به صورت معکوس به یکدیگر متصل شده‌اند. PNP خلاصه شده‌ی Positive-Negative-Positive می‌باشد. ناحیه‌ای که فلش دارد امیتر ترانزیستور می‌باشد که در اینجا برخلاف ترانزیستور NPN به سمت داخل حرکت کرده است .

تمام پلاریته‌ها در ترانزیستور PNP معکوس می‌باشد و این بدان معناست که بیس بر خلاف ترانزیستور PNP، جریان را به سمت خود می‌کشد اما در ترانزیستور NPN پایه بیس به عنوان منبع تغذیه ترانزیستور عمل می‌کرد. در‌واقع تفاوت اصلی ترانزیستور PNP و ترانزیستور NPN نوع حامل‌های اکثریت است. در ترانزیستور PNP حامل‌های اکثریت حفره‌ها هستند اما درترانزیستور NPN، الکترون‌ها نقش حامل‌های اکثریت را بازی می‌کنند .

ترانزیستورهای PNP از جریان کوچک بیس و ولتاژ منفی آن برای تولید جریان قابل توجهی در امیتر و کلکتور استفاده می‌کنند. به عبارتی دیگر در یک ترانزیستور PNP، امیتر نسبت به کلکتور و بیس مثبت‌تر می‌باشد .

یک ترانزیستور PNP از دو نیمه‌رسانای نوع P تشکیل شده که یک نیمه‌رسانای نوع N را احاطه کرده‌اند. به شکل زیر نگاه کنید :

پیکر بندی ترانزیستور PNP

فلش، پایه امیتر و جهت قراردادی جریان را نشان می‌دهد. جهت فلش در ترانزیستور PNP به سمت داخل می‌باشد.

ساختار و ولتاژ ترمینال برای یک ترانزیستور PNP نشان داده شده است. ترانزیستورهای PNP شباهت زیادی به ترانزیستورهای دو قطبی NPN دارند و تنها تفاوت پلاریته ولتاژها و جهت جریان‌ها می‌باشد که نسبت به ترانزیستور NPN معکوس است .

ولتاژ بین بیس و امیتر یا VBE از بیس منفی و از امیتر مثبت می‌باشد چرا که پایه بین بیس همواره در حالت منفی نسبت به امیتر بایاس می‌شود .

همچنین ولتاژ تغذیه امیتر نسبت به کلکتور VCE مثبت است. بنابراین برای اینکه ترانزیستور PNP هدایت را آغاز کند امیتر باید همواره مثبت‌تر از بیس و کلکتور باشد .

منابع ولتاژ طبق شکل به ترانزیستور PNP متصل شده‌اند. RL جریانی که وارد ترانزیستور می‌شود را محدود می‌کند و با پایه امیتر سری شده است. بیس به صورت منفی نسبت به امیتر بایاس شده و دارای ولتاژ VB است، در ضمن بیس با مقاومت RB سری شده وظیفه مقاومت RB محدود کردن جریان خروجی از ترانزیستور می‌باشد .

اگر بخواهیم در بیس جریان به وجود بیاید، این ترمینال باید حداقل به میزان ۰/۷ ولت ( برای ترانزیستورهای سیلیکونی ) یا ۰/۳ ولت ( برای ترانزیستورهای ژرمانیوم ) از امیتر منفی تر باشد. فرمول‌هایی که در ترانزیستور NPN برای محاسبه مقاومت RB به کار رفته همچنین شیوه محاسبه جریان بیس و کلکتور در اینجا نیز با کمی تفاوت صدق می‌کند .

اگر دقت کنید درمی‌یابید که تفاوت اصلی بین ترانزیستورهای NPN و PNP در شیوه بایاس کردن پیوندهای ترانزیستور است، چرا که در اینجا پلاریته ولتاژ‌ها و جهت جریان، معکوس ترانزیستور NPN است. بنابراین برای مدار بالا ارتباط جریان بیس ، امیتر و کلکتور به صورت زیر خواهد بود :

به طور کلی ترانزیستور PNP در بسیاری از مدارات الکترونیکی می‌تواند به راحتی جایگزین ترانزیستور PNP شود. در ضمن می‌توان از ترانزیستورهای PNP به عنوان سوییچ نیز استفاده نمود. استفاده از این ترانزیستور به منزله سوییچ در شکل زیر نشان داده شده :

مدار ترانزیستور PNP

منحنی‌های مشخصه خروجی برای یک ترانزیستور PNP خیلی شبیه به ترانزیستور NPN به نظر می‌رسد. در‌واقع اگر منحنی مشخصه‌های خروجی ترانزیستور ان پی ان ، ۱۸۰ درجه چرخانده شود منحنی مشخصه ترانزیستور PNP به دست می‌آید. زیرا در ترانزیستورPNP الکترون‌ها همواره از بیس خارج می‌شوند و به سمت باتری حرکت می‌کنند، همچنین خط دینامیک بار می‌تواند برای پیدا کردن نقاط کاری ترانزیستور روی منحنی I-V رسم شود .

