În acest tutorial cu tranzistori, vom învăța despre funcționarea unui tranzistor ca comutator. Comutarea și amplificarea sunt cele două domenii de aplicații ale tranzistorilor și tranzistorului ca un comutator este baza pentru multe circuite digitale.
schiță
Introducere
ca unul dintre dispozitivele semiconductoare semnificative, tranzistorul și-a găsit utilizarea în aplicații electronice enorme, cum ar fi sisteme încorporate, circuite digitale și sisteme de control., În ambele domenii digitale și analogice tranzistori sunt utilizate pe scară largă pentru diferite aplicații de utilizare cum ar fi amplificare, operații logice, comutare și așa mai departe.acest articol se concentrează în principal și oferă o scurtă explicație a aplicării tranzistorului ca comutator.
Bipolar Junction Transistor sau pur și simplu BJT este un strat trei, trei terminale și două de joncțiune semiconductoare dispozitiv. Aproape în multe dintre aplicații, aceste tranzistoare sunt utilizate pentru două funcții de bază, cum ar fi comutarea și amplificarea., numele bipolar indică faptul că două tipuri de purtători de sarcină sunt implicați în funcționarea unui BJT. Acești doi purtători de sarcină sunt găuri și electroni unde găurile sunt purtători de sarcină pozitivă, iar electronii sunt purtători de sarcină negativă.
tranzistorul are trei regiuni, și anume baza, emițătorul și colectorul. Emițătorul este un terminal puternic dopat și emite electroni în bază. Terminalul de bază este ușor dopat și transmite electronii injectați de emițător către colector., Terminalul colector este dopat intermediar și colectează electroni de la bază. Acest colector este mare în comparație cu alte două regiuni, astfel încât să disipeze mai multă căldură.BJT-urile sunt de două tipuri NPN și PNP, ambele funcționând sunt aceleași, dar diferă în ceea ce privește polarizarea și polaritatea sursei de alimentare. În PNP tranzistor, între două materiale de tip P Material de tip N este sandwich în timp ce în cazul NPN material de tip tranzistor P sandwich între două materiale de tip N. Aceste două tranzistoare pot fi configurate în diferite tipuri, cum ar fi emițător comun, colector comun și configurații comune de bază.,
SUS
Moduri de Operare de Tranzistori
Depinde de polarizarea condiții ca înainte sau înapoi, tranzistori au trei mari moduri de funcționare și anume cutoff, activă și saturație regiuni.
mod activ
în acest mod tranzistorul este utilizat în general ca amplificator de curent. În modul activ, două joncțiuni sunt părtinitoare în mod diferit, ceea ce înseamnă că joncțiunea emițător-bază este părtinitoare înainte, în timp ce joncțiunea colector-bază este părtinitoare inversă., În acest mod curent curge între emițător și colector și cantitatea de flux de curent este proporțională cu curentul de bază.
Modul de Întrerupere a alimentării
În acest mod, atât colector joncțiunea bază și emitor bază de joncțiune sunt polarizată invers. Aceasta, la rândul său, nu permite curentului să curgă de la colector la emițător atunci când tensiunea emițătorului de bază este scăzută. În acest mod, dispozitivul este complet oprit, deoarece curentul care curge prin dispozitiv este zero.,
Saturație Modul
În acest mod de operare, atât emitor-bază și colector-bază intersecții sunt polarizare directă. Curentul curge liber de la colector la emițător atunci când tensiunea emițătorului de bază este ridicată. În acest mod, dispozitivul este complet pornit.
figura de mai jos prezintă caracteristicile de ieșire ale unui tranzistor BJT. În figura de mai jos Regiunea cutoff are condițiile de funcționare ca zero colector curent de ieșire, zero bază curent de intrare și tensiune maximă colector., Acești parametri cauzează un strat mare de epuizare, care în continuare nu permite curentului să curgă prin tranzistor. Prin urmare, tranzistorul este complet în stare oprită.în mod similar, în regiunea de saturație, un tranzistor este părtinitor în așa fel încât se aplică curentul maxim de bază care rezultă curentul maxim al colectorului și tensiunea minimă a colectorului-emițător. Acest lucru face ca stratul de epuizare să devină mic și să permită curgerea maximă a curentului prin tranzistor. Prin urmare, tranzistorul este complet în stare.,prin urmare ,din discuția de mai sus, putem spune că tranzistoarele pot fi făcute să funcționeze ca comutator de stare solidă pornit/oprit prin operarea tranzistorului în regiunile de cutoff și saturație. Acest tip de aplicație de comutare este utilizat pentru controlul motoarelor, încărcărilor lămpilor, solenoidelor etc.
