Как да използвам транзистора като превключвател

Как да използвам транзистора като превключвател

Основното устройство в областта на електричеството и електрониката е регулираният клапан, който позволява слаб сигнал за регулиране на по-голямото количество поток, подобно на дюзата, която регулира водния поток от помпи, тръби и други. По едно време този регулиран клапан, който беше реализиран в електрическата област, беше вакуумни тръби. Внедряването и използването на вакуумните тръби бяха добри, но усложнението с това беше голямо и потреблението на огромна електрическа енергия, която се доставяше като топлина, което съкрати живота на тръбата. В компенсация на този проблем транзисторът беше устройството, което осигури добро решение, което отговаря на изискванията на цялата електрическа и електронна индустрия. Това устройство е изобретено от „Уилям Шокли” през 1947 г. За да обсъдим повече, нека се потопим в подробната тема за това какво е транзистор , прилагане транзистор като превключвател , и много характеристики.



Какво представлява транзисторът?

Транзисторът е тритерминално полупроводниково устройство които могат да се използват за превключване на приложения, усилване на слаби сигнали и в количества от хиляди и милиони транзистори са свързани помежду си и са вградени в малка интегрална схема / чип, която прави компютърни памет. Транзисторен превключвател, който се използва за отваряне или затваряне на верига, което означава, че транзисторът обикновено се използва като превключвател в електронните устройства само за приложения с ниско напрежение поради ниското си мощност консумация. Транзисторът работи като превключвател, когато е в области на прекъсване и насищане.


Видове транзистори BJT

По принцип транзисторът се състои от две PN връзки, тези връзки се образуват чрез сандвичи или N-тип, или P-тип полупроводник материал между двойка от противоположния тип полупроводникови материали.





Биполярно кръстовище транзисторите се класифицират по типове

  • NPN
  • PNP

Транзисторът има три клеми, а именно Base, Излъчвател , и колектор. Излъчвателят е силно легиран терминал и той излъчва електроните в основната област. Базовият терминал е леко легиран и предава инжектираните от емитер електрони върху колектора. Колекторният терминал е легиран междинно и събира електрони от основата.



Транзисторът тип NPN е съставът на два полупроводникови материала, легирани от N-тип, между полупроводниковия слой, легиран от P-тип, както е показано по-горе. По същия начин транзисторите тип PNP представляват състава на два полупроводникови материала, легирани от P-тип, между полупроводниковия слой, легиран от N-тип, както е показано по-горе. Функционирането на NPN и PNP транзистора е еднакво, но се различава по отношение на тяхното пристрастие и полярност на захранването.


Транзистор като превключвател

Ако веригата използва BJT транзистор като превключвател h, тогава отклонението на транзистора, или NPN, или PNP е подредено да управлява транзистора от двете страни на кривите на I-V характеристиките, показани по-долу. Транзисторът може да работи в три режима, активен регион, регион на насищане и граничен регион. В активната област транзисторът работи като усилвател. Като транзисторен превключвател той работи в два региона и това са Регион на насищане (напълно включено) и Отсечен регион (напълно ИЗКЛЮЧЕН). The транзистор като схема на превключвател е

Транзистор като превключвател

Транзистор като превключвател

И двата типа NPN и PNP транзистори могат да се управляват като превключватели. Малко от приложенията използват силов транзистор като превключващ инструмент. По време на това състояние може да няма изискване за използване на друг сигнален транзистор за задвижване на този транзистор.

Режими на работа на транзисторите

От горните характеристики можем да забележим, че розовата засенчена област в долната част на кривите представлява граничната зона, а синята област вляво представлява зоната на насищане на транзистора. тези транзисторни области се определят като

Отсечен регион

Работните условия на транзистора са нулев входен ток на базата (IB = 0), нулев изходен ток на колектора (Ic = 0) и максимално напрежение на колектора (VCE), което води до голям слой на изчерпване и липса на ток, преминаващ през устройството.

