/ / Transistor som bryter - Ved bruk av transistorbryter

Transistor som bryter - Ved bruk av transistorbryter

transistorer

Når den brukes som en AC signalforsterker, vil dentransistorer Basisforspenningsspenningen påføres på en slik måte at den alltid opererer innenfor sin "aktive" region, det vil si den lineære delen av utgangskarakteristikkkurvene blir brukt.

Imidlertid kan både bipolare transistorene NPN og PNP gjøres til å fungere som "ON / OFF" type solid state bryter ved å forspenne transistorene Base-terminalen annerledes enn for en signalforsterker.

Solid state brytere er en av de viktigsteapplikasjoner for bruk av transistor for å bytte ut en DC-utgang "ON" eller "OFF". Noen utgangsenheter, for eksempel LED-er, krever bare noen få milliameter ved jevnspenningsnivåer på logisk nivå og kan derfor kjøres direkte av utgangen fra en logisk gate. Imidlertid krever høyeffektinnretninger som motorer, solenoider eller lamper ofte mer strøm enn den som leveres av en vanlig logisk gate, slik at transistorbrytere brukes.

Hvis kretsen bruker Bipolar Transistor som en bryter, så er forspenningen av transistoren, enten NPN eller PNP, anordnet for å betjene transistoren på begge sider av "I-V" karakteristikkkurvene vi tidligere har sett.

Operasjonsområdene for en transistorbryter er kjent som Metningsområde og Cut-off Region. Dette betyr at vi kan ignoreredrift Q-punkt forspenning og spenningsdeler kretser kreves for forsterkning, og bruk transistoren som en bryter ved å kjøre den frem og tilbake mellom sine "full-OFF" (cut-off) og "full-ON" (metning) regioner som vist under.

Transistorbryteroperasjonsregioner

transistorbryter operasjonsområde

Det rosa skyggelagte området på bunnen av kurvenerepresenterer "Cut-off" -regionen, mens det blå området til venstre representerer "Metning" -området i transistoren. Begge disse transistorområdene er definert som:

1. Avskjæringsområde

Her er driftsforholdene til transistoren null inngangsstrøm (IB ), null utgangssamlerstrøm (IC ) og maksimal kollektor spenning (VCE ) som resulterer i et stort uttømmingslag og ingen strøm strømmer gjennom enheten. Derfor er transistoren slått på "Full-OFF".

Klippegenskaper

transistorbryter i avskåret
  • • Inngangen og basen er jordet (0v)
  • • Spenningsspenning VVÆRE <0,7v
  • • Base-Emitter-krysset er motsatt forspent
  • • Base-Collector-krysset er motsatt forspent
  • • Transistoren er "full-OFF" (avskjæringsområde)
  • • No Collector strømmer (IC = 0)
  • • VUTE = VCE = VCC = "1"
  • • Transistor fungerer som en "åpen bryter"

Da kan vi definere "cut-off region" eller "OFF-modus" når du bruker en bipolar transistor som en bryter som værende, begge kryssene reverseres forspent, VB <0,7v og jegC = 0. For en PNP-transistor må emitterpotensialet være negativt med hensyn til basen.

2. Metningsområde

Her vil transistoren være forspent slik atmaksimal mengde av basestrøm blir påført, noe som resulterer i maksimal kollektorstrøm som resulterer i minimum kollektoremitterspenningsfall som resulterer i at depletjonslaget er så lite som mulig og maksimal strøm som strømmer gjennom transistoren. Derfor er transistoren slått på "Full-ON".

Metningskarakteristikker

transistorbryter i metning
  • • Inngangen og basen er koblet til VCC
  • • Spenningsspenning VVÆRE > 0,7v
  • • Base-Emitter-krysset er fremoverforspent
  • • Base-Collector-krysset er fremoverforspent
  • • Transistor er "full-ON" (metningsområde)
  • • Maks. Samlerstrømmen strømmer (IC = Vcc / RL )
  • • VCE = 0 (ideell metning)
  • • VUTE = VCE = "0"
  • • Transistor fungerer som en "lukket bryter"

Deretter kan vi definere "metningsområdet" eller "ON-modus" når du bruker en bipolar transistor som en bryter som værende, begge kryssene videresides, VB > 0,7v og jegC = Maksimum. For en PNP-transistor må emitterpotensialet være positivt i forhold til basen.

Så fungerer transistoren som en "enkeltpolet"single-throw "(SPST) solid state bryter. Med et nullsignal som er påført på basen av transistoren, blir det "OFF" som fungerer som en åpen bryter og nullsamlerstrømmen strømmer. Med et positivt signal på grunn av transistoren blir det "ON" som en lukket bryter og maksimal kretsstrøm strømmer gjennom enheten.

