एनपीएन ट्रांजिस्टर

1947 में बेल प्रयोगशालाओं में पहले द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर का आविष्कार किया गया था। "दो ध्रुवीयता" द्विध्रुवी के रूप में संक्षिप्त है, इसलिए नाम द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर है । BJT कलेक्टर (C), बेस (B) और एमिटर (E) के साथ एक तीन टर्मिनल डिवाइस है। एक ट्रांजिस्टर के टर्मिनलों की पहचान करने के लिए एक विशेष BJT भाग के पिन आरेख की आवश्यकता होती है, यह डेटशीट में उपलब्ध होगा। BJT दो प्रकार के होते हैं - NPN और PNP ट्रांजिस्टर । इस ट्यूटोरियल में हम एनपीएन ट्रांजिस्टर के बारे में बात करेंगे। हमें एनपीएन ट्रांजिस्टर के दो उदाहरणों पर विचार करें - BC547A और PN2222A, ऊपर दी गई छवियों में दिखाया गया है।

निर्माण प्रक्रिया के आधार पर पिन विन्यास बदल जाएगा और विवरण इसी डेटाशीट में उपलब्ध होगा। जैसा कि ट्रांजिस्टर की शक्ति रेटिंग बढ़ जाती है, ट्रांजिस्टर के शरीर से जुड़ी आवश्यक हीट सिंक की आवश्यकता होती है। एक निष्पक्ष ट्रांजिस्टर या टर्मिनलों पर लागू संभावित के बिना एक ट्रांजिस्टर दो डायोड से जुड़ा हुआ है जो बैक-टू-बैक जुड़ा हुआ है जैसा कि नीचे दिए गए आंकड़े में दिखाया गया है।

डायोड डी 1 में डायोड डी 2 के आगे चालन के आधार पर रिवर्स कंडक्टिंग प्रॉपर्टी है। जब डायोड D2 से करंट प्रवाहित होता है, तो डायोड D1 करंट को सेंस करता है और आनुपातिक करंट को कलेक्टर टर्मिनल से एमिटर टर्मिनल तक रिवर्स दिशा में प्रवाहित करने की अनुमति दी जाएगी बशर्ते कलेक्टर टर्मिनल पर उच्च क्षमता लागू हो। आनुपातिक स्थिरांक Gain (the) है।

NPN ट्रांजिस्टर का कार्य:

जैसा कि ऊपर चर्चा की जा चुकी है, ट्रांजिस्टर एक वर्तमान नियंत्रित उपकरण है जिसमें दो अवरोधन परतें होती हैं जिनमें विशिष्ट अवरोध क्षमता होती है जो कि घटती परत को फैलाने के लिए आवश्यक होती है। एक सिलिकॉन ट्रांजिस्टर के लिए बाधा क्षमता 25 डिग्री सेल्सियस पर 0.7 वी और जर्मेनियम ट्रांजिस्टर के लिए 25 डिग्री सेल्सियस पर 0.3 वी है। अधिकतर उपयोग किए जाने वाले ट्रांजिस्टर के सामान्य प्रकार सिलिकॉन प्रकार के होते हैं क्योंकि ऑक्सीजन के बाद सिलिकॉन पृथ्वी पर सबसे प्रचुर मात्रा में तत्व है।

आंतरिक ऑपरेशन:

एनपीएन ट्रांजिस्टर का निर्माण यह है कि कलेक्टर और एमिटर क्षेत्रों को एन-टाइप सामग्री के साथ डोप किया जाता है और बेस क्षेत्र को पी-टाइप सामग्री की छोटी परत के साथ डोप किया जाता है। कलेक्टर क्षेत्र के साथ तुलना करने पर उत्सर्जक क्षेत्र बहुत भारी हो जाता है। ये तीन क्षेत्र दो जंक्शन बनाते हैं। वे कलेक्टर-बेस जंक्शन (CB) और बेस-एमिटर जंक्शन हैं।

जब एक संभावित VBE को 0V से बढ़ते बेस-एमिटर जंक्शन पर लागू किया जाता है, तो इलेक्ट्रॉनों और छेदों में कमी क्षेत्र में जमा होने लगती है। जब क्षमता 0.7V से ऊपर बढ़ जाती है, तो बाधा वोल्टेज तक पहुंच जाती है और प्रसार होता है। इसलिए, इलेक्ट्रॉन धनात्मक टर्मिनल की ओर प्रवाहित होते हैं और बेस करंट प्रवाह (IB) इलेक्ट्रॉन प्रवाह के विपरीत होता है। इसके अलावा, कलेक्टर से उत्सर्जक तक प्रवाह शुरू होता है, बशर्ते वोल्टेज वीसीई को कलेक्टर टर्मिनल पर लागू किया जाता है। ट्रांजिस्टर एक स्विच और एक एम्पलीफायर के रूप में कार्य कर सकता है।

