ทำความรู้จักทรานซิสเตอร์ PNP: โครงสร้าง การทำงาน และการประยุกต์ใช้งานจริง

ทรานซิสเตอร์ PNP เป็นทรานซิสเตอร์แบบแยกขั้วสองขั้ว (BJT) ประเภทหนึ่งที่มีโครงสร้างเป็นบวก-ลบ-บวก (PNP) ซึ่งเป็นแบบตรงกันข้ามกับทรานซิสเตอร์ NPN โดยในทรานซิสเตอร์ PNP ขั้วอิมิตเตอร์จะมีศักย์เป็นบวกเมื่อเทียบกับขั้วเบสและคอลเลคเตอร์ สัญลักษณ์ของทรานซิสเตอร์จะแสดงด้วยลูกศรที่ชี้เข้าด้านใน แสดงทิศทางการไหลของกระแสจากอิมิตเตอร์ไปยังเบส

ในทรานซิสเตอร์ PNP รูพรุนจะทำหน้าที่เป็นตัวพาประจุหลัก ซึ่งแตกต่างจากทรานซิสเตอร์ NPN ที่ใช้อิเล็กตรอน การทำงานของทรานซิสเตอร์ PNP ใช้กระแสไฟฟ้าที่ไหลผ่านขั้วเบสและแรงดันไฟฟ้าลบที่ขั้วเบสเพื่อควบคุมกระแสอิมิตเตอร์-คอลเลคเตอร์ที่มากกว่า ในการทำงานที่ถูกต้อง              ขั้วอิมิตเตอร์ต้องมีศักย์ไฟฟ้าเป็นบวกมากกว่าขั้วเบสและขั้วคอลเลคเตอร์

การสร้างทรานซิสเตอร์ PNP จะใช้วัสดุสารกึ่งตัวนำชนิด P สองชั้นที่คลุมวัสดุชนิด N อยู่ตรงกลาง การทำงานของทรานซิสเตอร์นี้คล้ายกับทรานซิสเตอร์ NPN แต่ทิศทางของกระแสไฟฟ้าและความแตกต่างของแรงดันไฟฟ้าจะกลับกัน แรงดันไฟฟ้าระหว่างขั้วเบสและอิมิตเตอร์ (VBE) จะมีค่าลบที่ขั้วเบสและบวกที่ขั้วอิมิตเตอร์ ในขณะที่แรงดันไฟฟ้าที่ขั้วอิมิตเตอร์และคอลเลคเตอร์ (VCE) จะเป็นบวกเมื่อเทียบกับขั้วคอลเลคเตอร์ สำหรับทรานซิสเตอร์ที่จะทำงาน ขั้วอิมิตเตอร์จะต้องมีศักย์บวกมากกว่าทั้งขั้วเบสและคอลเลคเตอร์

การเชื่อมต่อแหล่งจ่ายไฟภายนอกกับทรานซิสเตอร์ PNP จะทำให้ขั้วอิมิตเตอร์เชื่อมต่อกับแหล่งจ่ายไฟ (VCC) ผ่านตัวต้านทานโหลด (RL) ตัวต้านทานนี้จะจำกัดกระแสไฟฟ้าสูงสุดที่ไหลผ่านทรานซิสเตอร์ แรงดันที่ขั้วเบส (VB) จะเชื่อมต่อกับตัวต้านทานขั้วเบส (RB) และมีการไบแอสเป็นลบเมื่อเทียบกับขั้วอิมิตเตอร์ เพื่อให้กระแสไฟฟ้าไหลผ่านขั้วเบส ขั้วเบสต้องมีค่าลบมากกว่าขั้วอิมิตเตอร์ประมาณ 0.7 โวลต์สำหรับอุปกรณ์ซิลิคอน หรือ 0.3 โวลต์สำหรับอุปกรณ์เจอร์เมเนียม

ความแตกต่างที่สำคัญระหว่างทรานซิสเตอร์ NPN และ PNP คือการไบแอสขั้วของจุดเชื่อมต่อ กระแสและความแตกต่างของแรงดันจะตรงข้ามกันเสมอ สำหรับทรานซิสเตอร์ PNP ความสัมพันธ์ระหว่างกระแสคือ IC=IE−IBI_C = I_E - I_BIC​=IE​−IB​ เนื่องจากกระแสไหลออกจากขั้วเบส

ทรานซิสเตอร์ PNP สามารถใช้แทนทรานซิสเตอร์ NPN ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ส่วนใหญ่ โดยความแตกต่างหลักคือขั้วของแรงดันไฟฟ้าและทิศทางของการไหลของกระแสไฟฟ้า ทรานซิสเตอร์ PNP ยังถูกใช้เป็นอุปกรณ์สวิตช์ เมื่อมีการนำกระแสขนาดเล็กและแรงดันไฟฟ้าลบไปที่ขั้วเบสเมื่อเทียบกับขั้วอิมิตเตอร์ ทรานซิสเตอร์จะเปิดใช้งาน (“ON”) ทำให้กระแสอิมิตเตอร์-คอลเลคเตอร์ไหลได้มากขึ้น

