В процессе работы pnp транзистора важным аспектом является правильное распределение электрических напряжений и токов, что определяет его функционирование в различных режимах. Рассмотрим это на примере схемы с pnp транзистором, как обычно используется в электронной технике для усилителей, переключателей и других аналогичных приложений.
Общая структура pnp транзистора
pnp транзистор состоит из трех слоев полупроводников: эмиттер (E), база (B) и коллектор (C). Полупроводник эмиттера и коллектора имеют тип p (положительный), а база — тип n (отрицательный). Важно отметить, что транзистор с pnp-структурой проводит ток при том условии, что ток базы поступает в эмиттер, а ток коллектора отводится от транзистора. Это создает особую конфигурацию распределения напряжений и токов в разных участках транзистора.
Нормальная работа pnp транзистора
В нормальном режиме работы pnp транзистора, когда он используется в качестве усилителя или переключателя, на транзистор подаются определенные напряжения, и начинают циркулировать токи в разных направлениях. Рассмотрим поведение токов и напряжений в таких режимах.
Напряжения на контактах транзистора
В pnp транзисторе напряжения между различными контактами (эмиттером, базой и коллектором) играют решающую роль в его работе. Напряжения должны быть таковы, чтобы транзистор находился в активной области работы, что обеспечивает усиление сигнала или его переключение.
- Эмиттер-коллекторное напряжение (V_EC): Это напряжение между эмиттером и коллектором, которое должно быть отрицательным для нормальной работы pnp транзистора. Это гарантирует, что ток от эмиттера к коллектору может течь.
- Базовое напряжение (V_B): Для того чтобы транзистор находился в активной области, база должна иметь более низкое потенциал по отношению к эмиттеру. Это означает, что на базе будет отрицательное напряжение по отношению к эмиттеру, что позволяет току течь из эмиттера в базу.
Таким образом, в pnp транзисторе всегда соблюдается правило: эмиттер должен быть более положительным, чем база, а база — более отрицательной, чем коллектор.
Токи, протекающие через транзистор
Рассмотрим различные токи, которые протекают через pnp транзистор:
- Ток эмиттера (I_E): Это основной ток, который поступает в транзистор через эмиттер. Ток эмиттера всегда является суммой тока базы (I_B) и тока коллектора (I_C). Это основной ток, который управляет работой транзистора.
- Ток базы (I_B): Ток базы — это маленький ток, который служит для управления транзистором. Он подается через базу и является основным управляющим током, который может контролировать более мощный ток эмиттера и коллектора.
- Ток коллектора (I_C): Ток коллектора — это ток, который проходит от коллектора к эмиттеру. Этот ток обычно значительно больше тока базы и определяет мощность, передаваемую через транзистор.
Важно понимать, что токи в pnp транзисторе подчиняются законам усиления. Обычно выполняется соотношение: I_E ≈ I_C + I_B, где ток коллектора и базы примерно одинаковы по величине, но ток эмиттера будет больше, так как он включает в себя как ток коллектора, так и ток базы.
Распределение токов в активной области
Когда pnp транзистор находится в активной области работы (что означает, что база имеет отрицательное напряжение относительно эмиттера, а эмиттер — более положительный), токи распределяются следующим образом:
- Ток эмиттера поступает в транзистор с высокой концентрацией дырок, которые затем переносятся в базу.
- Ток базы представляет собой малый ток, который направляется через базу от эмиттера. Он является ключевым управляющим элементом, который влияет на количество дырок, переходящих в базу, и тем самым регулирует количество тока, который протекает через коллектор.
- Ток коллектора пропорционален току базы. Для каждого тока базы существует соответствующий ток коллектора, который и определяет силу работы транзистора.
Распределение токов в активной области зависит от управляющего тока базы. Если ток базы увеличивается, увеличивается и ток коллектора, что приводит к усилению сигнала.
Состояние насыщения
Когда транзистор работает в состоянии насыщения, как переключатель, база подается на напряжение, близкое к уровню эмиттера. В этом случае коллекторный ток может быть очень высоким, а напряжение между коллектором и эмиттером становится минимальным (приближаясь к нулю). В этом состоянии ток коллектора больше не зависит от тока базы, и транзистор находится в полностью открытом состоянии. Это состояние характерно для работы транзистора как цифрового переключателя.
Заключение
Таким образом, нормальная работа pnp транзистора основывается на правильном распределении токов и напряжений на его контактах. Напряжение на базе должно быть более отрицательным относительно эмиттера, а эмиттер должен быть положительным по отношению к коллектору для того, чтобы транзистор мог функционировать в активной области. Токи в pnp транзисторе играют важную роль в его усилении и переключении, и их точное распределение зависит от управления током базы.