ترکیب ترانزیستور NPN و PNP - ترانزیستورهای مکمل

شاید با خود فکر کنید داشتن یک ترانزیستور PNP چه فایده‌ای دارد؟ چرا که انواع و اقسام ترانزیستورهای NPN در دسترس هستند که می‌توانند وظایف گوناگون از جمله نقش تقویت‌کننده یا سوییچ حالت جامد را به انجام برسانند. در پاسخ به این سؤال باید گفت گاهی اوقات برای طراحی مدارات تقویت‌کننده توان بالا مانند تقویت کننده کلاس B، به هر دو نوع ترانزیستور NPN و PNP احتیاج خواهیم داشت .

تقویت کننده های کلاس B از پیکربندی مکمل و جفتی استفاده می‌کنند ( در این پیکربندی یک ترانزیستور PNP و یک ترانزیستور NPN به یکدیگر متصل می‌شوند ) واز آن در مدار کنترل موتور پل H قابل بازگشت (H – Bridge Motor Control Circuit) استفاده می‌شود که هدف، کنترل جریان یکسان در موتور در هر دو جهت می‌باشد. به عبارتی دیگر در این مدار قصد داریم موتور را در زمان‌های مختلف به صورت مستقیم و معکوس با سرعت ثابت به حرکت دربیاوریم .

 در این مدار یک جفت ترانزیستور NPN و PNP با مشخصات تقریباً یکسان به یکدیگر متصل می‌شوند که به ترکیب آن‌ها ترانزیستور‌های مکمل گفته می‌شود. به عنوان مثال، TIP3055یک ترانزیستور NPN است که با ترانزیستور (TIP2955) PNP ویژگی‌های مشابهی دارد. این دو ترانزیستور از ترانزیستورهای سیلیکونی قدرت هستند که می‌توانند به صورت مکمل در کنار یکدیگر قرار گیرند. در این دو ترانزیستور بهره جریان دی سی ،β و IC/Ib تقریباً باهم یکسان است و قابلیت تحمل جریان تا ۱۵A در کلکتور ، آن‌ها را تبدیل به انتخاب ایده‌آلی برای کنترل موتورها یا کاربردهای رباتیک کرده است .

در تقویت کننده های کلاس B ، ترانزیستورهای NPN تنها نیم موج مثبت سیگنال AC را از خود عبور می‌دهند و نیم موج منفی از ترانزیستور PNP عبور خواهد کرد .

 این حالت، مدار تقویت‌کننده را قادر خواهد کرد که در هر دو جهت سیکل توان مورد نیاز برای دستگاه را فراهم کند .

تشخیص ترانزیستور PNP از NPN

در اولین مقاله بخش ترانزیستورها توضیح داده شد که ترانزیستورها شباهت زیادی به دو دیود دارند که به صورت معکوس به یکدیگر متصل شده‌اند .

 از طریق اندازه‌گیری مقاومت بین ۳ پایه مختلف ترانزیستور ( امیتر ، بیس ، کلکتور) می‌توان به نوع ترانزیستور (PNP یا NPN) پی برد. اگر شما به وسیله یک مولتی‌متر مقاومت بین دو پایه مختلف را در هر دو جهت اندازه‌گیری کنید، ۶ حالت به دست می‌آید که مقادیر مورد انتظار آن در ادامه در جدول 1 نشان داده شده‌است .

(۱) ترمینال امیتر ـ بیس :

در ترانزیستورهای PNP، جریان از امیتر به بیس حرکت می‌کند و در این حالت مانند یک دیود بایاس مستقیم عمل خواهد کرد.

(۲) ترمینال کلکتور ـ بیس :

در ترانزیستور PNP پیوند کلکتور ـ بیس مانند دیود بایاس مستقیم است بنابراین باید مقاومت کمی داشته باشد.

(۳) ترمینال امیتر ـ کلکتور :

مقاومت امیتر ـ کلکتور یا کلکتور ـ امیتر بسیار بالا خواهد بود چرا که نیمه رسانای تشکیل‌دهنده آن‌ها از یک نوع است و هدایت به وجود نخواهد آمد.

مقدار مقاومت ترمینال برای ترانزیستورهای PNP و NPN

جدول ۱

بنابراین ما می‌توانیم یک ترانزیستور PNP را تا زمانی خاموش فرض کنیم که جریان کمی از بیس آن خارج نشده و بیس نسبت به امیتر به اختلاف پتانسیل ۰/۷- نرسیده.  هنگامی که ترانزیستور به حالت فعال برود جریان فوق‌العاده زیادی از امیتر و کلکتور عبور خواهد کرد، البته ترانزیستورهای PNP زمانی هدایت را آغاز خواهند کرد که ولتاژ امیتر خیلی بیشتر از ولتاژ کلکتور باشد .

به عبارتی دیگر یک ترانزیستور دو قطبی PNP ، تنها در صورتی هدایت را آغاز خواهد کرد که اختلاف پتانسیل ترمینال های بیس و کلکتور نسبت به امیتر منفی باشد .

در مقاله بعدی به استفاده از ترانزیستورها در ناحیه اشباع و ناحیه قطع خواهیم پرداخت. در این حالت از ترانزیستور به عنوان کلید استفاده می‌شود. از سوییچ هایی که به وسیله ترانزیستورهای دو قطبی ساخته می‌شوند برای مقاصد متفاوتی از جمله روشن یا خاموش کردن LED یا روشن و خاموش کردن موتورها و رله‌های توان بالا استفاده می شود.