V tento Tranzistor tutoriálu se naučíme o fungování Tranzistor jako Spínač. Přepínání a zesílení jsou dvě oblasti použití tranzistorů a tranzistor jako spínač je základem pro mnoho digitálních obvodů.
Outline
Úvod
Jako jeden z významných polovodičových zařízení, tranzistor našel využití v obrovské elektronických aplikací, jako jsou vestavěné systémy, digitální obvody a řídicí systémy., V obou digitálních a analogových domén tranzistory jsou široce používány pro různé použití aplikace, jako je zesílení, logické operace, přepínání a tak dále.
tento článek se soustřeďuje a poskytuje stručné vysvětlení tranzistorové aplikace jako spínače.
Bipolárního Tranzistoru nebo prostě BJT je tři vrstvy, tři svorky a dva spojovací polovodičových zařízení. Téměř v mnoha aplikacích se tyto tranzistory používají pro dvě základní funkce, jako je přepínání a zesílení.,
název bipolární označuje, že dva typy nosičů náboje se podílejí na práci BJT. Tyto dva nosiče náboje jsou otvory a elektrony, kde otvory jsou nosiči kladných nábojů a elektrony jsou nosiči záporných nábojů.
tranzistor má tři oblasti, a to základnu, emitor a kolektor. Emitor je silně dopovaný terminál a emituje elektrony do základny. Základní terminál je lehce dopovaný a předává elektrony vstřikované emitorem do kolektoru., Sběrný terminál je středně dopovaný a shromažďuje elektrony ze základny. Tento kolektor je velký ve srovnání s ostatními dvěma oblastmi, takže odvádí více tepla.
BJTs jsou dvou typů NPN a PNP, obě funkce jsou stejné, ale liší se z hlediska zkreslení a polarity napájení. V tranzistoru PNP je mezi dvěma materiály typu P vložen materiál typu N, zatímco v případě materiálu NPN tranzistoru typu P vloženého mezi dva materiály typu N. Tyto dva tranzistory lze konfigurovat do různých typů, jako je běžný emitor, společný kolektor a společné základní konfigurace.,
ZPĚT NA začátek
Provozní Režimy Tranzistorů
Závisí na ovlivnění podmínek jako vpřed nebo vzad, tranzistory mají tři hlavní režimy provozu a to cutoff, aktivní a saturační oblastí.
aktivní režim
v tomto režimu se tranzistor obecně používá jako proudový zesilovač. V aktivním režimu jsou dvě křižovatky různě zkreslené, což znamená, že křižovatka emitoru-základna je předpojatá, zatímco křižovatka kolektoru-základny je obráceně zkreslená., V tomto režimu teče proud mezi emitorem a kolektorem a množství proudu je úměrná proudu báze.
Cutoff Režim
V tomto režimu, a to jak collector base křižovatce a emitor báze křižovatky jsou reverzní neobjektivní. To zase neumožňuje proud proudit z kolektoru do emitoru, když je napětí základního emitoru nízké. V tomto režimu je zařízení zcela vypnuto, protože proud protékající zařízením je nulový.,
saturační režim
v tomto režimu provozu jsou obě základny emitoru a základní spoje kolektoru předpojaté. Proud volně proudí z kolektoru do emitoru, když je napětí základního emitoru vysoké. V tomto režimu je zařízení plně zapnuto.
níže uvedený obrázek ukazuje výstupní charakteristiky tranzistoru BJT. V níže uvedeném obrázku má mezní oblast provozní podmínky jako výstupní proud nulového kolektoru, nulový základní vstupní proud a maximální napětí kolektoru., Tyto parametry způsobují velkou vrstvu vyčerpání, která dále neumožňuje proud protékat tranzistorem. Tranzistor je proto zcela mimo stav.