Den enkleste måten å bytte til moderat til høytmengder strøm er å bruke transistoren med en åpen kollektorutgang og transistorens emitterterminal koblet direkte til bakken. Når den brukes på denne måten, kan transistorens åpne kollektorutgang dermed "synke" en eksternt tilført spenning til jord og dermed styre hvilken som helst tilkoblet belastning.

Et eksempel på en NPN Transistor som en bryterbrukes til å betjene et relé er gitt nedenfor. Med induktive laster som for eksempel reléer eller solenoider, er en svinghjul diode plassert over lasten for å spre EMF generert av den induktive lasten når transistoren slår AV og dermed beskytter transistoren mot skade. Hvis lasten har en meget høy strøm eller spennings natur, som motorer, varmeovner osv., Kan laststrømmen styres via et passende relé som vist.

Grunnleggende NPN Transistor Switching Circuit

npn transistor som en bryter

Kretsen ligner den av Vanlig Emitter krets vi så på i tidligere opplæringsprogrammer. Forskjellen denne gangen er at for å betjene transistoren som en bryter, må transistoren slås enten helt "OFF" (cut-off) eller helt "ON" (mettet). En ideell transistorbryter ville ha uendelig kretsmotstand mellom oppsamleren og emitteren når den slås "full-OFF", noe som resulterer i nullstrøm som strømmer gjennom den og null motstand mellom oppsamleren og emitteren når den er slått "fullt på", noe som resulterer i maksimal strømstrøm.

I praksis når transistoren er slått av, strømmer små lekkasjestrømmer gjennom transistoren og når den er helt "PÅ", har enheten en lav motstandsverdi som forårsaker en liten metallspenning (VCE ) over det. Selv om transistoren ikke er en perfekt bryter, er strømmen i transistoren i det minste, i begge avkjølings- og metningsområdene.

For at strømmen skal strømme, må baseninngangsterminalen må gjøres mer positiv enn emitteren ved å øke den over 0,7 volt som trengs for en silikonanordning. Ved å variere denne Base-Emitter spenningen VVÆRE, Basestrømmen endres også, og styrer i sin tur mengden av kollektorstrøm som strømmer gjennom transistoren som tidligere omtalt.

Når maksimal kollektorstrøm strømmer, er transistoren sies å være mettet. Verdien av basemotstanden bestemmer hvor mye inngangsspenning er nødvendig og tilsvarende basestrøm for å slå transistoren helt til "ON".

Transistor som bryter Eksempel No1

Bruk transistorverdiene fra forrigeveiledning av: β = 200, Ic = 4mA og Ib = 20uA, finn verdien av Basismotstanden (Rb) som kreves for å bytte lasten helt "ON" når inngangspenningen overstiger 2,5v.

Transistor Switch Base Resistance

Den nest laveste foretrukne verdien er: 82kΩ, dette garanterer at transistorbryteren alltid er mettet.

Transistor som bryter Eksempel No2

Igjen å bruke de samme verdiene, finn minimumBasestrøm kreves for å slå transistoren "full-ON" (mettet) for en belastning som krever 200mA strøm når inngangsspenningen økes til 5.0V. Beregn også den nye verdien av Rb.

Transistor Basestrøm:

transistor base strøm

Transistor Base motstand:

transistor base motstand

Transistor brytere brukes til et bredt spekterav applikasjoner som for eksempel tilkobling av store strøm- eller høyspenningsinnretninger som motorer, reléer eller lamper til lavspennings digitale IC'er eller logiske porter som AND-porter eller OR-porter. Her er utgangen fra en digital logisk gate bare + 5v, men enheten som skal styres, kan kreve en 12 eller til og med 24 volt forsyning. Eller lasten som en likestrømsmotor må kanskje ha hastighetsstyrt med en serie pulser (Pulse Width Modulation). transistor brytere vil tillate oss å gjøre dette raskere og enklere enn med konvensjonelle mekaniske brytere.

Digital logikkransistorbryter

digital logikkransistorbryter

Basismotstanden, Rb er nødvendig for å begrense utgangsstrømmen fra logikkporten.

PNP-transistorbryter

Vi kan også bruke PNP Transistors som en bryter,forskjellen denne gangen er at lasten er koblet til bakken (0v) og PNP transistoren slår strømmen til den. For å slå PNP transistoren som en bryter "ON", er basestasjonen koblet til jord eller null volt (LOW) som vist.

PNP Transistor Switching Circuit

pnp transistor som en bryter

Likningene for beregning av basenmotstand, kollektorstrøm og spenninger er nøyaktig det samme som for den forrige NPN-transistorbryteren. Forskjellen denne gangen er at vi bytter strøm med en PNP-transistor (innkjøpsstrøm) i stedet for å skifte bakke med en NPN-transistor (synkende strøm).

