Der PNP-Transistoren

Grundsätzlich werden bei dieser Transistorbauart die beiden Dioden in Bezug auf den NPN-Typ vertauscht, was zu einer Positiv-Negativ-Positiv Konfiguration führt, wobei der Pfeil, der auch die Emitterklemme definiert, diesmal nach innen in das Transistorsymbol zeigt.

Außerdem sind alle Polaritäten für einen PNP-Transistor umgekehrt, was bedeutet, dass der Strom in seine Basis “sinkt”, im Gegensatz zu dem NPN-Transistor, wo der Strom in seiner Basis “quillt”. Der Hauptunterschied zwischen den beiden Transistorentypen besteht darin, dass Löcher die wichtigeren Träger für PNP-Transistoren sind, während Elektronen die wichtigsten Träger für NPN-Transistoren sind.

Außerdem verwenden PNP-Transistoren einen kleinen Basisstrom und eine negative Basisspannung, um einen viel größeren Emitter-Kollektor-Strom zu steuern. Mit anderen Worten, für einen PNP-Transistor ist der Emitter positiver in Bezug auf die Basis und auch in Bezug auf den KolleKtor.

Die Konstruktion eines “PNP-Transistors” besteht aus zwei P-Typ-Halbleitermaterialien auf beiden Seiten eines N-Typ-Materials, wie unten gezeigt.

Bipolarer PNP Transistor Konfiguration

(Hinweis: Der Pfeil definiert den Emitter und den konventionellen Stromfluss,
“in” für einen PNP-Tr)

Der Aufbau und die Klemmenspannungen für einen NPN-Transistor sind oben dargestellt. Der PNP Transistor hat sehr ähnliche Eigenschaften wie sein bipolarer NPN Vetter, außer dass die Polaritäten (oder Vorspannung) der Strom- und Spannungsrichtungen für jede der möglichen drei Konfigurationen, die im ersten Tutorial unter Basis-, Emitter- und Kollektorschaltung betrachtet werden, umgekehrt sind.

PNP-Transistoranschluß

Die Spannung zwischen der Basis und dem Emitter ( V_BE ) ist nun an der Basis negativ und am Emitter positiv, da bei einem PNP-Transistor die Basisklemme gegenüber dem Emitter immer negativ vorgespannt ist.

Auch die Emitter-Versorgungsspannung ist gegenüber dem Kollektor ( V_CE ) positiv. Für einen PNP-Transistor ist der Emitter also immer positiver, sowohl in Bezug auf die Basis als auch auf den Kollektor.

Die Spannungsquellen sind an einen PNP-Transistor angeschlossen, siehe Abbildung. Diesmal wird der Emitter an die Versorgungsspannung V_CC mit dem Lastwiderstand R_L angeschlossen, der den maximalen Strom begrenzt, der durch das an die KolleKtor-Klemme angeschlossene Gerät fließt. Die Basisspannung V_B, die gegenüber dem Emitter negativ vorgespannt ist und mit dem Basiswiderstand R_B verbunden ist, der wiederum zur Begrenzung des maximalen Basisstroms verwendet wird.

Damit der Basisstrom in einem PNP-Transistor fließen kann, muss die Basis negativer sein als der Emitter (der Strom muss die Basis verlassen), und zwar um ca. 0,7 volt für ein Silizium-Bauelement oder um 0,3 volt für ein Germanium-Bauelement, wobei die Formeln zur Berechnung des Basiswiderstandes, des Basisstromes oder des Kollektorstromes dieselben sind wie für einen äquivalenten NPN-Transistor und folgendermaßen lauten:

Wir können sehen, dass die grundlegenden Unterschiede zwischen einem NPN-Transistor und einem PNP-Transistor in der richtigen Vorspannung der Transistorübergänge liegen, da die Stromrichtungen und Spannungspolaritäten immer entgegengesetzt sind. Für die obige Schaltung gilt also: Ic = Ie – Ib der Strom muss die Basis verlassen.

Im Allgemeinen kann der PNP-Transistor NPN-Transistoren in den meisten elektronischen Schaltungen ersetzen, der einzige Unterschied ist die Polarität der Spannungen und die Richtung des Stromflusses. PNP-Transistoren können auch als Schaltgeräte verwendet werden. Ein Beispiel für einen PNP-Transistorschalter ist unten dargestellt.

PNP-Transistorschaltung

Die Ausgangskennlinien für einen PNP-Transistor sehen sehr ähnlich aus wie die für einen äquivalenten NPN-Transistor, nur dass sie um 180^o gedreht werden, um die Spannungen und Ströme der umgekehrten Polarität zu berücksichtigen (d.h. bei einem PNP-Transistor fließt der Elektronenstrom aus der Basis und dem Kollektor in Richtung Batterie). Dieselbe dynamische Belastungslinie kann auf die I-U-Kurven gezeichnet werden, um die Arbeitspunkte der PNP-Transistoren zu finden.