Podobně, v saturační oblasti, tranzistor je zkreslený takovým způsobem, že maximální proud báze se nanáší že výsledky maximální kolektorový proud a minimální kolektor-emitor napětí. To způsobí, že se vrstva vyčerpání stane malou a umožní maximální proudový tok tranzistorem. Tranzistor je proto plně v kondici.,
a Proto, z výše uvedené diskuse, můžeme říci, že tranzistory mohou být provedeny do práce jako ON/OFF polovodičového spínače podle provozních tranzistor v cutoff a sytost regionů. Tento typ spínací aplikace se používá pro ovládání motorů,zatížení lamp, solenoidů atd.
zpět nahoru
tranzistor jako spínač
tranzistor se používá pro spínací provoz pro otevření nebo uzavření obvodu. Tento typ polovodičového spínání nabízí značnou spolehlivost a nižší náklady ve srovnání s konvenčními relé.,
jako přepínače lze použít tranzistory NPN i PNP. Některé aplikace používají jako spínací zařízení výkonový tranzistor, v té době může být nutné použít jiný tranzistor úrovně signálu k pohonu vysokovýkonného tranzistoru.
NPN tranzistor jako spínač
Na základě napětí aplikovaného na základní svorce tranzistorové spínací operace se provádí. Při dostatečné napětí (Vin > 0,7 V) je aplikován mezi bází a emitorem, kolektorem a emitorem, je přibližně rovna 0. Tranzistor proto působí jako zkrat., Kolektorový proud VCC / Rc protéká tranzistorem.
podobně, když na vstupu není aplikováno žádné napětí nebo nulové napětí, tranzistor pracuje v mezní oblasti a působí jako otevřený obvod. U tohoto typu spínacího připojení je zatížení (zde LED lampa) připojeno k spínacímu výstupu pomocí referenčního bodu. Když je tedy tranzistor zapnutý, proud bude proudit ze zdroje na zem přes zatížení.,
ZPĚT NA začátek
Příklad pro NPN Tranzistor jako Spínač
Vezměme si následující příklad, kde základní odpor Rb = 50 kω, kolektorový odpor Rc = 0.7 kω, Vcc je 5V a beta hodnota je 125. Na základně vstupní signál pohybuje mezi 0 a 5V je dána, takže budeme vidět výstup na kolektoru změnou Vi na dva státy, které je 0 a 5V, jak je znázorněno na obrázku.
Ic = Ucc/Rc při VCE = 0
Ic = 5V/0.,7k ohm
Ic = mA 7.1
Základní Proud Ib = Ic / β
Ib = 7.1 mA/125
Ib = 56.8 µA
Z výše uvedených výpočtů, maximální nebo špičková hodnota kolektorového proudu v obvodu je 7.1 mA, když Vce, je rovna nule. A odpovídající základní proud, ke kterému proudí kolektorový proud, je 56,8 µA. Je tedy zřejmé, že když se základní proud zvýší za 56, 8 mikro ampér, tranzistor se dostane do režimu saturace.,
zvažte případ, kdy je na vstupu aplikován nulový volt. To způsobí, že základní proud nula a jako emitor je uzemněn, emitor základna křižovatka není dopředu zkreslený. Proto, tranzistor je ve VYPNUTÉM stavu a sběratel výstupní napětí je rovno 5V.
Když Vi = 0, Ib = 0, Ic =0,
Vc = Vcc – (IcRc)
= 5V – 0
= 5V
domníváme se, že vstupní napětí je 5 v, pak proud báze lze určit použitím kirchhoffův zákon napětí.,
Když Vi = 5V
Ib = (Vi – Vbe) / Rb
Pro křemíkový tranzistor Vbe = 0,7 V,
Tak, Ib = (5V – 0,7 V)/ 50K ohm
= 86 µA, která je větší než 56.8 µA
Proto základní proud je větší než 56.8 mikro ampér proudu, tranzistor bude odvezen do nasycení, který je plně V při 5V je přivedeno na vstup. Výstup na kolektoru se tak stává přibližně nulovým.,
zpět nahoru
pnp tranzistor jako přepínač
pnp tranzistor funguje stejně jako NPN pro spínací operaci, ale proud proudí ze základny. Tento typ přepínání se používá pro negativní pozemní konfigurace. Pro tranzistor PNP je základní terminál vždy negativně zaujatý vzhledem k emitoru. Při tomto spínání proudí základní proud, když je základní napětí zápornější. Jednoduše nízké napětí nebo více záporné napětí dělá tranzistor ke zkratu jinak to bude otevřené obvodové nebo vysoké impedance stavu.,
v tomto spojení je zatížení připojeno k tranzistorovému spínacímu výstupu s referenčním bodem. Když je tranzistor zapnutý, proud proudí ze zdroje tranzistorem k zatížení a nakonec k zemi.