Следователно транзисторът се превключва на „Напълно ИЗКЛ.“. Така че можем да определим граничната зона, когато използваме биполярен транзистор като превключвател като, притеснявайте кръстовищата на NPN транзисторите са обратни пристрастни, VB<0.7v and Ic=0. Similarly, for PNP transistors, the emitter potential must be –ve with respect to the base of the transistor.

Режим на изключване

Режим на изключване

След това можем да дефинираме „граничната зона“ или „режим на изключване“, когато използваме биполярен транзистор като превключвател като, двата кръстовища са обърнати обратно, IC = 0 и VB<0.7v. For a PNP transistor, the Emitter potential must be -ve with respect to the base terminal.

Характеристики на граничния регион

Характеристиките в граничния регион са:

  • И базовите, и входните клеми са заземени, което означава ‘0’v
  • Нивото на напрежение в кръстовището база-емитер е по-малко от 0.7v
  • Базово-емитерното кръстовище е в обърнато състояние
  • Тук транзисторът функционира като ключ ОТВОРЕН
  • Когато транзисторът е напълно изключен, той се премества в граничната зона
  • Преходът база-колектор е в обърнато положение
  • Няма да има поток на ток в клемата на колектора, което означава Ic = 0
  • Стойността на напрежението на кръстовището емитер-колектор и на изходните клеми е „1“

Регион на насищане

В този регион транзисторът ще бъде пристрастен, така че да се приложи максималното количество базов ток (IB), което води до максимален ток на колектора (IC = VCC / RL) и след това води до минимално напрежение колектор-емитер (VCE ~ 0) изпускайте. При това състояние изчерпващият слой става толкова малък, колкото е възможен и максимален ток, протичащ през транзистора. Следователно транзисторът е включен „Напълно ВКЛЮЧЕН“.

Режим на насищане

Режим на насищане

Определението за „зона на насищане“ или „режим на включване“, когато се използва биполярен NPN транзистор като превключвател, като двете връзки са пристрастни напред, IC = максимум и VB> 0,7v. За PNP транзистор потенциалът на емитер трябва да бъде + ve по отношение на основата. Това е работа на транзистора като превключвател .

Характеристики на региона на насищане

The характеристики на насищане са:

  • И базовите, и входните клеми са свързани към Vcc = 5v
  • Нивото на напрежение в кръстовището база-емитер е повече от 0.7v
  • Базово-емитерното кръстовище е в предубедено състояние
  • Тук транзисторът функционира като затворен ключ
  • Когато транзисторът е напълно изключен, той се премества в областта на насищане
  • Кръстовището база-колектор е в пристрастие напред
  • Текущият поток в терминала на колектора е Ic = (Vcc / RL)
  • Стойността на напрежението на кръстовището емитер-колектор и на изходните клеми е „0“
  • Когато напрежението на кръстовището колектор-емитер е ‘0’, това означава идеално състояние на насищане

Освен това работа на транзистора като превключвател може да бъде обяснено подробно, както по-долу:

Транзистор като превключвател - NPN

В зависимост от приложената стойност на напрежението в основния ръб на транзистора се осъществява превключваща функционалност. Когато има добро количество напрежение, което е ~ 0.7V между излъчвателя и базовите ръбове, тогава потокът от напрежение в колектора към ръба на излъчвателя е нула. Така че, транзисторът в това състояние изпълнява ролята на превключвател и токът, който протича през колектора, се счита за транзисторен ток.

По същия начин, когато няма входно напрежение на входния терминал, тогава транзисторът функционира в граничната зона и функционира като отворена верига. При този метод на превключване, свързаният товар е в контакт с точката на превключване, където това действа като отправна точка. Така че, когато транзисторът се премести в състояние „ВКЛ.“, Ще има поток от ток от терминала на източника към земята чрез товар.

NPN транзистор като превключвател

NPN транзистор като превключвател

За да сме наясно с този метод на превключване, нека разгледаме един пример.

Да приемем, че транзисторът има базова стойност на съпротивлението 50kOhm, съпротивлението на ръба на колектора е 0.7kOhm и приложеното напрежение е 5V и счита бета стойността като 150. В основния ръб се прилага сигнал, който варира между 0 и 5V . Това съответства на това, че изходът на колектора се наблюдава чрез промяна на стойностите на входното напрежение, които са 0 и 5V. Обмислете следната диаграма.

