i denna Transistor handledning kommer vi att lära oss om hur en Transistor fungerar som en Switch. Växling och förstärkning är de två användningsområdena för transistorer och Transistor som omkopplare är grunden för många digitala kretsar.
disposition
Inledning
som en av de betydande halvledaranordningarna har transistorn funnit användning i enorma elektroniska applikationer som inbyggda system, digitala kretsar och styrsystem., I både digitala och analoga domäner används transistorer i stor utsträckning för olika applikationsanvändning som förstärkning, logikoperationer, växling och så vidare.
denna artikel koncentrerar sig huvudsakligen och ger en kort förklaring av transistorprogrammet som en omkopplare.
den bipolära Förbindningstransistorn eller helt enkelt BJT är en tre skikt, tre terminal och två korsning halvledarenhet. Nästan i många av applikationerna används dessa transistorer för två grundläggande funktioner som växling och förstärkning.,
namnet bipolär indikerar att två typer av laddningsbärare är inblandade i arbetet med en BJT. Dessa två laddningsbärare är hål och elektroner där hål är positiva laddningsbärare och elektroner är negativa laddningsbärare.
transistorn har tre regioner, nämligen bas, emitter och samlare. Emittern är en kraftigt dopad terminal och avger elektroner i basen. Basterminalen är lätt dopad och passerar emitterinsprutade elektroner till kollektorn., Samlarterminalen är intermediärt dopad och samlar elektroner från basen. Denna samlare är stor jämfört med andra två regioner så det släpper ut mer värme.
BJTs är av två typer NPN och PNP, båda fungerar är samma men skiljer sig i form av förspänning och strömförsörjning polaritet. I PNP transistor, mellan två P – typ material N – typ material är inklämt medan i fallet med NPN transistor p – typ material inklämt mellan två N-typ material. Dessa två transistorer kan konfigureras till olika typer som vanlig emitter, gemensam samlare och vanliga baskonfigurationer.,
tillbaka till toppen
driftsätt för transistorer
beror på de förspänningsförhållanden som framåt eller bakåt, transistorer har tre huvudsakliga driftsätt nämligen cutoff, aktiva och mättnad regioner.
aktivt läge
i detta läge används transistor vanligtvis som en strömförstärkare. I aktivt läge, två korsningar är olika partisk som innebär emitter-bas korsningen är framåt partisk medan samlare-bas korsningen är omvänd partisk., I detta läge strömmar strömmen mellan emitter och samlare och mängden strömflöde är proportionell mot basströmmen.
Cutoff-läge
i det här läget är både collector base junction och emitter base junction omvänd partisk. Detta i sin tur inte tillåter strömmen att strömma från samlare till emitter när bas-emitter spänningen är låg. I det här läget är enheten helt avstängd eftersom strömmen som strömmar genom enheten är noll.,
Mättnadsläge
i detta driftsätt är både emitterbasen och samlarbasens korsningar framåt partiska. Strömmen strömmar fritt från samlare till emitter när bas-emitterspänningen är hög. I detta läge enheten är helt påslagen.
nedanstående figur visar utmatningsegenskaperna hos en BJT-Transistor. I nedanstående figur cutoff regionen har driftsförhållanden som noll samlare Utgångsström, noll bas Inström och maximal samlare spänning., Dessa parametrar orsakar ett stort utarmningsskikt som inte tillåter ström att strömma genom transistorn. Därför är transistorn helt i avstängt tillstånd.
