A tranzisztor kapcsolóként való használata

Az elektromos és elektronikai terület fő eszköze a szabályozott szelep, amely lehetővé teszi, hogy egy gyenge jel szabályozza a nagyobb áramlási mennyiséget, mint a fúvóka, amely szabályozza a szivattyúkból, csövekből és másokból származó víz áramlását. Egy időszakban ez a szabályozott szelep, amelyet az elektromos tartományban megvalósítottak, vákuumcsövek voltak. A vákuumcsövek kivitelezése és kihasználása jó volt, de ennek komplikációja nagy volt, és hatalmas elektromos energiafogyasztás érkezett hővé, amely megcsonkította a cső élettartamát. Ezt a problémát kompenzálva a tranzisztor volt az az eszköz, amely jó megoldást nyújtott, amely megfelel az egész elektromos és elektronikai ipar követelményeinek. Ezt a készüléket 1947-ben találta ki „William Shockley”. Ha többet akarunk megvitatni, merüljünk el annak a részletes témának, hogy tranzisztor , megvalósítása tranzisztor kapcsolóként , és sok jellemző.

Mi az a tranzisztor?

A tranzisztor egy három terminálos félvezető eszköz amelyek felhasználhatók kapcsolási alkalmazásokhoz, a gyenge jelek erősítéséhez, és több ezer és több millió tranzisztort kapcsolnak össze és ágyaznak be egy apró integrált áramkörbe / chipbe, amely számítógépes memóriákat hoz létre. A tranzisztor kapcsoló, amelyet áramkör nyitására vagy zárására használnak, ami azt jelenti, hogy a tranzisztort az elektronikus eszközökben csak kisfeszültségű alkalmazásokhoz használják kapcsolóként, alacsony alacsony feszültség miatt erő fogyasztás. A tranzisztor kapcsolóként működik, ha vágási és telítettségi tartományokban van.

A BJT tranzisztorok típusai

Alapvetően egy tranzisztor két PN csomópontból áll, ezek a csomópontok N vagy P típusú beillesztéssel jönnek létre félvezető anyag az ellentétes típusú félvezető anyagok párja között.

Bipoláris csomópont a tranzisztorokat típusokba sorolják

• NPN
• PNP

A tranzisztornak három terminálja van, nevezetesen a Bázis, Kibocsátó , és a Gyűjtő. Az emitter erősen adalékolt terminál, és az elektronokat a Bázis régióba bocsátja ki. Az alap terminál enyhén adalékolt, és az emitter által injektált elektronokat továbbítja a kollektorra. A kollektor terminál közepesen adalékolt, és összegyűjti az elektronokat az alapból.

Az NPN típusú tranzisztor két N-típusú adalékolt félvezető anyag összetétele a P-típusú adalékolt félvezető réteg között, a fentiek szerint. Hasonlóképpen, egy PNP típusú tranzisztor két P típusú adalékolt félvezető anyag összetétele egy N típusú adalékolt félvezető réteg között, amint azt fent bemutattuk. Az NPN és a PNP tranzisztorok működése is megegyezik, de eltérnek előfeszítésük és tápellátásuk polaritása szempontjából.

Tranzisztor, mint kapcsoló

Ha az áramkör a BJT tranzisztor switc-ként h, akkor a tranzisztor előfeszítése, akár NPN, akár PNP, úgy van elrendezve, hogy a tranzisztort az alább látható I-V jellemző görbék mindkét oldalán működtesse. A tranzisztor háromféle üzemmódban működtethető: aktív régió, telítettség és levágási tartomány. Az aktív régióban a tranzisztor erősítőként működik. Tranzisztorkapcsolóként két régióban működik, és ezek is Telítettségi régió (teljesen bekapcsolt állapotban) és a Levágási régió (teljesen KI). A tranzisztor kapcsoló kapcsolási rajzként van

Tranzisztor, mint kapcsoló

Az NPN és a PNP típusú tranzisztorok egyaránt működtethetők kapcsolóként. Az alkalmazások közül kevesen használnak áramtranzisztort kapcsolási eszközként. Ebben az állapotban előfordulhat, hogy nem lesz szükség egy másik jeltranzisztor használatára a tranzisztor meghajtására.