Příklad PNP Tranzistor jako Spínač
Podobný NPN tranzistor obvodu spínače, PNP obvod vstup je také základní, ale vysílač je připojen ke konstantní napětí a kolektor je připojen k zemi přes zatížení, jak je znázorněno na obrázku.,
V této konfiguraci základny je vždy ovlivněn negativně s ohledem na vysílač připojením základny na negativní straně a vysílač na pozitivní straně vstupního napájení. Napětí VBE je tedy záporné a napájecí napětí emitoru vzhledem ke kolektoru je kladné ( VCE pozitivní).
proto musí být vedení tranzistorového emitoru pozitivnější vzhledem k kolektoru i základně. Jinými slovy, základna musí být více negativní, pokud jde o emitor.,
pro výpočet základních a kolektorových proudů se používají následující výrazy.
Ic = Ie-Ib
Ic = β . Ib
Ib = Ic / β
Vezměme si výše uvedený příklad, že zatížení vyžaduje 100 mili ampér proudu a tranzistor má beta hodnotu 100., Pak proud nutné pro nasycení tranzistoru je
Minimální základní proud = kolektorový proud / β
= 100 mA / 100,
= 1mA
Proto, když základní proud je 1 mA, tranzistor bude plně NA. Pro zaručenou saturaci tranzistoru je však zapotřebí prakticky 30 procent většího proudu. V tomto příkladu je tedy potřebný základní proud 1,3 mA.,
zpět nahoru
běžné praktické příklady tranzistoru jako spínače
tranzistor pro přepnutí LED
, jak bylo dříve diskutováno, že tranzistor lze použít jako spínač. Níže uvedené schéma ukazuje, jak se tranzistor používá k přepínání diody emitující světlo (LED).
- když je spínač na základní svorce otevřený, žádný proud protéká základnou, takže tranzistor je ve stavu přerušení. Proto obvod funguje jako otevřený obvod a LED se vypne.,
- když je spínač uzavřen, základní proud začne protékat tranzistorem a poté přejde do výsledků nasycení, aby se rozsvítila LED.odpory
- jsou umístěny tak, aby omezovaly proudy základnou a LED. Je také možné měnit intenzitu LED změnou odporu v dráze základního proudu.
ZPĚT NA začátek
Tranzistor pro ovládání Relé
je také možné pro ovládání relé ovládání pomocí tranzistoru., S malým uspořádáním obvodu tranzistoru schopného napájet cívku relé tak, aby bylo řízeno vnější zatížení, které je k němu připojeno.
- zvažte níže uvedený obvod, abyste znali provoz tranzistoru pro napájení cívky relé. Vstup aplikovaný na základně způsobuje, že tranzistor vede do saturační oblasti, což dále vede ke zkratu obvodu. Takže relé cívka dostane pod napětím a relé kontakty dostat provozován.,
- při induktivním zatížení, zejména při přepínání motorů a induktorů, může náhlé odstranění energie udržet vysoký potenciál přes cívku. Toto vysoké napětí může způsobit značné poškození zbytku obvodu. Proto musíme diodu používat paralelně s induktivním zatížením, abychom chránili obvod před indukovaným napětím induktivního zatížení.,
ZPĚT NA začátek
Tranzistor Řídit Motorová
- tranzistor lze také použít řídit a regulovat rychlost DC motoru v jednosměrné cestě přepnutím tranzistoru v pravidelných časových intervalech, jak je znázorněno na obrázku dole.
- jak je uvedeno výše, stejnosměrný motor je také indukční zátěží, takže musíme přes něj umístit volnoběžnou diodu, abychom chránili obvod.
- přepnutím tranzistoru v mezních a saturačních oblastech můžeme motor opakovaně zapnout a vypnout.,
- je také možné regulovat rychlost motoru z klidového stavu na plnou rychlost přepnutím tranzistoru při proměnných frekvencích. Můžeme získat spínací frekvenci z řídicího zařízení nebo IC jako mikrokontrolér.
