Nederlands
Menu

NPN- versus PNP-transistor: structuur, stroomrichting, schemasymbool en gebruik vergeleken

Een NPN-transistor heeft een p-type basis tussen een n-type emitter en collector; een PNP-transistor is het omgekeerde, met een n-type basis tussen een p-type emitter en collector. Bij NPN voeren vooral elektronen de stroom, bij PNP vooral gaten, en alle spannings- en stroomrichtingen zijn omgekeerd. Omdat in silicium de mobiliteit van elektronen groter is dan die van gaten, is een NPN-transistor bij dezelfde afmetingen sneller en is een hoge stroomversterking makkelijker te halen. Daarom wordt NPN vaker gebruikt.

KenmerkNPNPNP
Volgorde van de lagen (emitter, basis, collector)n-type, p-type, n-typep-type, n-type, p-type
Belangrijkste ladingsdragersElektronen (vanuit de emitter in de basis geïnjecteerd)Gaten (vanuit de emitter in de basis geïnjecteerd)
Instelling in het actieve gebiedBasis-emitter in doorlaatrichting (basis ongeveer 0,6 tot 0,7 V hoger dan de emitter), basis-collector in sperrichtingBasis-emitter in doorlaatrichting (basis ongeveer 0,6 tot 0,7 V lager dan de emitter), basis-collector in sperrichting
Spanningsverhouding van de aansluitingen (actief gebied)VC > VB > VEVE > VB > VC
StroomrichtingStroomt de basis en collector in en de emitter uitStroomt de emitter in en de basis en collector uit
Pijl in het schemasymboolBij de emitter naar buiten gerichtBij de emitter naar binnen gericht
Gebruik als schakelaarLow-side schakelaar tussen belasting en GND. Gaat aan wanneer stroom de basis in wordt gestuurdHigh-side schakelaar tussen voeding en belasting. Gaat aan wanneer stroom uit de basis wordt getrokken
Prestaties (bij dezelfde afmetingen)Door de grote elektronenmobiliteit sneller, en een hoge stroomversterking is makkelijker te halenDoor de kleinere gatenmobiliteit trager dan NPN, en de stroomversterking valt vaak lager uit
Belangrijkste toepassingenVersterkerschakelingen, low-side schakelaars, open-collectoruitgangen, snelle schakelingen zoals ECLHigh-side schakelaars, push-pull-eindtrappen in combinatie met NPN, stroombronnen die stroom vanaf de voedingskant leveren

De getalswaarden zijn typische ordegroottes en variëren per procesgeneratie en product.

Wanneer welke variant?

NPN
De eerste keuze bij twijfel. Veel gebruikt om vanaf een microcontrollerpin een led of relais aan de GND-kant te schakelen en in gangbare versterkerschakelingen.
PNP
Wanneer een belasting aan de voedingskant moet worden geschakeld, of voor een stroombron die stroom vanaf de voeding levert.
Combinatie
Met een bij elkaar passend NPN-PNP-paar (complementair paar) kan een push-pull-versterker worden gebouwd waarin elke transistor één halve periode voor zijn rekening neemt, positief of negatief. In klasse B ontstaat cross-oververvorming, dus meestal wordt klasse AB gebruikt, met een kleine ruststroom.

Veelgestelde vragen

Hoe herken je NPN en PNP aan het schemasymbool?

Aan de richting van de pijl bij de emitter. De pijl geeft de richting aan waarin stroom in doorlaatrichting door de pn-junctie tussen basis en emitter loopt (van p-type naar n-type): bij NPN van de emitter naar buiten, bij PNP naar de emitter toe.

Waarom wordt NPN vaker gebruikt?

In silicium is de mobiliteit van elektronen ongeveer 2 tot 3 keer die van gaten, zodat bij dezelfde structuur een hogere stroomversterking en snelheid makkelijker te halen zijn met NPN. Daarnaast is in schakelingen met GND als referentie een low-side schakelaar met NPN eenvoudig op te bouwen.

Kan ik een NPN vervangen door een PNP?

Niet door hem gewoon om te wisselen. Alle spannings- en stroomrichtingen zijn omgekeerd, dus de schakeling moet opnieuw worden ontworpen, inclusief de polariteit van de voeding en de plaats van de belasting. Door de hele schakeling tussen voedings- en GND-kant te spiegelen, kan dezelfde functie worden bereikt.

Hoe zet je een PNP-transistor aan?

Maak de basis ongeveer 0,6 tot 0,7 V lager dan de emitter en trek stroom uit de basis. Bij een high-side schakelaar met de emitter aan de voeding gaat de transistor aan door de basis via een weerstand naar GND te trekken, en uit door de basis op dezelfde spanning als de emitter te brengen.

