خصائص وبنية ترانزستورات PNP

خصائص وبنية ترانزستورات PNP

إنّ ترانزستور PNP معاكسٌ تماماً للترانزستور NPN ؛حيث يُطبَّق جهدٌ مستمرّ موجبٌ على الباعث، وتكون بنيته بحيث يتوضَّع الديودان المكوّنان للترانزستور بشكل معكوس (موجب-سالب-موجب)، ويشير السهم المرسوم على رمز الترانزستور باتّجاه الداخل، وبالتالي تكونُ قطبيّة الترانزستور معكوسة أيضاً ، فيسحَبُ التّيّارَ باتجاه القاعدة على عكس ترانزستور NPN الذي يحتاج وجودَ تيّار على قاعدته ليعملَ .


الفرق بين ترانزستور NPN و PNP

وبشكل عامّ فإنّ الاختلاف الرئيسيّ بين الترانزستورين يتمثّل بكون الثقوبِ هي حواملُ الشّحنة الأكثر أهميّة بالنسبة لترانزستور PNP ، بينما تشكل الإلكترونات حواملَ الشّحنة الأكثر أهميّة بالنسبة للترانزستور NPN، فنجد أنّ ترانزستورات PNP تَستخدِم تيّارَ قاعدةٍ صغيراً وجهداً سالباً مطبَّقاً على القاعدة لتتحكَّمَ بتيّارٍ باعث-مجمِّع أكبرَ بكثير من تيّار القاعدة، أي أنَّ الباعث يجب أن يكونَ أكثرَ إيجابيّةً مقارنةً بالقاعدة والمجمِّع ، وكما يوضّح الشكل الآتي تتألَّف هذه الترانزستورات من نصفَي ناقلَين نوع P مدمَجة ببعضها من الطّرف نوع N:

بنية الترانزستور PNP
بنية الترانزستور PNP (مصدر الصورة: موقع electronics-tutorials)

تملك ترانزستورات PNP خصائصَ مشابهةً جداً لترانزستورات NPN باستثناء قطبيّة (أو تحييز) التّيّار، وتختلف أيضاً اتجاهات الجهود في كلٍّ من التوصيلات الممكنة للترانزستور (مجمّع مشترَك-باعث مشترَك-قاعدة مشتركة)، ويوضّح الشكل التوصيلة العامة للترانزستور PNP:

التوصيلة العامة للترانزستور PNP(مصدر الصورة: موقع electronics-tutorials)

 

وكما نرى فإنّ الجهد المطبَّق على القاعدة سالبٌ لتحييز الترانزستور، بينما يُطبَّق على الباعث جهدٌ موجب مقارنةً بجهد القاعدة وجهد المجمّع، أي يتوجَّب تطبيقُ جهدٍ موجب (أو أكثرَ إيجابية من جهدَي القاعدة والمجمّع) على باعث ترانزستور PNP لجعلِه موصلًا، ونلاحظ أنَّ الباعث وُصِل مع منبع التغذية ومقاومةِ الحمل RL ،ممّا يحدّ من التيّار الأعظميّ المارّ في الجهاز الموصول مع المجمّع، بينما توصل القاعدة المنحازة سلبيّاً إلى مقاومة RB للحدّ من تيّار القاعدة الأعظميّ، وبالتالي لجعل الترانزستور موصِلًا يجب أن تكون قاعدتُه أكثرَ سلبيّة من باعثه بما يقارب 0.7 V لترانزستور مصنوع من السيليكون و 0.3 V لترانزستور مصنوع من الجرمانيوم، ونجد أيضاً أنّ المعادلات المستخدمَة لحساب قيمة مقاومة أو تيّار القاعدة أو تيّار المجمّع هي نفسها للترانزستورات من نوع PNP أو NPN كما هو موضَّح في الصورة أدناه:

قوانين عامة للنوعين NPN وPNP
قوانين عامة للنوعين NPN وPNP (مصدر الصورة: موقع electronics-tutorials)

وكنتيجة نرى أنّ تحييز وصلات الترانزستور بالشكل المناسب هو الاختلاف الرئيسي بين نوعيّ PNP و NPN ؛ حيث تكون اتجاهات التيّار وقطبيّة الجهود متعاكسة.

 

وبشكل عام يمكن استبدال ترانزستور PNP بترانزستور NPN في معظم الدارات الإلكترونيّة، كما يمكن استخدام هذه الترانزستورات كقواطع switch كما هو موضَّح في المثال الآتي:

ترانزستور PNP كقاطع
ترانزستور PNP كقاطع (مصدر الصورة: موقع electronics-tutorials)

إنّ منحنياتِ الترانزستورات PNP و NPN متشابهة ٌجدًا ولكن بفرق طور 180°؛  بسبب انعكاس قطبية الجهود والتيارات؛ حيث يَخرج تيّار الترانزستور PNP من القاعدة والمجمِّع باتجاه البطارية، ويمكن رسم خط الحملِ الديناميكيّ نفسِه على منحني الفولت-أمبير I-V لإيجاد نقطة عمل الترانزستور.