Darlington Transistor Switch

Noen ganger er DC-strømforbruket av bipolartransistoren er for lav til direkte å bytte laststrøm eller spenning, slik at flere koblingstransistorer brukes. Her brukes en liten inngangstransistor til å veksle "ON" eller "OFF" en mye større strømhåndteringsutgangstransistor. For å maksimere signalforsterkningen, er de to transistorene koblet sammen i en "Komplementær forsterkningskomponeringskonfigurasjon" eller det som vanligvis kalles en "Darlington konfigurasjon"Hvor amplifikasjonsfaktoren er produktet av de to individuelle transistorene.

Darlington Transistorer inneholder bare to individuelle bipolare NPN eller PNPtype transistorer koblet sammen slik at nåværende forsterkning av den første transistoren blir multiplisert med den for den nåværende forsterkningen av den andre transistoren for å produsere en anordning som virker som en enkelt transistor med en meget høy strømforsterkning for en mye mindre basestrøm. Den totale nåværende gevinsten Beta (β) eller hfe-verdien av en Darlington-enhet er produktet av de to individuelle gevinsten til transistorene og er gitt som:

darlington transistor strømforbruk

Så Darlington Transistorer med svært høye β verdierog høye kollektorstrømmer er mulige i forhold til en enkelt transistorbryter. For eksempel, hvis den første inngangstransistoren har en strømforsterkning på 100 og den andre svitsjetransistoren har en strømforsterkning på 50, vil den totale strømforsterkning være 100 * 50 = 5000. Så hvis for eksempel vår laststrøm fra oven er 200mA , da darlington basestrømmen er bare 200mA / 5000 = 40uA. En stor reduksjon fra forrige 1mA for en enkelt transistor.

Et eksempel på de to grunnleggende typer Darlington transistor konfigurasjoner er gitt nedenfor.

Darlington Transistor Configurations

darlington transistor som en bryter

Ovenstående NPN Darlington transistor bryterkonfigurasjon viser samlerne til de to transistorene som er koblet sammen med emitteren til den første transistoren som er koblet til baseterminalen til den andre transistoren, blir emitterstrømmen til den første transistoren grunnstrømmen til den andre transistoren som slår den på "ON".

Den første eller "inngang" transistoren mottarinngangssignal til basen. Denne transistoren forsterker den på vanlig måte og bruker den til å kjøre den andre større "utgang" -transistorene. Den andre transistoren forsterker signalet igjen, noe som resulterer i en meget høy strømforsterkning. En av de viktigste egenskapene til Darlington Transistorer er deres høye nåværende gevinster sammenlignet med enkeltbipolare transistorer.

I tillegg til høye økte strøm og spenningbytteegenskaper, er en annen fordel med en "Darlington Transistor Switch" i sine høye omdreiningshastigheter som gjør dem ideelle for bruk i inverterkretser, lyskretser og likestrømsmotor eller trinnmotorstyringsapplikasjoner.

En forskjell å vurdere når du bruker Darlington-transistorer over de konvensjonelle enkeltbipolære typer ved bruk av transistoren som en bryter, er at basemitter-inngangsspenningen (VVÆRE ) må være høyere ved ca. 1,4 V for silisiuminnretninger, på grunn av serieforbindelsen til de to PN-kryssene.

Transistor som bryteroppsummering

Så å oppsummere når du bruker en Transistor som bryter Følgende betingelser gjelder:

  • Transistor brytere kan brukes til å bytte og styre lamper, reléer eller til og med motorer.
  • Når du bruker den bipolare transistoren som en bryter, må de være enten "full-OFF" eller "full-ON".
  • Transistorer som er fullt "PÅ", er sagt å være i deres metning region.
  • Transistorer som er helt "OFF" sies å være i deres Cut-off region.
  • Ved bruk av transistoren som bryter styrer en liten basestrøm en mye større kollektorbelastningsstrøm.
  • Ved bruk av transistorer for å bytte inductive belastninger som reléer og solenoider, brukes en "Flywheel Diode".
  • Når store strømmer eller spenninger må styres, Darlington Transistorer kan bli brukt.
  • Darlington Transistor konfigurasjoner kan gjøres ved å koble to transistorer sammen.

I neste veiledning om transistorer, vi vil se på driften av kryssetfelt effekt transistor kjent vanligvis som en JFET. Vi vil også plotte utgangskarakteristikkkurver som vanligvis er forbundet med JFET-forsterkerkretser som en funksjon av kilespenning til portspenning.

Kommentarer (0)
Legg til en kommentar