Transistor-Anpassung

Komplementäre Transistoren

Sie denken vielleicht, was nützt es, einen PNP-Transistor zu haben, wenn es genügend NPN-Transistoren gibt, die als Verstärker oder Festkörperschalter verwendet werden können? Nun, zwei verschiedene Transistorentypen “PNP” und “NPN” können ein großer Vorteil bei der Entwicklung von Leistungsverstärkerschaltungen wie dem Klasse-B-Verstärker sein.

Klasse-B-Verstärker verwenden “Komplementäre” oder “Matched Pair” (d.h. ein PNP und ein NPN sind miteinander verbunden) Transistoren in ihrer Endstufe oder in reversiblen H-Bridge-Motorsteuerschaltungen, wenn wir den Stromfluss gleichmäßig durch den Motor in beide Richtungen steuern wollen.

Ein Paar korrespondierender NPN- und PNP-Transistoren mit nahezu identischen Eigenschaften werden Komplementärtransistoren genannt, z.B. ein TIP3055 (NPN-Transistor) und der TIP2955 (PNP-Transistor) sind gute Beispiele für komplementäre oder angepasste Silizium-Leistungstransistoren. Beide haben eine Gleichstromverstärkung, Beta, ( Ic/Ib ), die auf bis zu 10% angepasst ist, und einen hohen Kollektorstrom von ca. 15A, was sie ideal für allgemeine Motorsteuerungen oder Roboteranwendungen macht.

Auch Verstärker der Klasse B verwenden komplementäre NPN und PNP in ihrem Leistungsendstufen-Design. Der NPN-Transistor leitet nur die positive Hälfte des Signals, während der PNP-Transistor die negative Hälfte des Signals leitet.

Dies ermöglicht es dem Verstärker, die erforderliche Leistung durch den Lastlautsprecher in beide Richtungen bei der angegebenen Nennimpedanz und Leistung zu treiben, was zu einem Ausgangsstrom führt, der wahrscheinlich in der Größenordnung von mehreren Ampere liegt, die gleichmäßig zwischen den beiden komplementären Transistoren verteilt sind.Identifizierung des PNP-Transistors

Wir haben im ersten Tutorial dieser Transistoren-Sektion gesehen, dass Transistoren im Grunde genommen aus zwei Dioden bestehen, die hintereinander geschaltet sind.

Wir können diese Analogie verwenden, um festzustellen, ob ein Transistor vom Typ PNP oder NPN ist, indem wir seinen Widerstand zwischen den drei verschiedenen Leitungen, Emitter, Basis und Kollektor, testen. Durch das Testen jedes Paares von Transistorleitungen in beide Richtungen mit einem Multimeter ergeben sich insgesamt sechs Tests mit den erwarteten Widerstandswerten in Ohm, die unten angegeben sind:

• 1. Emitter-Basis-Terminals – Emitter zu Basis sollte wie eine normale Diode funktionieren und den Strom nur in einer Richtung durchlassen.
• 2. Kollektor-Basis-Klemmen – Der Kollektor-Basis-Anschluss sollte wie eine normale Diode funktionieren und den Strom nur in einer Richtung durchlassen.
• 3. Emitter-Kollektor-Anschlüsse – Der Emitter-Kollektor sollte in keiner Richtung leiten.

Anschlusswiderstände für PNP- und NPN-Transistoren

Dann können wir einen PNP-Transistor als normal “OFF” definieren, aber einen kleinen Ausgangsstrom und eine negative Spannung an seiner Basis ( B ) relativ zu seinem Emitter ( E ), die ihn “ON” schalten, so dass ein sehr großer Emitter-Kollektor-Strom fließen kann. PNP-Transistoren leiten, wenn Ve viel größer als Vc ist.

Mit anderen Worten, ein bipolarer PNP-Transistor wird NUR dann funktionieren, wenn sowohl die Basis- als auch die Kollektoranschlüsse negativ gegenüber dem Emitter sind.

Im nächsten Tutorial über bipolare Transistoren werden wir, anstatt ihn als Verstärker zu verwenden, uns mit dem Betrieb des Transistors in seinen Sättigungs- und Abschaltbereichen befassen, wenn er als Festkörperschalter verwendet wird. Bipolare Transistorschalter werden in vielen Anwendungen eingesetzt, um einen Gleichstrom “ON” oder “OFF” zu schalten, von LEDs, die bei niedrigen Gleichspannungen nur wenige Milliampere Schaltstrom benötigen, oder Motoren und Relais, die bei höheren Spannungen höhere Ströme benötigen.

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