NPNとPNP：違いは何ですか？
バイポーラ接合トランジスタ は、NPNとPNPの2種類があります。これらの略称は、NPNトランジスタの場合には負にドープされた半導体材料の間に正にドープされた材料が挟まれる構造、PNPデバイスの場合には正にドープされた層の間に負にドープされた材料が挟まれる構造を指します。
NPNトランジスタとPNPトランジスタの違いは何ですか？
どちらも信号を増幅したり、より大きな電流をオン・オフするスイッチとして機能したりする能力を持っていますが、この信号増幅の能力を異なる方法で実現します。
NPNトランジスタとは何ですか？
実用的な観点から、NPNトランジスタ（時には"シンキングセンサー"と呼ばれる）は、ベースに加えられた正信号を増幅し、ベース電圧に比例して、デバイスのコレクターからエミッタピンへの電流をより多く流すことを可能にします。この比例的な電流の流れは、アクティブな範囲で発生しますが、ある一定のカットオフ電圧以下では電流は流れません。ある点を超えると、トランジスタは飽和状態に達し、電子が自由に流れることが可能になります。
PNPトランジスタとは何ですか？
PNPトランジスタ（時に「ソーシングセンサー」と呼ばれることもあります）は同じ役割を果たしますが、エミッタからコレクタリード間に電流を流すためには、ベースピンに負の電圧を加える必要があります。また、制御している負荷は、NPN構成では正電圧と制御トランジスタのコレクタの間に接続されます。一方、PNP構成では、負荷はコレクタとグランドの間に接続されます。
NPNトランジスタの応用
PNPとNPNの センサー は基本的に同じ役割を果たしますが、なぜ一方が他方より選ばれるのか気になるかもしれません。実際にはいくつかの違いがあり、ほとんどの回路設計アプリケーションではNPNトランジスタが好まれます。これは、「N」基板が「P」型基板よりも電子をはるかに高速で移動させることができるためです。これにより、高速スイッチングや増幅器回路のアプリケーションにおいて大きな利点がもたらされます。この利点に加えて、NPNトランジスタはPNPトランジスタよりも製造が簡単で、したがってコストが安いという事実があります。
ただし、PNP型トランジスタが有利になる特定の回路も存在します。このような回路は、PNP型トランジスタがなければ実現するのが困難あるいは不可能です。その一つの例がクラスB増幅器で、PNPおよびNPNトランジスタのペアが協調して動作し、効率的に振動信号を増幅します。回路を設計する際には、このもう一つのスイッチングオプションが利用可能であることが非常に役立ちます。
PNPトランジスタの応用
これらのコンポーネントについて学び始めたばかりの場合、産業用センサーは注意しないと概念の理解に追加の困難を引き起こすことがあります。通常「PNP」と「NPN」センサーと呼ばれるこれらのセンサーは、正および負の電力リードで供給され、「オン」状態を示す信号を出力します。PNPセンサーは産業用制御入力に正の出力を供給し、NPNセンサーは「オン」状態のとき負の信号を出力します。トランジスタ自体の理解を深める前にセンサーの使い方を学んだ場合、PNPトランジスタが正の電圧で制御されると思い込むのは容易です。
もちろん、実際の動作はそうではなく、実際には全く逆です。PNPおよびNPNセンサーの呼称はそれに使用されるトランジスタの種類（または、さらに複雑なデバイスのための同等のもの――中にはどちらの構成でも配線可能なものもあります）を指します。検出された刺激はベース信号として作用し、PNPセンサーの場合――このタイプの使用法では最も一般的です――正のコレクタ出力がPLC入力信号に接続されます。NPN（または「シンキング」）出力センサーは反対に動作し、「オン」の時に入力にグランド電圧を供給します。ベーススイッチング電圧（NPNの場合は+、PNPの場合は–）は制御エンジニアには直接見えないため、これらの用語は基本的な観点から混乱を招くものとなります。
NPNとPNPの結論
そのため、先述した理由からNPNトランジスタが裸の部品としてより一般的である一方で、PNPのパラダイムは少なくとも2つの理由から産業制御の分野で受け入れられています。まず、NPNの使用法は電気工学の学位を持つ人には最も理にかなっていると思われるかもしれませんが、正の出力が“オン”状態を示すPNPセンサーは、他の分野の技術者やエンジニアが扱う際により取り組みやすい場合があります。もう一つの理由は、NPNセンサーの出力ワイヤーがほつれ、何らかの形で接地されると、それがコントローラーに“オン”信号として読み取られる可能性があり、これは場合によっては潜在的な危険を伴うという点です。
NPNセンサーにも産業での用途があり、ヨーロッパや北米に比べてアジアの製造業でより一般的です。回路設計と同様に、あるスタイルが大部分でより適している場合がある一方で、NPNとPNPの両方のオプションを利用できることは、制御における一定の柔軟性を提供します。
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