Test uw begrip

Welke biasvoorwaarde is juist wanneer een NPN-transistor voor versterking wordt gebruikt (in het actieve gebied)?

  1. ABasis-emitter in doorlaatrichting, basis-collector in sperrichting
  2. BBasis-emitter in sperrichting, basis-collector in doorlaatrichting
  3. CZowel basis-emitter als basis-collector in doorlaatrichting
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: A. Basis-emitter in doorlaatrichting, basis-collector in sperrichting

In het actieve gebied wordt de basis-emitterovergang in doorlaatrichting gebracht, zodat elektronen van de emitter in de basis worden geïnjecteerd, en de basis-collectorovergang in sperrichting, zodat de elektronen die door de basis zijn gegaan door een sterk veld naar de collector worden getrokken. De collectorstroom is vrijwel onafhankelijk van de collectorspanning en wordt bepaald door de basisstroom (of VBE), waardoor versterking mogelijk is. Zijn beide in doorlaatrichting, dan is de transistor in het verzadigingsgebied (schakelaar aan); zijn beide in sperrichting, dan is hij in het afsnijdgebied (uit).

Welke ladingsdragers worden bij een PNP-transistor vanuit de emitter in de basis geïnjecteerd en dragen de stroom hoofdzakelijk?

  1. AElektronen
  2. BGaten
  3. CIonen
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: B. Gaten

Bij een PNP-transistor worden gaten uit de p-type emitter in de n-type basis geïnjecteerd, passeren de basis en worden door de p-type collector verzameld. Bij NPN spelen elektronen dezelfde rol. Omdat de mobiliteit van elektronen circa driemaal die van gaten is, is bij dezelfde structuur een NPN sneller en heeft hij een hogere stroomversterking, en is hij de gangbare uitvoering. PNP wordt gebruikt in push-pullschakelingen in combinatie met NPN en in schakelaars aan de positieve zijde van de voeding (high-side); de richting van spanningen en stromen is tegengesteld aan die bij NPN.

In welke richting wijst de pijl bij de emitter in het schakelsymbool van een NPN-transistor?

  1. AVan de collector naar de emitter
  2. BVan de basis naar buiten de emitter
  3. CVan buiten de emitter naar de basis
Antwoord en toelichting tonen

Antwoord: B. Van de basis naar buiten de emitter

De pijl in het schakelsymbool geeft de richting aan waarin de doorlaatstroom door de pn-overgang tussen basis en emitter vloeit (p→n). Bij NPN vloeit die van de basis (p) naar de emitter (n), zodat de pijl naar buiten wijst; bij PNP wijst hij naar binnen. Als ezelsbruggetje is "NPN: Not Pointing iN" (wijst niet naar binnen) bekend. Omdat de pijl alleen bij de emitter staat, kunnen aan het symbool ook emitter en collector worden onderscheiden.

  1. Wat is de belangrijkste reden om bij een NPN-transistor de onzuiverheidsconcentratie van de emitter hoger te maken dan die van de basis?
  2. Welke vervorming treedt gemakkelijk op bij een klasse-B-push-pullversterker waarin NPN- en PNP-transistoren de positieve en negatieve halve perioden verdelen?
  3. Welke richtwaarde voor de basis-emitterspanning VBE van een bipolaire siliciumtransistor in het actieve gebied is juist?

Oefenvragen over Bipolaire transistor

Belangrijke termen uitgelegd

Stroomversterkingsfactor (hFE)
Verhouding tussen collectorstroom en basisstroom van een bipolaire transistor (IC/IB).
Actief gebied
Toestand waarin de basis-emitterovergang in voorwaartse en de basis-collectorovergang in sperrichting is voorgespannen. De collectorstroom is evenredig met de basisstroom en wordt gebruikt voor versterking.
Verzadigingsgebied (saturation region)
Toestand van een bipolaire transistor waarin zowel de basis-emitter- als de basis-collectorjunctie in doorlaatrichting staat. De collector-emitterspanning daalt tot ongeveer 0,1 tot 0,3 V, wat overeenkomt met een ingeschakelde schakelaar.
Emittervolger (emitter follower)
Common-collectorversterker. De spanningsversterking is ongeveer 1, maar door de hoge ingangsimpedantie en lage uitgangsimpedantie wordt hij gebruikt als buffer die de volgende trap aanstuurt zonder het signaal te verzwakken.
Overnamevervorming (crossover distortion)
Vervorming in een klasse-B-balansversterker die optreedt rond 0 V, waar de transistors voor de positieve en negatieve halve periode elkaar afwisselen en geen van beide geleidt. Wordt verminderd in klasse AB, waar een kleine voorspanning wordt toegepast.

Verwante vergelijkingen