På samma sätt, i mättnadsområdet, är en transistor partisk på ett sådant sätt att maximal basström tillämpas som resulterar maximal samlarström och minsta samlarstrålningsspänning. Detta gör att utarmningsskiktet blir litet och tillåter maximalt strömflöde genom transistorn. Därför är transistorn helt i skick.,
därför kan vi från ovanstående diskussion säga att transistorer kan göras för att fungera som på / av solid state switch genom att driva transistor i cutoff och mättnadsregioner. Denna typ av kopplingsapplikation används för styrning av motorer, lampbelastningar, Solenoider etc.
tillbaka till toppen
Transistor som omkopplare
en transistor används för omkopplingsoperation för öppning eller stängning av en krets. Denna typ solid state switching erbjuder betydande tillförlitlighet och lägre kostnad jämfört med konventionella reläer.,
både NPN och PNP transistorer kan användas som växlar. Några av applikationerna använder en strömtransistor som omkopplingsanordning, vid den tiden kan det vara nödvändigt att använda en annan signalnivåtransistor för att driva högeffektstransistorn.
NPN Transistor som en Switch
baserat på den spänning som appliceras vid basterminalen för en transistoromkopplingsoperation utförs. När en tillräcklig spänning (Vin > 0,7 V) appliceras mellan basen och emittern, är kollektorn till emitterspänning ungefär lika med 0. Därför fungerar transistorn som en kortslutning., Samlarströmmen VCC / Rc strömmar genom transistorn.
på samma sätt, när ingen spänning eller nollspänning appliceras vid ingången, fungerar transistorn i avstängningsområdet och fungerar som en öppen krets. I denna typ av kopplingsanslutning är last (här LED-lampa) ansluten till kopplingsutgången med en referenspunkt. Således, när transistorn är påslagen, strömmar strömmen från källa till jord genom lasten.,
tillbaka till toppen
exempel på NPN Transistor som en Switch
överväga nedanstående exempel där basmotstånd Rb = 50 K ohm, collector resistance Rc = 0,7 k ohm, VCC är 5V och betavärdet är 125. Vid basingången ges en signal som varierar mellan 0 och 5V så vi kommer att se utgången vid samlaren genom att variera Vi vid två tillstånd som är 0 och 5V som visas i figur.
Ic = VCC/Rc när VCE = 0
Ic = 5V/0.,7k ohm
Ic = 7,1 ma
basström ib = Ic / β
Ib = 7,1 mA/125
ib = 56,8 µA
från ovanstående beräkningar, den maximala eller den maximala toppvärdet för samlarströmmen i kretsen är 7,1 ma när VCE är lika med noll. Och den motsvarande basströmmen till vilken samlarströmmen strömmar är 56,8 µA. Så det är uppenbart att när basströmmen ökas bortom 56.8-mikroamperen kommer transistorn in i mättnadsläget.,
Tänk på fallet när noll volt appliceras vid ingången. Detta orsakar basströmmen noll och som emittern är jordad, emitter bas korsning är inte framåt partisk. Därför är transistorn i avstängt skick och kollektorns Utgångsspänning är lika med 5V.
när Vi = 0V, Ib = 0 och Ic =0,
Vc = VCC – (IcRc)
= 5V – 0
= 5V
anse att ingångsspänningen är 5 volt, då kan basströmmen bestämmas genom att Kirchhoffs spänningslag tillämpas.,
när Vi = 5V
ib = (Vi – Vbe)/Rb
för kiseltransistor VBE = 0,7 v
således, Ib = (5V – 0,7 V)/50K ohm
= 86 µa som är större än 56,8 µa
därför är basströmmen större än 56,8 mikro Ampereström, transistorn kommer att drivas till mättnad som är helt på när 5V appliceras vid ingången. Således blir utgången vid kollektorn ungefär noll.,
tillbaka till toppen
PNP Transistor som en Switch
PNP transistor fungerar samma som NPN för en omkopplingsoperation, men strömmen strömmar från basen. Denna typ av växling används för negativa markkonfigurationer. För PNP-transistorn är basterminalen alltid negativt partisk med avseende på emittern. Vid denna växling strömmar basströmmen när basspänningen är mer negativ. Helt enkelt en låg spänning eller mer negativ spänning gör transistor till kortslutning annars kommer det att vara öppen kretsad eller hög impedans tillstånd.,
i detta sammanhang är lasten ansluten till transistorns Kopplingsutgång med en referenspunkt. När transistorn är påslagen strömmar strömmen från källan genom transistor till lasten och slutligen till marken.