BACK TO TOP
tranzistor ca un comutator
un tranzistor este utilizat pentru comutarea operație pentru deschiderea sau închiderea unui circuit. Acest tip de comutare în stare solidă oferă fiabilitate semnificativă și costuri mai mici în comparație cu relee convenționale.,atât tranzistoarele NPN cât și PNP pot fi utilizate ca întrerupătoare. Unele dintre aplicații utilizează un tranzistor de putere ca dispozitiv de comutare, la acel moment poate fi necesar să se utilizeze un alt tranzistor de nivel de semnal pentru a conduce tranzistorul de mare putere.
tranzistorul NPN ca comutator
pe baza tensiunii aplicate la borna de bază a unei operații de comutare a tranzistorului este efectuată. Când se aplică o tensiune suficientă (Vin > 0,7 V) între bază și emițător, tensiunea colectorului la emițător este aproximativ egală cu 0. Prin urmare, tranzistorul acționează ca un scurtcircuit., Curentul colector Vcc / Rc curge prin tranzistor.în mod similar, atunci când nu se aplică tensiune sau tensiune zero la intrare, tranzistorul funcționează în regiunea cutoff și acționează ca un circuit deschis. În acest tip de conexiune de comutare, sarcina (aici lampa LED) este conectată la ieșirea de comutare cu un punct de referință. Astfel, atunci când tranzistorul este pornit, curentul va curge de la sursă la sol prin sarcină.,
SUS
Exemplu de NPN Tranzistor ca un Comutator
luați în Considerare exemplul de mai jos unde rezistență de bază Rb = 50 k ohm, colector de rezistență Rc = 0.7 k ohm, Vcc este de 5V și valoarea beta este de 125. La intrarea de bază este dat un semnal care variază între 0 și 5V, așa că vom vedea ieșirea la colector prin variația Vi la două stări care sunt 0 și 5V așa cum se arată în figura.
Ic = Vcc/Rc când VCE = 0
Ic = 5V/0.,7k ohm
Ic = 7.1 mA
Curent de Bază Ib = Ic / β
Ib = 7.1 mA/125
Ib = 56.8 µA
Din calculele de mai sus, maximă sau valoarea de vârf de curent de colector din circuitul este 7.1 mA cand Vce este egală cu zero. Iar curentul de bază corespunzător la care curge curentul colectorului este de 56,8 µA. Deci, este clar că atunci când curentul de bază este crescut dincolo de 56.8 micro ampere, tranzistorul intră în modul de saturație.,luați în considerare cazul când se aplică zero volt la intrare. Acest lucru determină zero curent de bază și ca emițătorul este împământat, joncțiunea de bază emițător nu este părtinitoare înainte. Prin urmare, tranzistorul este în starea OPRIT și colector, tensiunea de ieșire este egală cu 5V.
Când Vi = 0V, Ib = 0 Ic =0,
Vc = Vcc – (Cicr)
= 5V – 0
= 5V
gândiți-vă că tensiunea de intrare aplicată este de 5 volți, atunci curentul de bază poate fi determinată prin aplicarea lui Kirchhoff tensiune de lege.,
Când Vi = 5V
Ib = (Vi – Vbe) / Rb
Pentru silicon tranzistor Vbe = 0,7 V
Astfel, Ib = (5V – 0.7 V)/ 50K ohm
= 86 µA care este mai mare decât 56.8 µA
prin Urmare, curentul de bază este mai mare decât 56.8 micro amperi curent, tranzistorul va fi condus de saturație, care este pe deplin PE când 5V este aplicat la intrare. Astfel, ieșirea la colector devine aproximativ zero.,
SUS
PNP Tranzistor ca un Comutator
PNP tranzistorul funcționează la fel ca NPN pentru o operație de comutare, dar curentul curge de la bază. Acest tip de comutare este utilizat pentru configurații negative la sol. Pentru tranzistorul PNP, terminalul de bază este întotdeauna părtinitor negativ în raport cu emițătorul. În această comutare, curentul de bază curge atunci când tensiunea de bază este mai negativă. Pur și simplu o tensiune joasă sau o tensiune mai negativă face ca tranzistorul să scurtcircuiteze, altfel va fi deschis circuitat sau cu impedanță ridicată.,în acest sens, sarcina este conectată la ieșirea de comutare a tranzistorului cu un punct de referință. Când tranzistorul este pornit, curentul curge de la sursă prin tranzistor la sarcină și, în final, la sol.