Когато VТОВА= 0, тогава I° С= VDC/ R° С

IC = 5 / 0.7

И така, токът на терминала на колектора е 7.1mA

Тъй като бета стойността е 150, тогава Ib = Ic / β

Ib = 7.1 / 150 = 47.3 uA

И така, базовият ток е 47,3 µA

При горните стойности, най-високата стойност на тока на клемата на колектора е от 7.1 mA в състоянието на колектора към емитерното напрежение е нула, а основната стойност на тока е 47.3 µA. По този начин се доказа, че когато стойността на тока в основния ръб се повиши над 47,3 µA, тогава NPN транзисторът се премества в областта на насищане.

Да приемем, че транзисторът има входно напрежение 0V. Това означава, че базовият ток е „0“ и когато емитерното кръстовище е заземено, тогава емитерното и базовото кръстовище няма да са в състояние на пристрастие при пренасочване. И така, транзисторът е в режим OFF и стойността на напрежението на ръба на колектора е 5V.

Vc = Vcc - (IcRc)

= 5-0

Vc = 5V

Да приемем, че транзисторът има входно напрежение 5V. Тук текущата стойност на основния ръб може да бъде известна с помощта на Принцип на напрежение на Kirchhoff .

Ib = (Vi - Vbe) / Rb

Когато се разглежда силициев транзистор, той има Vbe = 0.7V

И така, Ib = (5-0,7) / 50

Ib = 56,8 цА

По този начин се доказа, че когато стойността на тока в основния ръб се повиши над 56,8 µA, тогава NPN транзисторът се премества в зона на насищане при входно състояние 5V.

Транзистор като превключвател - PNP

Функцията за превключване както на PNP, така и на NPN транзисторите са сходни, но вариацията е, че в PNP транзистора потокът на ток е от базовия терминал. Тази превключваща конфигурация се използва за отрицателните заземителни връзки. Тук основният ръб има отрицателна връзка на отклонение, съответстваща на ръба на излъчвателя. Когато напрежението на базовия терминал е по--ve, тогава ще има поток на базовия ток. За да бъде ясно, че когато съществуват много минимални или -ve клапани за напрежение, това прави транзистора като късо съединение, ако не е отворен или иначе висок импеданс .

При този тип връзка натоварването е във връзка с превключващия изход заедно с референтна точка. Когато PNP транзисторът е в състояние ON, ще има токов поток от източник към товар и след това към земя чрез транзистор.

PNP транзистор като превключвател

PNP транзистор като превключвател

Подобно на операцията за превключване на транзистора NPN, входът на транзистора PNP също е в основния ръб, докато изводът на излъчвателя е свързан с фиксирано напрежение, а изводът на колектора е свързан към земята чрез товар. Долната снимка обяснява веригата.

Тук базовият терминал винаги е в отрицателно отклонение в съответствие с ръба на излъчвателя и основата, която е свързан от отрицателната страна, и излъчвателя от положителната страна на входното напрежение. Това означава, че напрежението в основата към емитер е отрицателно, а напрежението на емитера към колектора е положително. Така че ще има транзисторна проводимост, когато емитерното напрежение има по-положително ниво от това на базовите и колекторните клеми. По този начин напрежението в основата трябва да бъде по-отрицателно от това на другите клеми.

За да знаем стойността на колекторните и базовите токове, са ни необходими следните изрази.

Ic = Ie - Ib

Ic = β. Едно

Където Ub = Ic / β

За да сме наясно с този метод на превключване, нека разгледаме един пример.

Да приемем, че веригата на натоварване се нуждае от 120 mA, а бета стойността на транзистора е 120. Тогава текущата стойност, която е необходима, за да може транзисторът да бъде в режим на насищане, е

Ib = Ic / β

= 120 mAmps / 100

Ib = 1 mAmp

Така че, когато има базов ток от 1 mAmp, тогава транзисторът е напълно в състояние ON. Докато в практическите сценарии са необходими приблизително 30-40 процента повече ток за правилното насищане на транзистора. Това означава, че базовият ток, който е необходим за устройството, е 1,3 mAmps.