A tranzisztorok üzemmódjai

A fenti jellemzők alapján megfigyelhetjük, hogy a görbék alján lévő rózsaszínű árnyékolt terület a levágási régiót, a bal oldali kék terület pedig a tranzisztor telítettségi régióját képviseli. ezeket a tranzisztoros régiókat úgy definiáljuk

Levágási régió

A tranzisztor működési körülményei a nulla bemeneti alapáram (IB = 0), a nulla kimeneti kollektoráram (Ic = 0) és a maximális kollektorfeszültség (VCE), amelyek nagy lemerülési réteget eredményeznek, és az eszközön nem áramlik áram.

Ezért a tranzisztort “teljesen kikapcsolt állapotba” kapcsolja. Tehát meghatározhatjuk a határértéket, amikor a bipoláris tranzisztort kapcsolóként használjuk, zavarjuk az NPN tranzisztorok kereszteződéseit fordított előfeszítéssel, VB<0.7v and Ic=0. Similarly, for PNP transistors, the emitter potential must be –ve with respect to the base of the transistor.

Kivágási mód

Ezután definiálhatjuk a „cut-off régiót” vagy „OFF módot”, amikor egy bipoláris tranzisztort kapcsolóként használunk, mindkét csomópont fordított előfeszítéssel, IC = 0 és VB<0.7v. For a PNP transistor, the Emitter potential must be -ve with respect to the base terminal.

Levágási régió jellemzői

A cut-off régió jellemzői:

• Mind az alap, mind a bemeneti terminál földelve van, ami azt jelenti, hogy „0”
• A bázis-emitter csomópont feszültségszintje kisebb, mint 0,7v
• Az alap-emitter csomópont fordított előfeszített állapotban van
• Itt a tranzisztor OPEN kapcsolóként működik
• Amikor a tranzisztor teljesen kikapcsolt állapotban van, akkor a levágási tartományba mozog
• Az alap-kollektor csomópont fordított előfeszített állapotban van
• Nem lesz áram a kollektor termináljában, ami azt jelenti, hogy Ic = 0
• A feszültség értéke az emitter-kollektor csomópontban és a kimeneti kapcsokon „1”

Telítettségi régió

Ebben a régióban a tranzisztor torzul, így a maximális bázisáram (IB) kerül alkalmazásra, ami maximális kollektoráramot eredményez (IC = VCC / RL), majd a minimális kollektor-emitter feszültséget (VCE ~ 0) eredményezi. csepp. Ennél a feltételnél a kimerülő réteg a lehető legkisebb és a tranzisztoron átáramló maximális áram lesz. Ezért a tranzisztort “teljesen be” kapcsolják.

Telítettség mód

A „telítettségi régió” vagy az „ON mód” meghatározása, amikor egy bipoláris NPN tranzisztort kapcsolóként használunk, mindkét csomópont előre irányú, IC = Maximum és VB> 0,7v. PNP tranzisztor esetén az Emitter potenciáljának + ve-nek kell lennie a bázishoz képest. Ez a a tranzisztor működése kapcsolóként .

Telítettségi régió jellemzői

A telítettségi jellemzők vannak:

• Mind az alap, mind a bemeneti kapcsok a Vcc = 5v-hez vannak csatlakoztatva
• A bázis-emitter kereszteződés feszültségszintje meghaladja a 0,7 V-ot
• A bázis-emitter csomópont előre torzított állapotban van
• Itt a tranzisztor ZÁRVA kapcsolóként működik
• Ha a tranzisztor teljesen kikapcsolt állapotban van, akkor a telítettségi tartományba mozog
• Az alap-kollektor csomópont előre torzított állapotban van
• Az áramlás a kollektor terminálon Ic = (Vcc / RL)
• A feszültség értéke az emitter-kollektor csomópontban és a kimeneti kapcsokon „0”
• Amikor a kollektor-emitter csomópontban a feszültség „0”, ez ideális telítettségi állapotot jelent

