Робота транзистора як комутатора

У цьому посібнику з транзисторів ми дізнаємось про роботу транзистора як комутатора. Перемикання та посилення є двома областями застосування транзисторів, а транзистор, оскільки комутатор є основою для багатьох цифрових схем. Ми вивчимо різні режими роботи (активний, насичення та відсічення) транзистора, як транзистор працює як перемикач (як NPN, так і PNP) та деякі практичні схеми застосування, які використовують транзистор як перемикач. транзисторівАктивний режимРежим відключенняРежим насиченняТранзистор як перемикач Транзистор NPN як перемикачПриклад транзистора NPN як комутаторПриклад транзистора PNP як перемикачПрактичні приклади транзистора як перемикачаТранзистор для перемикання транзистора світлодіода напівпровідниковий пристрій з трьома виводами, який часто використовується в операціях підсилення сигналу та комутації. Як один із значних електронних пристроїв, транзистор знайшов застосування у величезному діапазоні застосувань, таких як вбудовані системи, цифрові схеми та системи управління. Ви можете знайти транзистори як у цифрових, так і в аналогових областях, оскільки вони широко використовуються для різних застосувань, таких як схеми комутації. , схеми підсилювача, схеми живлення, цифрові логічні схеми, регулятори напруги, схеми генератора тощо. Ця стаття переважно концентрується на дії перемикача транзистора та дає коротке пояснення транзистора як перемикача. Коротка примітка щодо BJT Існує два Основні сімейства транзисторів: біполярні транзистори (BJT) та польові транзистори (FET). Біполярний перехідний транзистор або просто BJT-це тришаровий напівпровідниковий пристрій з трьома терміналами та двома переходами. Він складається з двох переходів PN, з'єднаних між собою спільним середнім шаром. Коли ми говоримо термін "транзистор", він часто відноситься до BJT. Це струмовий пристрій, де вихідний струм контролюється вхідним струмом. Назва біполярне вказує на те, що два типи носіїв заряду, тобто електрони та дірки, проводять струм у BJT, де дірки є позитивними носіями заряду, а електрони - негативними носіями заряду. Транзистор має три області: а саме базу, емітер та колектор. Випромінювач є сильно легованим терміналом і випромінює електрони в базу. Базова клема злегка легована і передає електрони, введені емітером, до колектора. Термінал колектора помірно легований і збирає електрони з основи. Цей колектор великий у порівнянні з двома іншими областями, тому він може розсіювати більше тепла. BJT бувають двох типів: NPN та PNP. Обидва вони функціонують однаково, але вони відрізняються з точки зору зміщення та полярності блоку живлення. У транзисторах PNP матеріал N-типу затиснутий між двома матеріалами типу P, тоді як у випадку транзистора NPN матеріал типу P затиснутий між двома матеріалами N-типу. Ці два транзистори можна налаштувати на різні типи, такі як загальний випромінювач, спільний колектор і загальні базові конфігурації. Якщо ви шукаєте роботу MOSFET як комутатора, то спочатку вивчіть основи MOSFET. Режими роботи транзисторів Залежно від умов зміщення, таких як прямий або зворотний, транзистори мають три основні режими роботи, а саме відсічення, активний і Активний режим У цьому режимі транзистор зазвичай використовується як підсилювач струму. В активному режимі два переходи зміщені по-різному, що означає, що перехід емітер-база є зміщеним вперед, тоді як перехід колектор-база має зворотне зміщення. У цьому режимі потоки струму між випромінювачем і колектором, а кількість потоку струму пропорційна базовому струму. Оскільки обидва PN -переходу мають зворотне зміщення, майже немає потоку струму, крім невеликих струмів витоку (зазвичай у порядку кількох наноампер або пікоамп). BJT у цьому режимі вимикається і, по суті, є відкритою ланцюгом. Область відключення в основному використовується в комутаційних та цифрових логічних схемах. Струм вільно тече від колектора до випромінювача з майже нульовим опором. У цьому режимі транзистор повністю вмикається і, по суті, є замкнутою ланцюгом. Область насичення також в основному використовується в комутаційних та цифрових логічних