Превключване на транзистора на Дарлингтън

В няколко случая текущото усилване на постоянен ток в BJT устройството е много минимално за директно превключване на товарното напрежение или ток. Поради това се използват превключващи транзистори. В това състояние е включено малко транзисторно устройство за включване и изключване на превключвател и повишена стойност на тока за регулиране на изходния транзистор.

За да се подобри усилването на сигнала, два транзистора са свързани по начин на „конфигурация за допълнително усилване на усилването“. В тази конфигурация коефициентът на усилване е резултат от произведението на два транзистора.

Дарлингтън транзистор

Дарлингтън транзистор

Транзистори на Дарлингтън обикновено се включват с два биполярни PNP и NPN типа транзистори, където те са свързани по начин, по който стойността на усилване на първоначалния транзистор се умножава със стойността на усилване на второто транзисторно устройство.

Това води до резултата, при който устройството функционира като единичен транзистор, имащ максимално усилване на тока дори за минимална базова стойност на тока. Цялото текущо усилване на превключващото устройство на Дарлингтън е продукт на стойностите на текущото усилване както на PNP, така и на NPN транзистори и това се представя като:

β = β1 × β2

С горните точки транзисторите на Дарлингтън с максимални стойности на β и тока на колектора са потенциално свързани с превключването на един транзистор.

Например, когато входният транзистор има стойност на усилване на тока 100, а вторият има стойност на усилване 50, тогава общото усилване на тока е

β = 100 × 50 = 5000

Така че, когато токът на натоварване е 200 mA, тогава текущата стойност в транзистора на Дарлингтън на базовия терминал е 200 mA / 5000 = 40 µAmps, което е голям декремент в сравнение с последните 1 mAmp за едно устройство.

Дарлингтън конфигурации

В транзистора на Дарлингтън има главно два типа конфигурация и това са

Конфигурацията на превключвателя на транзистора на Дарлингтън показва, че колекторните клеми на двете устройства са свързани с емитерния терминал на първоначалния транзистор, който има връзка с основния ръб на второто транзисторно устройство. И така, текущата стойност на изхода на излъчвателя на първия транзистор ще се формира като входния ток на втория транзистор, което го прави в състояние On.

Входният транзистор, който е първият, получава своя входен сигнал на базовия терминал. Входният транзистор се усилва по общ начин и това се използва за задвижване на следващите изходни транзистори. Второто устройство подобрява сигнала и това води до максимална стойност на текущото усилване. Една от най-важните характеристики на транзистора Дарлингтън е максималният му токов коефициент, когато е свързан с единичното BJT устройство.

В допълнение към способността за характеристики на превключване на максимално напрежение и ток, другото допълнително предимство е неговата максимална скорост на превключване. Тази операция на превключване позволява устройството да се използва специално за инверторни вериги, DC двигател, осветителни вериги и стъпково моторно регулиране.

Вариацията, която трябва да се вземе предвид при използване на транзистори от Дарлингтън, отколкото тази на конвенционалните единични типове BJT при внедряването на транзистора като превключвател, е, че входното напрежение в основата и кръстовището на емитер трябва да бъде по-голямо, което е почти 1.4v за силициев тип устройство, както поради последователна връзка на двете PN кръстовища.

Някои от често срещаните практически приложения на транзистора като превключвател

В транзистора, освен ако токът не тече в основната верига, в колекторната верига не може да протича ток. Това свойство ще позволи транзисторът да се използва като превключвател. Транзисторът може да се включва или изключва чрез смяна на основата. Има няколко приложения на комутационни вериги, управлявани от транзистори. Тук разгледах NPN транзистора, за да обясня няколко приложения, които използват транзисторен превключвател.