Exemplu de PNP Tranzistor ca un Comutator
Similar cu NPN tranzistor de comutare a circuitului, PNP circuitul de intrare este, de asemenea, de bază, dar emițătorul este conectat la tensiune constantă și colectorul este conectat la masă prin sarcină ca în figura.,
în această bază de configurare este întotdeauna părtinitoare negativ în ceea ce privește emițătorul prin conectarea bazei la partea negativă și emițătorul la partea pozitivă a sursei de intrare. Deci, tensiunea VBE este negativă, iar tensiunea de alimentare a emițătorului în raport cu colectorul este pozitivă ( vce pozitiv). prin urmare, pentru conducerea emițătorului tranzistorului trebuie să fie mai pozitiv atât în ceea ce privește colectorul, cât și baza. Cu alte cuvinte, baza trebuie să fie mai negativă în ceea ce privește emițătorul., pentru calcularea curenților de bază și colectori se utilizează următoarele expresii.
Ic = Ie – Ib
Ic = β. Ib
Ib = Ic / β
luați în considerare exemplul de mai sus, că sarcina necesită 100 milli amperi curent și tranzistorul are valoarea beta de 100., Atunci curentul necesar pentru saturație a tranzistorului este
bază Minim curent = curent de colector / β
= 100 mA / 100
= 1mA
prin Urmare, atunci când curentul de bază este de 1 mA, tranzistorul va fi PE deplin. Dar, practic, 30% din mai mult curent este necesar pentru saturația garantată a tranzistorului. Deci, în acest exemplu, curentul de bază necesar este de 1,3 mA.,
SUS
Comune Exemple Practice de Tranzistor ca un Comutator
Tranzistor pentru a Comuta LED-uri
Cum sa discutat mai devreme că tranzistorul poate fi folosit ca un comutator. Schema de mai jos arată modul în care un tranzistor este utilizat pentru a comuta dioda emițătoare de lumină (LED).
- când comutatorul de la borna de bază este deschis, nu curge curent prin bază, astfel încât tranzistorul este în starea de întrerupere. Prin urmare, circuitul acționează ca un circuit deschis și LED-ul se stinge.,
- când comutatorul este închis, curentul de bază începe să curgă prin tranzistor și apoi conduce la rezultate de saturație pentru ca LED-ul să se aprindă.
- rezistențele sunt plasate pentru a limita curenții prin bază și LED. De asemenea, este posibil să variați intensitatea LED-ului prin variația rezistenței în calea curentului de bază.
SUS
Tranzistor să Funcționeze Releul
este de asemenea posibil pentru a controla funcționarea releului cu ajutorul unui tranzistor., Cu un aranjament de circuit mic al unui tranzistor capabil să alimenteze bobina releului, astfel încât sarcina externă conectată la acesta să fie controlată.luați în considerare circuitul de mai jos pentru a cunoaște funcționarea unui tranzistor pentru a alimenta bobina releului. Intrarea aplicată la bază determină conducerea tranzistorului în regiunea de saturație, ceea ce duce în continuare la scurtcircuit. Deci bobina releului devine energizată și contactele releului sunt operate.,
SUS
Tranzistor de a Conduce vehicule cu Motor
- Un tranzistor poate, de asemenea, folosit pentru a conduce vehicule și de a regla viteza motorului de curent continuu într-un mod unidirecțional prin comutarea tranzistorului în intervale regulate de timp așa cum se arată în figura de mai jos.
- după cum sa menționat mai sus, motorul DC este, de asemenea, o sarcină inductivă, așa că trebuie să plasăm o diodă liberă peste ea pentru a proteja circuitul.
- prin comutarea tranzistorului în regiunile de cutoff și saturație, putem porni și opri motorul în mod repetat.,
- de asemenea, este posibilă reglarea vitezei motorului de la oprire la viteză maximă prin comutarea tranzistorului la frecvențe variabile. Putem obține frecvența de comutare de la dispozitivul de control sau IC ca microcontroler.