Ezen felül a tranzisztor működése kapcsolóként részletesen az alábbiak szerint magyarázható:

Tranzisztor kapcsolóként - NPN

A tranzisztor alapszélén alkalmazott feszültségértéktől függően a kapcsolási funkció megtörténik. Ha jó mennyiségű feszültség van, amely ~ 0,7 V az emitter és az alapszélek között, akkor a kollektor és az emitter éle között a feszültség áramlása nulla. Tehát a tranzisztor ebben az állapotban kapcsolóként működik, és a kollektoron átáramló áramot tranzisztoráramnak tekintjük.

Ugyanígy, ha a bemeneti terminálon nincs feszültség, akkor a tranzisztor a levágási tartományban működik, és nyitott áramkörként működik. Ebben a kapcsolási módszerben a csatlakoztatott terhelés érintkezik a kapcsolási ponttal, ahol ez referenciapontként működik. Tehát, amikor a tranzisztor bekapcsolódik „ON” állapotba, a forrás termináljától a földig áram áramlik a terhelésen keresztül.

NPN tranzisztor kapcsolóként

Hogy tisztázzuk ezt a kapcsolási módot, vegyünk egy példát.

Tegyük fel, hogy egy tranzisztor alapellenállási értéke 50 kOhm, a kollektor szélén az ellenállás 0,7 kOhm, az alkalmazott feszültség pedig 5 V, és a béta értéket 150-nek tekinti. Az alapélen 0 és 5 V között változó jel kerül alkalmazásra . Ez megfelel annak, hogy a kollektor kimenetét a bemeneti feszültség 0 és 5 V értékeinek módosításával lehet megfigyelni. Vegye figyelembe a következő ábrát.

Amikor V_EZ= 0, akkor én_C= V_DC/ R_C

IC = 5 / 0,7

Tehát az áram a kollektor terminálján 7,1 mA

Mivel a béta értéke 150, akkor Ib = Ic / β

Ib = 7,1 / 150 = 47,3 uA

Tehát az alapáram 47,3 µA

A fenti értékek mellett a kollektor terminálján az áram legnagyobb értéke 7,1 mA abban az esetben, ha a kollektor és az emitter feszültsége nulla, és az alapáram értéke 47,3 µA. Így bebizonyosodott, hogy amikor az alapszél áramának értéke 47,3 µA fölé emelkedik, akkor az NPN tranzisztor a telítettségi régióba mozog.

Tegyük fel, hogy egy tranzisztor bemeneti feszültsége 0V. Ez azt jelenti, hogy az alapáram „0”, és amikor az emitter csomópont földelve van, akkor az emitter és az alap csomópont nem lesz továbbítási torzítási állapotban. Tehát, a tranzisztor OFF módban van, és a kollektor szélén a feszültség értéke 5V.

Vc = Vcc - (IcRc)

= 5-0

Vc = 5V

Tegyük fel, hogy egy tranzisztor bemeneti feszültsége 5 V. Itt a használatával megismerhető az alapszél aktuális értéke Kirchhoff feszültségelve .

Ib = (Vi - Vbe) / Rb

Szilícium tranzisztort figyelembe véve Vbe = 0,7 V

Tehát, Ib = (5-0,7) / 50

Ib = 56,8 uA

Így bebizonyosodott, hogy amikor az alapszélen az áram értéke 56,8 µA fölé emelkedik, akkor az NPN tranzisztor telítettségi tartományba mozog 5 V bemeneti feltétel mellett.