Превключвател със светлина

Веригата е проектирана с помощта на транзистор като превключвател, за да осветява крушката в ярка среда и да я изключва на тъмно и Светлозависим резистор (LDR) в потенциалния разделител. Когато околната среда е тъмна Съпротивлението на LDR става високо. След това транзисторът се изключва. Когато LDR е изложен на ярка светлина, неговото съпротивление пада до по-малка стойност, което води до повече захранващо напрежение и повишаване на базовия ток на транзистора. Сега транзисторът е включен, токът на колектора тече и крушката светва.

Превключвател с топлинно управление

Един важен компонент във веригата на топлоуправляем превключвател е термисторът. Термисторът е вид резистор който реагира в зависимост от околната температура. Съпротивлението му се увеличава, когато температурата е ниска и обратно. Когато топлината се приложи към термистора, неговото съпротивление спада и базовият ток се увеличава, последвано от по-голямо нарастване на колекторния ток и сирената ще духа. Тази конкретна схема е подходяща като пожароизвестителна система .

Превключвател с топлинно управление

Превключвател с топлинно управление

DC управление на двигателя (драйвер) в случай на високи напрежения

Помислете, че към транзистора не се прилага напрежение, тогава транзисторът се изключва и през него няма да тече ток. Следователно релето остава в изключено състояние. Захранване към DC мотора захранва се от нормално затворен (NC) терминал на релето, така че двигателят ще се върти, когато релето е в състояние OFF. Прилагането на високо напрежение в основата на транзистора BC548 води до включване на транзистора и намотката на релето за захранване.

Практически пример

Тук ще знаем стойността на базовия ток, който е необходим, за да се направи транзисторът напълно в състояние ON, когато натоварването се нуждае от ток от 200 mA, когато входната стойност се повиши до 5v. Също така, знайте стойността на Rb.

Базовата текуща стойност на транзистора е

Ib = Ic / β считаме β = 200

Ib = 200mA / 200 = 1mA

Базовата стойност на съпротивлението на транзистора е Rb = (Vin - Vbe) / Ib

Rb = (5 - 0,7) / 1 × 10-3

Rb = 4.3kΩ

Транзисторните превключватели са широко използвани в множество приложения, като свързване на огромен ток или висока стойност на оборудване за напрежение, като двигатели, релета или светлини до минималната стойност на напрежението, цифрови интегрални схеми или използвани в логически порти като И портали ИЛИ. Също така, когато изходът, доставен от логическата порта, е + 5v, докато устройството, което трябва да се регулира, може да се нуждае от изсъхване 12v или дори 24v от захранващото напрежение.

Или натоварването като DC Motor може да изисква да се следи скоростта му чрез някои непрекъснати импулси. Транзисторните превключватели позволяват тази операция да бъде по-бърза и по-проста, отколкото в сравнение с тази на традиционните механични превключватели.

Защо да използвам транзистор вместо превключвател?

Докато внедрява транзистор на мястото на превключвател, дори минимално количество базов ток регулира по-висок ток на натоварване в клемата на колектора. Използвайки транзистори на мястото на превключвателя, тези устройства се поддържат с релета и соленоиди. Докато в случая, когато трябва да се регулират по-високи нива на токове или напрежения, тогава се използват транзисторите на Дарлингтън.

Като цяло, като обобщение, са малко от условията, които се прилагат при работа на транзистор като превключвател

  • Докато се използва BJT като превключвател, тогава трябва да се експлоатира или непълно ВКЛЮЧЕНО, или пълно ВКЛЮЧЕНО.
  • Докато се използва транзистор като превключвател, минималната стойност на базовия ток регулира увеличения ток на натоварване на колектора.
  • Докато прилагате транзистори за превключване като релета и соленоиди, тогава е по-добре да използвате диоди на маховика.
  • За да регулират по-големи стойности на напрежение или токове, транзисторите на Дарлингтън работят в най-добрия случай.

И тази статия предоставя изчерпателна и ясна информация за транзистора, операционните региони, работещи като превключвател, характеристики, практически приложения. Другата важна и свързана тема, която трябва да се знае, е какво е цифров логически транзисторен превключвател и нейната работна, електрическа схема?