PNP/NPN - Warum verwenden wir nicht einfach einen der beiden Typen?

Es gab Zeiten, in denen Transistoren mit bestimmten Eigenschaften in NPN oder PNP machbar waren, aber nicht umgekehrt.

Zwei Beispiele:

Der Leistungstransistor 2N3055 war NPN, zu einer Zeit, als PNP-Transistoren mit der gleichen Leistung einfach nicht verfügbar waren (115 W, glaube ich, später auf 150 W geschoben).

Das führte zum "Output Triple" - einer Kombination aus 3 Transistoren, die entweder NPN- oder PNP-Ausgangstransistoren ersetzen konnten, wobei die Leistung in beiden Fällen vom 2N3055 gehandhabt wurde. Dies wurde im berühmten Quad 303-Verstärker der frühen 1970er Jahre verwendet.

Ein weiteres Beispiel: Der PNP-Transistor BC214 könnte in einem Mikrofonverstärker oder einer Audioeingangsstufe ein geringeres Rauschen erzielen als moderne NPN-Transistoren.

Mit Weiterentwicklungen in der Verfahrenstechnik sind diese Überlegungen weniger wichtig als sie waren.

Viele Jahre lang haben wir nur NPN-Transistoren verwendet. Nun, eigentlich hießen sie nicht Transistoren, sondern "Vakuumröhren". Es wäre oft praktisch gewesen, die Ergänzung von NPN- oder N-Kanal-Vakuumröhren zu haben, aber diese existierten nicht. Also ja, es ist möglich. Sie könnten heute ähnliche Dinge tun, indem Sie beispielsweise einen Audio-Leistungsverstärker entwerfen, der nur NPN- oder nur PNP-Transistoren verwendet.

Es kann jedoch sehr nützlich sein, komplementäre Teile zu haben, und ermöglicht Schaltungstopologien, die mit nur einer Polarität nicht möglich sind. Stellen Sie sich etwas wie einen Audio-Leistungsverstärker vor, der seinen Ausgang gleichermaßen über und unter der Erde treiben muss. Einzelne Transistoren ziehen in eine Richtung, und der Rest der Schaltung muss in die andere Richtung ziehen, wenn das Signal in diese Richtung gehen soll. Es sollte nicht schwer sein, sich vorzustellen, dass Sie einen Transistor mit einer Polarität verwenden können, um hoch zu ziehen, und die entgegengesetzte Polarität, um niedrig zu ziehen. Die oberen und unteren Hälften solcher Schaltungen sind dann Spiegelbilder voneinander um Masse, was ein Umpolen der Transistoren erfordert. Die Ausgangsstufen der meisten Transistor-Audio-Leistungsverstärker nutzen diese NPN/PNP-Symmetrie und funktionieren wirklich so.

Sowohl pnp- als auch npn-Transistoren geben Designern mehr Flexibilität. Denken Sie daran, dass alle Ventile N-Kanal oder npn waren. Das Filament emittiert keine Positronen. Elektronen sind beweglicher als Löcher, daher würde man erwarten, dass npn eine bessere Leistung liefert bemerkbar im Hochleistungsbereich. Kleinsignal-GP-Transistoren verhalten sich unabhängig von pnp oder npn gleich. Ge-Transistoren sind aufgrund von Herstellungsproblemen hauptsächlich pnp. Tatsächlich waren die npn-Typen schlechter.

Wenn Sie in die frühen 1960er Jahre zurückgehen, hatten wir nur Germanium-Transistoren und sie waren alle PNP; Schaltpläne wurden mit der -ve-Versorgung oben gezeichnet. Um genügend Leistung für einen Lautsprecher bereitzustellen, verwendete das standardmäßige Radio mit sechs Transistoren eine Transformatorkopplung, um einen Gegentaktausgang bereitzustellen. Germanium war sehr anfällig für thermisches Durchgehen, so dass Transistor-Leistungsverstärker erst mit dem Silizium 2N3055 zur Geltung kamen. PNP und NPN mit aufeinander abgestimmten Eigenschaften zu haben, macht das symmetrische Design so viel einfacher.

Eine Anwendung, bei der Sie nur einen Typ verwenden können, ist die Implementierung des BJT als "parasitäres" PNP in einem Standard-CMOS-Prozess. In einem typischen CMOS-Prozess sind NPNs unmöglich zu implementieren, aber es kann ein nützliches PNP hergestellt werden, bei dem der Kollektor im Substrat implementiert ist, die Basis eine n-Wanne ist und der Kollektor eine p-Diffusion innerhalb dieser n-Wanne ist. Näheres siehe S. 3 der folgenden: Anmerkungen zur IC-Vorspannung Dies ist äußerst nützlich bei der Implementierung von temperaturunempfindlichen Vorspannungsschaltungen, insbesondere der Bandgap-Referenz. Bandgap-Referenzen . Beachten Sie, dass bei einer CMOS-Implementierung mit Substrat-PNPs der Kollektor auf Masse liegen muss, die Schaltung in der Verbindung jedoch umgeformt werden kann.