توافُق الترانزستورات:

(مصدر الصورة: موقع electronics-tutorials)

قد تتساءل عن سبب وجود نوعَين لهذه الترانزستورات في حين يمكن استخدام أيّ منهما كمضخّم أو مفاتيح َالكترونيّة (solid-state switch)، ولكن يمكن أن يكون لهذا فائدة كبيرة بتصميم دارات مضخّمات القدرة مثل مضخم القدرة صنف B؛  حيث يَستخدم هذا المضخّم ترانزستورَين متتامّين أو متوافقَين (أي أنّ أحدهما نوع PNP والآخر NPN) في مرحلة الخَرج ؛ حيث يعمل الترانزستور NPN عند الموجة الموجبة بينما يعمل PNP عند الموجة السالبة، ممّا يمنح المضخِّم القدرة على التحكّم بالقدرة المطلوبة لتشغيل الحِمل في كِلا الاتجاهين عند الممانعة والقدرة الاسميّين المصرّح بهما، فنحصل على تيّار خَرج غالباً ما يكون بمقدار بضعة أمبيرات يتوزّع بشكل متساوٍ على الترانزستورين المتكاملَين، أو يُستخدمان في دارات التحكّم بمحرّك H-Bridge ذي الاتجاهين ؛ حيث نحتاج للتحكّم بتدفُّق التيّار بشكل متساوٍ خلال المحرّك في كِلا الاتجاهين وبأوقات مختلفة للحركة الأماميّة والعكسيّة، مع العلم أنّ أي زوجَين من الترانزستورات يمتلكان مواصفات متقاربة هما ترانزستورين متكاملَين مثل (TIP3055 (NPN و (TIP2955 (PNPوهما مضخما قدرة مصنوعان من السيليكون، كلاهما يمتلك ربح تيّار مستمرّ (عامل التضخيم (Beta (IC/IB) بنسبة 10% وتيّار مجمّع عالٍ بحدود  15 A ، ممّا يجعلهما اختياراً مثالياً لتطبيقات الروبوت أو التحكّم بالمحرّكات بشكل عام.

تحديد أقطاب الترانزستور نوع PNP:

كما ذكرنا سابقًا فإنّ الترانزستورات مصنوعة بشكل رئيسيّ من ديودين موصولَين ببعضهما، وهذا يساعدُنا على تحديد نوع الترانزستور عن طريق قياس المُمانعة بين أطرافه الثلاثة (القاعدة والباعث والمجمِّع)، فينتج لدينا-بقياس المقاومة بين كلّ طرفين وبالاتجاهين- ستة اختبارات مع القيم المتوقّعة للمقاومة مقدرةً بالأوم كما يأتي:

  • وصلة الباعث-قاعدة:

تُشابِه الديود حيث تكون موصولة باتجاه واحد فقط.

  • وصلة المجمّع-قاعدة:

كذلك تُشابِه الديود وتكون موصولة باتجاه واحد.

  • وصلة الباعث-مجمِّع:

يجب ألّا تكون موصولة بأي اتجاه.

يوضِّح الجدول الآتي قِيَم المقاومة بين أطراف الترانزستور للنوعَين PNP و NPN:

أطراف الترانزستور PNP NPN
مجمّع-باعث مقاومة عالية مقاومة عالية
مجمّع-قاعدة مقاومة منخفضة مقاومة عالية
باعث-مجمّع مقاومة عالية مقاومة عالية
باعث-قاعدة مقاومة منخفضة مقاومة عالية
قاعدة-مجمّع مقاومة عالية مقاومة منخفضة
قاعدة-باعث مقاومة عالية مقاومة منخفضة

 

وهكذا نستطيع تحديد الترانزستور PNP بكونه يحتاج تيّاراً صغيراً وجهداً سالباً على قاعدته (مقارنةً بجهد الباعث) ليعملَ ويقدم تيّاراً أكبرَ بكثير من تيّارِ قاعدته، وبشرط أن يكون جهد الباعث أكبرَ بكثير من جهد المجمّع، وبعبارة أخرى يعمل ترانزستور PNP بشرط أن يكون جهدا القاعدة والمجمّع سالبَين مقارنةً بجهد الباعث.


المصدر: هنا
ترجمة: آلاء الأغا, مراجعة: علي العلي, تدقيق لغوي: رنيم العلي, تصميم: علي العلي, تحرير: قحطان غانم.

اترك تعليقاً

لن يتم نشر عنوان بريدك الإلكتروني. الحقول الإلزامية مشار إليها بـ *