Tranzisztor kapcsolóként - PNP

A kapcsolási funkciók mind a PNP, mind az NPN tranzisztorok esetében hasonlóak, de eltérés az, hogy a PNP tranzisztorokban az áram az alap terminálról származik. Ezt a kapcsolási konfigurációt használják a negatív földkapcsolatokhoz. Itt az alapélnek negatív előfeszítési kapcsolata van az emitter élével összhangban. Amikor az alapkivezetésnél a feszültség nagyobb -ve, akkor az alapáramlás áramlik. Annak tisztázása érdekében, hogy ha nagyon minimális vagy -ve feszültségű szelepek vannak, akkor ez a tranzisztort rövidzárlattá teszi, ha nem nyitott vagy más nagy impedancia .

Az ilyen típusú csatlakozásnál a terhelés a kapcsolási kimenettel és egy referenciaponttal van kapcsolatban. Amikor a PNP tranzisztor BE állapotban van, áram lesz áramforrásról terhelésre, majd tranzisztoron keresztül a földre.

PNP tranzisztor kapcsolóként

Az NPN tranzisztor kapcsolási műveletéhez hasonlóan a PNP tranzisztor bemenet is az alap szélén van, míg az emitter terminál rögzített feszültséggel van összekötve, és a kollektor terminál terheléssel van a földhöz csatlakoztatva. Az alábbi kép elmagyarázza az áramkört.

Itt az alapkivezetés mindig negatív előfeszített állapotban van, összhangban az emitter élével és az aljzattal, amelyet negatív oldalán csatlakoztatott, és az emittert a bemeneti feszültség pozitív oldalán. Ez azt jelenti, hogy a bázis és az emitter közötti feszültség negatív, a kollektorra emitter feszültsége pedig pozitív. Tehát akkor lesz tranzisztor vezetőképesség, ha az emitter feszültsége pozitívabb, mint a bázis és a kollektor kapcsa. Így a bázis feszültségének negatívabbnak kell lennie, mint a többi terminálé.

A kollektor és az alapáramok értékének megismeréséhez szükségünk van az alábbi kifejezésekre.

Ic = Ie - Ib

Ic = β. Egy

Ahol Ub = Ic / β

Hogy tisztázzuk ezt a kapcsolási módot, vegyünk egy példát.

Tegyük fel, hogy a terhelési áramkörnek 120 mA-re van szüksége, és a tranzisztor béta-értéke 120. Ezután az az áramérték, amely szükséges ahhoz, hogy a tranzisztor telítettség üzemmódban legyen,

Ib = Ic / β

= 120 mAmps / 100

Ib = 1 mAmp

Tehát, ha 1 mAmp alapáram van, akkor a tranzisztor teljesen BE állapotban van. Míg gyakorlati esetekben a tranzisztor megfelelő telítettségéhez körülbelül 30-40% -ra van szükség nagyobb áramhoz. Ez azt jelenti, hogy a készülékhez szükséges alapáram 1,3 mAmps.

Darlington tranzisztor kapcsolási működése

Néhány esetben az egyenáram erősítése a BJT eszközben nagyon minimális a terhelés vagy az áram közvetlen kapcsolásához. Emiatt kapcsoló tranzisztorokat alkalmaznak. Ebben az állapotban egy kis tranzisztoros eszköz van a kapcsoló be- és kikapcsolásához, valamint a kimeneti tranzisztor szabályozásához megnövelt áramérték.

A jelerősítés fokozása érdekében két tranzisztort csatlakoztatnak a „komplementer erősítés összetételének konfigurációja” útján. Ebben a konfigurációban az amplifikációs tényező két tranzisztor szorzatának eredménye.

Darlington tranzisztor

Darlington tranzisztorok általában két bipoláris PNP és NPN típusú tranzisztorral vannak ellátva, ahol ezek úgy vannak összekapcsolva, hogy a kezdeti tranzisztor erősítési értékét megszorozzuk a második tranzisztoros eszköz erősítési értékével.

Ez azt az eredményt eredményezi, ahol a készülék egyetlen tranzisztorként működik, amelynek maximális áramerősítése még minimális alapáram mellett is érvényes. A Darlington kapcsolóeszköz teljes áramerősítése mind a PNP, mind az NPN tranzisztorok áramerősítésének szorzata, és ez a következő:

β = β1 × β2

A fenti pontok mellett a Darlington-tranzisztorok, amelyek maximális β- és kollektoráram-értékkel rendelkeznek, potenciálisan egyetlen tranzisztor kapcsolására vonatkoznak.