exempel på PNP Transistor som en Switch
liknande NPN transistor switch krets, PNP kretsingång är också bas, men emittern är ansluten till konstant spänning och samlaren är ansluten till marken genom lasten som visas i figur.,
i den här konfigurationsbasen är alltid partisk negativt med avseende på emittern genom att ansluta basen på negativ sida och emittern på den positiva sidan av ingångsförsörjningen. Så spänningen VBE är negativ och emitterns matningsspänning med avseende på kollektorn är positiv ( VCE positiv).
för ledning av transistor emitter måste därför vara mer positiv med avseende på både samlare och bas. Med andra ord måste basen vara mer negativ med avseende på emittern.,
för beräkning av bas-och samlarströmmar används följande uttryck.
Ic = Ie – ib
Ic = β. Ib
ib = Ic / β
Tänk på ovanstående exempel, att belastningen kräver 100 milli ampere ström och transistorn har betavärdet 100., Då är den ström som krävs för mättnaden av transistorn
minsta basström = samlarström / β
= 100 mA / 100
= 1mA
därför, när basströmmen är 1 mA, kommer transistorn att vara helt på. Men nästan 30 procent av mer ström krävs för garanterad mättnad av transistor. Så, i detta exempel är basströmmen som krävs 1,3 mA.,
tillbaka till toppen
vanliga praktiska exempel på Transistor som en Switch
Transistor för att byta LED
som diskuterats tidigare att transistorn kan användas som en switch. Schematiken nedan visar hur en transistor används för att byta lysdiod (LED).
- när omkopplaren vid basterminalen är öppen strömmar ingen ström genom basen så transistorn är i avstängningstillstånd. Därför fungerar kretsen som öppen krets och lysdioden blir avstängd.,
- när omkopplaren är stängd börjar basströmmen strömma genom transistorn och kör sedan till mättnadsresultat för att LED blir på.
- motstånd placeras för att begränsa strömmarna genom basen och LED. Det är också möjligt att variera intensiteten av LED genom att variera motståndet i basströmsbanan.
tillbaka till toppen
Transistor för att styra reläet
det är också möjligt att styra reläoperationen med en transistor., Med ett litet kretsarrangemang av en transistor som kan aktivera reläets spole så att den externa belastningen som är ansluten till den styrs.
- Tänk på att nedanstående krets känner till driften av en transistor för att aktivera reläspolen. Den ingång som appliceras vid basen orsakar att driva transistorn i mättnadsområdet, vilket ytterligare resulterar i att kretsen blir kortslutning. Så reläspolen blir strömförande och reläkontakterna drivs.,
- vid induktiva belastningar, särskilt byte av motorer och induktorer, kan plötsligt borttagande av effekt hålla en hög potential över spolen. Denna höga spänning kan orsaka betydande skador på resten kretsen. Därför måste vi använda dioden parallellt med induktiv belastning för att skydda kretsen från inducerade spänningar i den induktiva belastningen.,
tillbaka till toppen
Transistor för att driva motorn
- en transistor kan också användas för att köra och reglera hastigheten på DC-motorn på ett enkelriktat sätt genom att byta transistorn i regelbundna tidsintervall som visas i nedanstående figur.
- som nämnts ovan är likströmsmotorn också en induktiv belastning så vi måste placera en frihjulsdiod över den för att skydda kretsen.
- genom att byta transistorn i cutoff och mättnadsområden kan vi slå på och stänga av motorn upprepade gånger.,
- Det är också möjligt att reglera motorns hastighet från stillastående till full hastighet genom att byta transistorn vid variabla frekvenser. Vi kan få växelfrekvensen från styrenheten eller IC som mikrokontroller.