схемах. На малюнку нижче показано вихідні характеристики BJT. На малюнку нижче область відсікання має умови роботи, коли струм вихідного колектора дорівнює нулю, нульовий вхідний струм бази та максимальна напруга колектора. Ці параметри викликають великий шар виснаження, який далі не дозволяє струму протікати через транзистор. Таким чином, транзистор повністю перебуває у вимкненому стані. Аналогічно, в області насичення транзистор зміщується таким чином, що застосовується максимальний струм бази, що призводить до максимального струму колектора та мінімальної напруги колектор-емітер. Це призводить до того, що шар виснаження стає малим і дозволяє пропускати максимальний струм через транзистор. Отже, транзистор повністю перебуває у стані ON. Отже, з наведеного вище обговорення ми можемо сказати, що транзистори можуть працювати як твердотільний перемикач ON/OFF, працюючи транзистором у областях відсічення та насичення. Цей тип перемикання використовується для управління світлодіодами, двигунами, лампами, соленоїдами тощо. Транзистор як перемикач Транзистор можна використовувати для перемикання операцій для розмикання або закриття ланцюга. Цей тип твердотільного перемикання пропонує значну надійність і нижчу вартість у порівнянні зі звичайними реле. Обидва транзистори NPN і PNP можуть використовуватися як перемикачі. Деякі додатки використовують силовий транзистор як комутаційний пристрій, тоді може знадобитися використовувати інший транзистор рівня сигналу для керування транзистором високої потужності. виконується. Коли між базою та випромінювачем подається достатня напруга (VIN> 0.7 В), напруга від колектора до випромінювача приблизно дорівнює 0. Тому транзистор діє як коротке замикання. Колекторний струм VCC / RC протікає через транзистор. Аналогічно, коли на вході не подається напруга або нульова напруга, транзистор працює в області відсічення і діє як обрив ланцюга. У цьому типі комутаційного з'єднання навантаження (тут світлодіод використовується як навантаження) підключається до комутаційного виходу з контрольною точкою. Таким чином, коли транзистор увімкнено, струм буде надходити від джерела до землі через навантаження. Приклад транзистора NPN як комутатора Розглянемо наступний приклад, де опор бази RB = 50 КОм, опір колектора RC = 0.7 КОм, VCC - 5 В і бета -значення 125. На базі подається вхідний сигнал, що варіюється від 0В до 5В. Ми побачимо вихід на колекторі, змінивши VI у двох станах, що становить 0 і 5В, як показано на малюнку. IC = VCC / RC, коли VCE = 0 IC = 5 В / 0.7 КОм IC = 7.1 мА Базовий струм IB = IC / β IB = 7.1 мА / 125 IB = 56.8 мкА З наведених вище розрахунків максимальне або пікове значення колектора струм у колі становить 7.1 мА, коли VCE дорівнює нулю. Відповідний струм бази для цього струму колектора становить 56.8 мкА. Отже, зрозуміло, що при збільшенні струму бази понад 56.8 мкм транзистор переходить у режим насичення. Розглянемо випадок, коли на введення. Це призводить до того, що струм бази дорівнює нулю, і коли емітер заземлений, базовий перехід емітера не зміщується вперед. Отже, транзистор знаходиться у вимкненому стані, а вихідна напруга колектора дорівнює 5В. Коли VI = 0 В, IB = 0 і IC = 0, VC = VCC - (IC * RC) = 5 В - 0 = 5 В Врахуйте, що подана вхідна напруга становить 5 вольт, тоді струм бази можна визначити, застосовуючи закон напруги Кірхгофа. Коли VI = 5 В, IB = (VI - VBE) / RB Для кремнієвого транзистора VBE = 0.7 В Таким чином, IB = (5 В - 0.7 В) / 50 КОм = 86 мкА, що більше ніж 56.8 мкА струм перевищує струм 56.8 мікроампера, транзистор буде приводитися до насичення, тобто він повністю увімкнений, коли на вхід подається 5В. Таким чином, вихід на колекторі стає приблизно нульовим. Транзистор PPP як транзистор SwitchPNP працює так само, як NPN для операції комутації, але струм витікає з бази. Цей тип комутації використовується для конфігурацій негативного заземлення. Для транзистора PNP базова клема завжди негативно зміщена щодо емітера. У цьому перемиканні струм бази тече, коли напруга бази більше негативна. Просто, низька напруга або більше негативна напруга призводить до короткого