Például, ha a bemeneti tranzisztor áramfelvételi értéke 100, a másodiké pedig 50, akkor a teljes áramerősítés értéke

β = 100 × 50 = 5000

Tehát, amikor a terhelési áram 200 mA, akkor az alapkapocs Darlington tranzisztorában az áramérték 200 mA / 5000 = 40 µAmps, ami nagy csökkenést jelent, ha összehasonlítjuk az egyetlen eszköz elmúlt 1 mAm-jével.

Darlington konfigurációk

A Darlington tranzisztorban főleg két konfigurációs típus létezik, és ezek is

A Darlington-tranzisztor kapcsolókonfigurációja azt mutatja, hogy a két eszköz kollektor-kapcsai összekapcsolódnak a kezdeti tranzisztor emitter-termináljával, amely kapcsolatban van a második tranzisztor-eszköz alapélével. Tehát az első tranzisztor emitter terminálján az áramérték akkor alakul ki, amikor a második tranzisztor bemeneti árama így bekapcsolt állapotba hozza.

Az első bemeneti tranzisztor a bázis terminálon kapja meg a bemeneti jelét. A bemeneti tranzisztort általános módon felerősítik, és ezt használják a következő kimeneti tranzisztorok meghajtására. A második eszköz fokozza a jelet, és ez az áramerősítés maximális értékét eredményezi. A Darlington tranzisztor egyik kulcsfontosságú jellemzője a maximális áramfelvétel, ha az egyetlen BJT eszközhöz kapcsolódik.

A maximális feszültség és áram kapcsolási jellemzőinek képessége mellett a másik további előny a maximális kapcsolási sebesség. Ez a kapcsolási művelet lehetővé teszi, hogy a készüléket kifejezetten inverter áramkörökhöz, egyenáramú motorokhoz, világítási áramkörökhöz és léptető motorok szabályozásához használják.

A Darlington tranzisztorok alkalmazásakor figyelembe veendő eltérés, mint a hagyományos egy BJT típusoknál, amikor a tranzisztort kapcsolóként alkalmazzák, az, hogy a bázis és az emitter csomópontjában a bemeneti feszültségnek nagyobbnak kell lennie, ami közel 1,4 V a szilícium típusú készülékekhez, mint a két PN csomópont soros kapcsolata miatt.

A tranzisztor mint kapcsoló gyakori gyakorlati alkalmazásai

Tranzisztorban, hacsak áram nem áramlik az alapáramkörben, áram nem áramolhat a kollektor áramkörében. Ez a tulajdonság lehetővé teszi a tranzisztor kapcsolóként való használatát. A tranzisztort az alap megváltoztatásával be- vagy kikapcsolhatjuk. A tranzisztorok által működtetett kapcsolási áramköröknek van néhány alkalmazása. Itt az NPN tranzisztort tekintettem néhány tranzisztorkapcsolót alkalmazó alkalmazás magyarázatára.

Fényműködtetésű kapcsoló

Az áramkört tranzisztor kapcsolóként történő használatával tervezték, hogy az izzót világos környezetben megvilágítsa, és sötétben és Fényfüggő ellenállás (LDR) a potenciális elválasztóban. Amikor a környezet sötét Az LDR ellenállása magas lesz. Ezután a tranzisztort kikapcsolják. Amikor az LDR-t erős fénynek tesszük ki, ellenállása kisebb értékre csökken, ami nagyobb tápfeszültséget eredményez és megnöveli a tranzisztor alapáramát. Most a tranzisztor BE van kapcsolva, a kollektor áram áramlik és az izzó világítani kezd.