संचालन क्षेत्र बनाम संचालन का तरीका:

1. सक्रिय क्षेत्र, आईसी = IB × आईबी - एम्पलीफायर ऑपरेशन

2. संतृप्ति क्षेत्र, आईसी = संतृप्ति वर्तमान - स्विच ऑपरेशन (पूरी तरह से चालू)

3. कट-ऑफ क्षेत्र, आईसी = 0 - स्विच ऑपरेशन (पूरी तरह से बंद)

ट्रांजिस्टर स्विच के रूप में:

एक PSPICE मॉडल के साथ समझाने के लिए BC547A का चयन किया गया है। आधार पर एक वर्तमान सीमित रोकनेवाला का उपयोग करने के लिए ध्यान रखने वाली पहली महत्वपूर्ण बात। उच्च बेस धाराओं से बीजेटी को नुकसान होगा। डेटाशीट से अधिकतम कलेक्टर धारा 100mA और इसी लाभ (hFE या is) दिया जाता है।

घटकों का चयन करने के लिए कदम, 1. कलेक्टर अपने लोड द्वारा चालू खपत का पता लगाएं। इस मामले में यह 60mA (रिले कॉइल या समानांतर एल ई डी) और प्रतिरोधक = 200 ओम होगा।

2. ट्रांजिस्टर को संतृप्ति स्थिति में चलाने के लिए पर्याप्त आधार धारा की आपूर्ति की जानी चाहिए ताकि ट्रांजिस्टर पूरी तरह से चालू हो। आधार वर्तमान और इसी रोकनेवाला की गणना करना।

पूर्ण संतृप्ति के लिए आधार वर्तमान 0.6mA (बहुत अधिक या बहुत कम नहीं) से अनुमानित है। इस प्रकार नीचे 0V के साथ सर्किट है जिसके दौरान स्विच ऑफ स्थिति है।

a) स्विच के रूप में BJT का PSPICE सिमुलेशन, और ख) समकक्ष स्विच स्थिति

सैद्धांतिक रूप से स्विच पूरी तरह से खुला है लेकिन व्यावहारिक रूप से एक रिसाव वर्तमान प्रवाह देखा जा सकता है। यह वर्तमान नगण्य है क्योंकि वे पीए या एनए में हैं। वर्तमान नियंत्रण पर बेहतर समझ के लिए, एक ट्रांजिस्टर को कलेक्टर (सी) और एमिटर (ई) के पार चर अवरोधक के रूप में माना जा सकता है, जिसका प्रतिरोध आधार (बी) के माध्यम से वर्तमान के आधार पर भिन्न होता है।

प्रारंभ में जब कोई करंट बेस से नहीं बह रहा होता है, सीई के पार प्रतिरोध बहुत अधिक होता है, जिससे कोई करंट प्रवाहित नहीं होता है। जब आधार टर्मिनल में 0.7V और उससे अधिक की क्षमता लागू की जाती है तो BE जंक्शन फैलता है और CB जंक्शन को फैलाने का कारण बनता है। अब कलेक्टर प्रवाह से लाभ के आधार पर उत्सर्जक हो जाता है।

a) स्विच के रूप में BJT का PSPICE सिमुलेशन, और ख) समकक्ष स्विच स्थिति

अब देखते हैं कि आधार करंट को नियंत्रित करके आउटपुट को कैसे नियंत्रित किया जाए। आईसी = 42mA को ध्यान में रखते हुए और ऊपर समान सूत्र का पालन करने पर हमें IB = 0.35mA मिलता है; आरबी = 14.28kOhms 8 15kOhms।

a) स्विच के रूप में BJT का PSPICE सिमुलेशन, और ख) समकक्ष स्विच स्थिति

गणना मूल्य से व्यावहारिक मूल्य की भिन्नता ट्रांजिस्टर भर में वोल्टेज की गिरावट और उपयोग किए जाने वाले प्रतिरोधक भार के कारण है।

एम्पलीफायर के रूप में ट्रांजिस्टर:

