Hiểu về Transistor PNP: Cấu Tạo, Hoạt Động, và Ứng Dụng

Transistor PNP là một loại bóng bán dẫn Lưỡng Cực (BJT) được đặc trưng bởi cấu hình Dương-Âm-Dương (PNP). Cấu hình này ngược lại với transistor NPN, trong đó cực tính của các diode bị đảo ngược. Trong một transistor PNP, cực phát (Emitter) là dương so với các cực gốc (Base) và cực thu (Collector). Ký hiệu transistor được đánh dấu bằng một mũi tên hướng vào trong, chỉ hướng dòng điện từ cực phát cực gốc.

Trong transistor PNP, các lỗ trống đóng vai trò là các hạt mang điện chính, khác với các electron trong transistor NPN. Transistor hoạt động bằng cách sử dụng một dòng điện nhỏ qua cực gốc và một điện áp âm tại cực gốc để kiểm soát dòng điện từ cực phát (E) tới cực thu (C) lớn hơn nhiều. Để hoạt động đúng, cực phát (E) phải có điện thế dương lớn hơn so với cực gốc (B) và cực thu (C).

Cấu tạo của một transistor PNP bao gồm hai vật liệu bán dẫn loại P kẹp một vật liệu loại N ở giữa. Transistor này tương tự như transistor NPN, ngoại trừ cực tính và hướng dòng điện bị đảo ngược. Điện áp là âm tại cực gốc B và dương tại cực phát E. Điện áp cung cấp (VCE) là dương so với C. Để transistor dẫn điện, cực phát E phải có điện áp dương lớn hơn cả B và C.

Các nguồn điện áp bên ngoài được kết nối với một bóng bán dẫn PNP sao cho cực phát E được kết nối với điện áp cung cấp (VCC) thông qua một điện trở tải (RL). Điện trở này giới hạn dòng điện tối đa chạy qua bóng bán dẫn. Điện áp cực gốc (VB) được kết nối với điện trở cực gốc (RB) và được phân cực âm so với cực phát (E). Để dòng điện cực gốc IB bắt đầu chạy qua, VB phải nhỏ hơn VE khoảng 0,7 vôn đối với các thiết bị silicon hoặc 0,3 vôn đối với các thiết bị germanium(Ge).

Sự khác biệt chính giữa bóng bán dẫn NPN và PNP nằm ở độ phân cực của các mối nối của chúng. Hướng dòng điện và cực điện áp luôn ngược nhau. Đối với bóng bán dẫn PNP, mối quan hệ giữa các dòng điện được biểu thị bằng ( IC = IE - IB ) khi dòng điện chạy ra khỏi cực gốc (B).

Transistor PNP có thể thay thế transistor NPN trong hầu hết các mạch điện tử, với sự khác biệt chính là cực tính của điện áp và hướng dòng điện. Transistor PNP cũng được sử dụng như thiết bị chuyển mạch. Trong cấu hình như vậy, khi một dòng điện đầu ra nhỏ và điện áp âm được áp dụng cho cực gốc B so với cực phát E, transistor sẽ "BẬT", cho phép dòng điện E-C (VCE) lớn hơn chạy qua.

Đường cong đặc tính đầu ra cho bóng bán dẫn PNP tương tự như cho bóng bán dẫn NPN, ngoại trừ chúng được xoay 180 độ để tính đến cực tính ngược của điện áp và dòng điện. Các đường cong này giúp xác định các điểm hoạt động của bóng bán dẫn. Một đường tải động có thể được vẽ trên các đường cong I-V để xác định các điểm hoạt động của bóng bán dẫn.

Sự tồn tại của cả bóng bán dẫn PNP và NPN đều có lợi khi thiết kế mạch khuếch đại công suất, chẳng hạn như bộ khuếch đại Loại B. Trong các bộ khuếch đại này, các cặp bóng bán dẫn bổ sung hoặc khớp nhau (một PNP và một NPN) được sử dụng ở tầng đầu ra hoặc trong các mạch điều khiển động cơ cầu H có thể đảo ngược. Các mạch này điều khiển dòng điện chạy qua động cơ theo cả hai hướng để chuyển động tiến và lùi.

Các bóng bán dẫn bổ sung, như TIP3055 (NPN) và TIP2955 (PNP), là các cặp bóng bán dẫn có đặc tính gần giống hệt nhau. Các cặp này được sử dụng trong các ứng dụng yêu cầu dòng điện cân bằng theo cả hai hướng, chẳng hạn như điều khiển động cơ và khuếch đại âm thanh. Trong bộ khuếch đại Class B, bóng bán dẫn NPN dẫn trong nửa dương của tín hiệu, trong khi bóng bán dẫn PNP dẫn trong nửa âm. Cấu hình này cho phép bộ khuếch đại truyền công suất qua tải theo cả hai hướng, tạo ra sự khuếch đại tín hiệu hiệu quả.

Có thể xác định bóng bán dẫn PNP bằng cách kiểm tra điện trở giữa các cực của nó: E, B và C. Sử dụng đồng hồ vạn năng để kiểm tra từng cặp cực theo cả hai hướng sẽ cho ra sáu phép thử. Các giá trị điện trở dự kiến ​​giúp phân biệt bóng bán dẫn là PNP hay NPN. 

Đối với bóng bán dẫn PNP:

• Tiếp điểm cực phát (E) - cực gốc(B)  phải hoạt động như một diode, dẫn theo một hướng.
• Tiếp điểm cực thu © - cực gốc (B) cũng phải hoạt động như một diode, dẫn theo một hướng.
• Tiếp điểm cực phát (E)- cực thu(C) không được dẫn theo bất kỳ hướng nào.

Bảng dưới đây tóm tắt các giá trị điện trở dự kiến ​​cho bóng bán dẫn PNP và NPN:

Tóm lại, một bóng bán dẫn PNP thường ở trạng thái "TẮT" nhưng sẽ "BẬT" khi một dòng điện đầu ra nhỏ và điện áp âm được áp dụng cho cực gốc so với cực phát. Hành động này cho phép dòng điện cực phát-Cực thu (VEC) lớn hơn nhiều chạy qua. Bóng bán dẫn PNP dẫn điện khi điện áp cực phát lớn hơn điện áp cực thu. Một bóng bán dẫn PNP lưỡng cực sẽ chỉ dẫn điện nếu cả hai cực cực gốc và cực thu đều âm so với cực phát. Đặc điểm này khiến bóng bán dẫn PNP trở thành thành phần thiết yếu trong nhiều mạch điện tử, đặc biệt là trong các ứng dụng khuếch đại và chuyển mạch.