Hőműködtetésű kapcsoló

A hővezérelt kapcsoló áramkörének egyik fontos eleme a termisztor. A termisztor egyfajta ellenállás amely a környező hőmérséklet függvényében reagál. Ellenállása növekszik, ha alacsony a hőmérséklet, és fordítva. Ha a termisztorra hőt viszünk, annak ellenállása csökken és az alapáram nő, majd a kollektoráram nagyobb mértékben növekszik, és a sziréna fúj. Ez az áramkör alkalmas tűzjelző rendszerként .

Hőműködtetésű kapcsoló

DC motor vezérlés (meghajtó) nagyfeszültség esetén

Vegyük figyelembe, hogy a tranzisztorra nincs feszültség, akkor a tranzisztor kikapcsol és áram nem áramlik rajta keresztül. Ennélfogva a váltó OFF állapotban marad. Az egyenáramú motor áramellátása a relé normálisan zárt (NC) termináljáról táplálják, így a motor forog, amikor a relé KI állapotban van. Nagy feszültség alkalmazása a BC548 tranzisztor tövén a tranzisztor és a relétekercs bekapcsolását okozza.

Gyakorlati példa

Itt megismerjük az alapáram értékét, amely ahhoz szükséges, hogy a tranzisztor teljesen BE állapotba kerüljön, ahol a terhelésnek 200 mA-es áramra van szüksége, amikor a bemeneti értéket 5 V-ra növelik. Ismerje az Rb értékét.

A tranzisztor alapáram értéke:

Ib = Ic / β, β = 200

Ib = 200mA / 200 = 1mA

A tranzisztor alapellenállási értéke Rb = (Vin - Vbe) / Ib

Rb = (5 - 0,7) / 1 × 10^-3

Rb = 4,3kΩ

A tranzisztorkapcsolókat széles körben használják számos alkalmazásban, például a hatalmas áramú vagy nagy értékű feszültségű berendezések, például motorok, relék vagy lámpák összekapcsolására a minimális feszültségértékkel, a digitális IC-kkel, vagy logikai kapukban használják, mint például az AND kapuk vagy a VAGY. Továbbá, ha a logikai kapun keresztül leadott kimenet + 5 V, míg a szabályozandó eszköznek szüksége lehet a tápfeszültség 12 vagy akár 24 V-ra hervadására.

Vagy a terheléshez hasonló DC motorhoz szükség lehet a folyamatos fordulatszámú impulzusok felügyeletére. A tranzisztoros kapcsolók lehetővé teszik, hogy ez a művelet gyorsabb és egyszerűbb legyen, mint a hagyományos mechanikus kapcsolóké.

Miért érdemes tranzisztort használni kapcsoló helyett?

Miközben tranzisztort hajtunk végre egy kapcsoló helyén, még minimális mennyiségű alapáram is szabályozza a nagyobb terhelésű áramot a kollektor termináljában. A kapcsoló helyén tranzisztorokat használva ezeket az eszközöket relék és mágnesszelepek támogatják. Míg abban az esetben, ha magasabb áramokat vagy feszültségeket kell szabályozni, akkor Darlington tranzisztorokat kell használni.

Összességében elmondható, hogy a tranzisztor kapcsolóként történő működtetése során alkalmazott feltételek közül kevesen vannak

• Miközben a BJT-t kapcsolóként használja, akkor vagy hiányos BE vagy teljes BE állapotban kell működtetni.
• Miközben tranzisztort kapcsolóként használunk, az alapáram minimális értéke szabályozza a kollektor megnövekedett terhelését.
• Miközben tranzisztorokat kapcsolunk át reléként és mágnesszelepként, jobb, ha lendkerékdiódákat használunk.
• A feszültség vagy az áram nagyobb értékeinek szabályozásához a Darlington tranzisztorok a legjobb esetben működnek.

Ez a cikk átfogó és világos információt nyújtott a tranzisztorról, a működési régiókról, a kapcsolóként működő működésről, jellemzőkről, gyakorlati alkalmazásokról. A másik fontos és kapcsolódó téma, ami ismert, az az, ami digitális logikai tranzisztor kapcsoló és működési kapcsolási rajza?