प्रवर्धन एक कमजोर सिग्नल को प्रयोग करने योग्य रूप में परिवर्तित कर रहा है। प्रवर्धन की प्रक्रिया कई अनुप्रयोगों में एक महत्वपूर्ण कदम रहा है जैसे वायरलेस संचारित सिग्नल, वायरलेस प्राप्त सिग्नल, एमपी 3 प्लेयर, मोबाइल फोन, और आदि। ट्रांजिस्टर विभिन्न विन्यासों पर बिजली, वोल्टेज और वर्तमान को बढ़ा सकता है।

एम्पलीफायर सर्किट में उपयोग किए जाने वाले कुछ कॉन्फ़िगरेशन हैं

1. आम एमिटर एम्पलीफायर
2. आम कलेक्टर एम्पलीफायर
3. सामान्य आधार प्रवर्धक

उपरोक्त प्रकार के आम एमिटर प्रकार लोकप्रिय और अधिकतर उपयोग किए जाने वाले कॉन्फ़िगरेशन हैं। ऑपरेशन सक्रिय क्षेत्र में होता है, सिंगल स्टेज कॉमन एमिटर एम्पलीफायर सर्किट इसके लिए एक उदाहरण है। एक एम्पलीफायर डिजाइन करने में एक स्थिर डीसी पूर्वाग्रह बिंदु और एक स्थिर एसी लाभ महत्वपूर्ण हैं। नाम एकल चरण प्रवर्धक जब केवल एक ट्रांजिस्टर का उपयोग किया जा रहा हो।

ऊपर एकल चरण एम्पलीफायर सर्किट है जहां बेस टर्मिनल पर लगाया गया एक कमजोर सिग्नल कलेक्टर टर्मिनल पर वास्तविक सिग्नल के ifier गुना में बदल जाता है।

भाग का उद्देश्य:

CIN कपलिंग कैपेसिटर है जो ट्रांजिस्टर के बेस को इनपुट सिग्नल देता है। इस प्रकार यह संधारित्र ट्रांजिस्टर से स्रोत को अलग करता है और केवल एसी सिग्नल को गुजरने की अनुमति देता है। सीई बाईपास कैपेसिटर है जो प्रवर्धित सिग्नल के लिए कम प्रतिरोध पथ के रूप में कार्य करता है। COUT कपलिंग कैपेसिटर है जो ट्रांजिस्टर के कलेक्टर से आउटपुट सिग्नल को जोड़े। इस प्रकार यह संधारित्र ट्रांजिस्टर से आउटपुट को अलग करता है और केवल एसी सिग्नल को गुजरने की अनुमति देता है। आर 2 और आरई एम्पलीफायर को स्थिरता प्रदान करते हैं जबकि आर 1 और आर 2 एक साथ एक संभावित विभक्त के रूप में कार्य करके डीसी पूर्वाग्रह बिंदु में स्थिरता सुनिश्चित करते हैं।

ऑपरेशन:

सर्किट हर बार अंतराल के लिए तुरंत संचालित होता है। बस समझने के लिए, जब बेस टर्मिनल पर एसी वोल्टेज उत्सर्जक रोकनेवाला के माध्यम से वर्तमान प्रवाह में इसी वृद्धि को बढ़ाता है। इस प्रकार, एमिटर करंट में यह वृद्धि ट्रांजिस्टर के माध्यम से प्रवाह करने के लिए उच्च कलेक्टर धारा को बढ़ाती है जो वीसीई कलेक्टर एमिटर ड्रॉप में घट जाती है। इसी तरह जब इनपुट एसी वोल्टेज तेजी से घटता है तो वीसीटी वोल्टेज एमिटर करंट में कमी के कारण बढ़ना शुरू हो जाता है। वोल्टेज में ये सभी परिवर्तन आउटपुट पर तुरंत प्रतिबिंबित होते हैं जो इनपुट के उल्टे तरंग हो जाएंगे, लेकिन एक प्रवर्धित होगा।

विशेषताएँ	सामान्य आधार	आम एमिटर	आम कलेक्टर
वोल्टेज बढ़ना	उच्च	मध्यम	कम
वर्तमान लाभ	कम	मध्यम	उच्च
पॉवर गेन	कम	बहुत ऊँचा	मध्यम

तालिका: तुलना तालिका प्राप्त करें

उपरोक्त तालिका के आधार पर, संबंधित कॉन्फ़िगरेशन का उपयोग किया जा सकता है।