กราฟคุณลักษณะผลลัพธ์ของทรานซิสเตอร์ PNP คล้ายกับของทรานซิสเตอร์ NPN ยกเว้นว่ากราฟจะหมุนกลับ 180 องศาเพื่อให้สอดคล้องกับทิศทางแรงดันและกระแสที่กลับขั้ว กราฟเหล่านี้ช่วยระบุตำแหน่งการทำงานของทรานซิสเตอร์ โดยสามารถวาดเส้นโหลดแบบไดนามิกลงบนกราฟ I-V เพื่อกำหนดจุดการทำงานของทรานซิสเตอร์ได้

การมีอยู่ของทรานซิสเตอร์ PNP และ NPN เป็นประโยชน์เมื่อต้องออกแบบวงจรขยายกำลังไฟฟ้า เช่น วงจรขยาย Class B ในวงจรเหล่านี้จะใช้คู่ทรานซิสเตอร์ที่ตรงกันหรือคอมพลีเมนทารี (คู่ PNP และ NPN) ในขั้นตอนเอาต์พุตหรือในวงจรควบคุมมอเตอร์ H-Bridge แบบย้อนกลับ วงจรเหล่านี้ควบคุมการไหลของกระแสผ่านมอเตอร์ในทั้งสองทิศทางสำหรับการเคลื่อนที่ไปข้างหน้าและถอยหลัง

ทรานซิสเตอร์คอมพลีเมนทารี เช่น TIP3055 (NPN) และ TIP2955 (PNP) เป็นคู่ทรานซิสเตอร์ที่มีคุณสมบัติเกือบเหมือนกัน ถูกนำมาใช้ในแอปพลิเคชันที่ต้องการกระแสไฟฟ้าที่สมดุลในทั้งสองทิศทาง เช่น การควบคุมมอเตอร์และการขยายสัญญาณเสียง ในวงจรขยาย Class B ทรานซิสเตอร์ NPN จะนำกระแสในช่วงครึ่งหนึ่งของสัญญาณที่เป็นบวก ในขณะที่ทรานซิสเตอร์ PNP จะนำกระแสในช่วงครึ่งหนึ่งของสัญญาณที่เป็นลบ การกำหนดค่านี้ช่วยให้วงจรขยายส่งกำลังผ่านโหลดได้ในทั้งสองทิศทาง ส่งผลให้เกิดการขยายสัญญาณที่มีประสิทธิภาพ

การระบุทรานซิสเตอร์ PNP สามารถทำได้โดยการทดสอบค่าความต้านทานระหว่างขั้วต่าง ๆ ได้แก่ อิมิตเตอร์ เบส และคอลเลคเตอร์ การใช้มัลติมิเตอร์ในการทดสอบขั้วแต่ละคู่ในทั้งสองทิศทางจะให้ผลการทดสอบ 6 ครั้ง ค่าความต้านทานที่คาดหวังจะช่วยระบุว่าทรานซิสเตอร์เป็น PNP หรือ NPN

สำหรับทรานซิสเตอร์ PNP:

• ขั้วต่อระหว่างอิมิตเตอร์-เบสควรทำงานเหมือนไดโอด นำกระแสในทิศทางเดียว
• ขั้วต่อระหว่างคอลเลคเตอร์-เบสก็ควรทำงานเหมือนไดโอด นำกระแสในทิศทางเดียว
• ขั้วต่อระหว่างอิมิตเตอร์-คอลเลคเตอร์ไม่ควรนำกระแสในทั้งสองทิศทาง

ารางด้านล่างสรุปค่าความต้านทานที่คาดหวังสำหรับทรานซิสเตอร์ PNP และ NPN:

โดยสรุป ทรานซิสเตอร์ PNP มักจะอยู่ในสถานะปิดใช้งาน ("OFF") แต่จะเปิดใช้งาน ("ON") เมื่อมีกระแสไฟฟ้าขาออกขนาดเล็กและแรงดันไฟฟ้าลบที่ถูกนำไปยังขั้วเบสเมื่อเทียบกับขั้วอิมิตเตอร์ การกระทำนี้ทำให้กระแสอิมิตเตอร์-คอลเลคเตอร์ไหลมากขึ้น ทรานซิสเตอร์ PNP จะนำกระแสไฟฟ้า เมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ขั้วอิมิตเตอร์มากกว่าขั้วคอลเลคเตอร์ ทรานซิสเตอร์ PNP แบบสองขั้วจะนำกระแสไฟฟ้าเฉพาะเมื่อทั้งขั้วเบสและขั้วคอลเลคเตอร์มีค่าลบเมื่อเทียบกับขั้วอิมิตเตอร์ ลักษณะเฉพาะนี้ทำให้ทรานซิสเตอร์ PNP เป็นส่วนประกอบที่สำคัญในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ต่าง ๆ โดยเฉพาะในการขยายสัญญาณและการสวิตช์