замикання транзистора, інакше це буде обрив ланцюга. У цьому зв'язку навантаження підключається до виходу перемикання транзистора з контрольною точкою. Коли транзистор увімкнено, струм тече від джерела через транзистор до навантаження і, нарешті, до землі. Приклад транзистора PNP як вимикача Подібно до схеми вимикача транзистора NPN, вхід ланцюга PNP також є базовим, але емітер підключений до Постійна напруга і колектор з'єднані з землею через навантаження, як показано на малюнку. У цій конфігурації база завжди має негативний зсув щодо випромінювача, з'єднуючи базу з негативної сторони та емітер з позитивної сторони вхідного джерела живлення. Отже, напруга VBE від’ємна, а напруга живлення емітера щодо колектора позитивна (VCE позитивна). Тому для проведення транзисторного випромінювача емітер має бути більш позитивним щодо колектора та бази. Іншими словами, база повинна бути більш негативною по відношенню до емітера. Для розрахунку базової та колекторної струмів використовуються наступні вирази. IC = IE - IB IC = β * IB IB = IC / β Розглянемо наведений вище приклад, що навантаження вимагає струму 100 міліампер, а транзистор має бета -значення 100. Тоді струм, необхідний для насичення транзистора, становить Мінімальний струм бази = струм колектора / β = 100 мА / 100 = 1 мА Тому, коли струм бази становить 1 мА, транзистор буде повністю ВКЛ. Але для гарантованого насичення транзистора потрібно практично 30 відсотків більшого струму. Отже, у цьому прикладі необхідний струм бази становить 1.3 мА. Практичні приклади транзистора як перемикачаТранзистор для перемикання світлодіодів, розглянуті раніше, транзистор можна використовувати як перемикач. Наведена нижче схема показує, як транзистор використовується для перемикання світлодіодів (світлодіодів). Коли перемикач на базовій клемі відкритий, струм не протікає через базу, тому транзистор перебуває у стані відсічення. Таким чином, транзистор діє як розімкнутий ланцюг, і світлодіод вимикається. Коли перемикач закритий, базовий струм починає протікати через транзистор, а потім переходить у насичення, що призводить до включення світлодіода. через основу і світлодіод. Також можна змінювати інтенсивність світлодіодів, змінюючи опір на шляху базового струму. Транзистор для управління реле Також можна контролювати роботу реле за допомогою транзистора. З невеликою схемою транзистора, який може подавати живлення на котушку реле, щоб контролювати зовнішнє навантаження, підключене до нього. Вхід, поданий на базі, приводить транзистор в область насичення, що призводить до короткого замикання ланцюга. Таким чином, на котушку реле подається напруга і спрацьовують контакти реле. В індуктивних навантаженнях, зокрема перемиканні двигунів та індукторів, раптове відключення живлення може зберегти великий потенціал у котушці. Ця висока напруга може завдати значної шкоди ланцюгу спокою. Тому ми маємо використовувати діод паралельно з індуктивним навантаженням, щоб захистити ланцюг від індукованої напруги індуктивного навантаження. Транзистор для керування двигуном Транзистор також можна використовувати для керування та регулювання швидкості двигуна постійного струму односпрямованим способом перемикання транзистора через регулярні проміжки часу, як показано на малюнку нижче. Як згадувалося вище, двигун постійного струму також є індуктивним навантаженням, тому ми повинні розмістити на ньому вільний діод, щоб захистити ланцюг. У різних регіонах ми можемо вмикати та вимикати двигун. Також можна регулювати швидкість двигуна від місця зупинки до повної швидкості шляхом перемикання транзистора на змінних частотах. Ми можемо отримати частоту перемикання з пристрою керування або мікросхеми, наприклад мікроконтроллера. У вас є чітке уявлення про те, як транзистор можна використовувати як перемикач? Ми сподіваємось, що надана інформація з відповідними зображеннями та прикладами пояснює всю концепцію перемикання транзисторів. Крім того, якщо у вас є сумніви, пропозиції та зауваження, ви можете написати нижче. Висновок Повний підручник з використання транзистора як комутатора.

Залишити повідомлення 

список повідомлень