Transistorin käyttäminen kytkimenä

Sähkö- ja elektroniikka-alueen päälaite on ohjattu venttiili, jonka avulla heikko signaali voi säätää enemmän virtausta kuin suutin, joka säätelee vesivirtausta pumpuista, putkista ja muista. Yhdellä jaksolla tämä säädelty venttiili, joka toteutettiin sähköalueella, olivat tyhjiöputket. Tyhjiöputkien toteutus ja käyttö olivat hyviä, mutta komplikaatio tähän oli suuri ja valtavan sähkön kulutus, joka toimitettiin lämpönä, mikä lyhensi putken käyttöikää. Transistori oli laite, joka vastasi tähän ongelmaan hyvän ratkaisun, joka sopii koko sähkö- ja elektroniikkateollisuuden vaatimuksiin. Tämän laitteen keksi ”William Shockley” vuonna 1947. Jos haluat keskustella lisää, sukelkaamme yksityiskohtaiseen aiheeseen tietää, mikä on transistori , toteuttaminen transistori kytkimenä ja monia ominaisuuksia.

Mikä on transistori?

Transistori on kolminapainen puolijohdelaite joita voidaan käyttää sovellusten vaihtamiseen, heikkojen signaalien vahvistamiseen, ja tuhansia ja miljoonia transistoreita on kytketty toisiinsa ja upotettu pieneen integroituun piiriin / siruun, joka tekee tietokoneen muistista. Transistorikytkin, jota käytetään piirin avaamiseen tai sulkemiseen, tarkoittaa, että transistoria käytetään yleisesti elektronisten laitteiden kytkimenä vain matalajännitesovelluksissa matalien jännitteidensä vuoksi teho kulutus. Transistori toimii kytkimenä, kun se on katkaisu- ja kyllästysalueilla.

BJT-transistoreiden tyypit

Pohjimmiltaan transistori koostuu kahdesta PN-liitoksesta, nämä liitokset muodostetaan yhdistämällä joko N- tai P-tyypin puolijohde vastakkaista puolijohdemateriaalia olevan parin välillä.

Kaksisuuntainen risteys transistorit on luokiteltu tyyppeihin

• NPN
• PNP

Transistorissa on kolme liitintä, nimittäin Base, Emitter ja Keräilijä. Emitteri on voimakkaasti seostettu pääte, ja se lähettää elektronit emäksen alueelle. Perusliitin on kevyesti seostettu ja kuljettaa säteilijän ruiskuttamat elektronit kerääjään. Keräinliitin on väliaikaisesti seostettu ja kerää elektroneja alustasta.

NPN-tyyppinen transistori on kahden N-tyyppisen seostetun puolijohdemateriaalin koostumus P-tyyppisen seostetun puolijohdekerroksen välillä, kuten yllä on esitetty. Samoin PNP-tyyppiset transistorit ovat kahden P-tyyppisen seostetun puolijohdemateriaalin koostumus N-tyypin seostetun puolijohdekerroksen välillä, kuten yllä on esitetty. Sekä NPN- että PNP-transistorin toiminta on sama, mutta eroaa niiden esijännityksestä ja virtalähteen napaisuudesta.

Transistori kytkimenä

Jos piiri käyttää BJT-transistori switc: nä h, sitten transistorin esijännitys, joko NPN tai PNP, on järjestetty toimimaan transistorilla alla esitettyjen I-V-ominaiskäyrien molemmilla puolilla. Transistoria voidaan käyttää kolmessa tilassa, aktiivisella alueella, kyllästysalueella ja raja-alueella. Aktiivisella alueella transistori toimii vahvistimena. Transistorikytkimenä se toimii kahdella alueella ja niillä Kylläisyyden alue (täysin päällä) ja Raja-alue (täysin POIS). transistori kytkinpiirikaaviona On

Transistori kytkimenä

Sekä NPN- että PNP-tyyppisiä transistoreita voidaan käyttää kytkiminä. Harvat sovellukset käyttävät tehotransistoria kytkentätyökaluna. Tämän tilan aikana ei välttämättä tarvitse vaatia toisen signaalitransistorin käyttämistä tämän transistorin käyttämiseksi.

Transistoreiden toimintatilat

Yllä olevista ominaisuuksista voidaan havaita, että käyrien alaosassa vaaleanpunainen varjostettu alue edustaa raja-aluetta ja sininen alue vasemmalla edustaa transistorin kyllästysaluetta. nämä transistorialueet määritellään seuraavasti

Raja-alue

Transistorin toimintaolosuhteet ovat nolla sisääntulovirta (IB = 0), nollalähdön kollektorivirta (Ic = 0) ja suurin kollektorijännite (VCE), mikä johtaa suureen tyhjenemiskerrokseen eikä virtaa virtaa laitteen läpi.

Siksi transistori kytketään “täysin pois” -tilaan. Joten voimme määritellä raja-alueen käytettäessä bipolaarista transistoria kytkimenä häiritseväksi NPN-transistoreiden liittymiä, jotka ovat käänteisesti esijännitettyjä, VB<0.7v and Ic=0. Similarly, for PNP transistors, the emitter potential must be –ve with respect to the base of the transistor.

Katkaisutila

Sitten voimme määritellä 'raja-alueen' tai 'POIS-tilan', kun bipolaarista transistoria käytetään kytkimenä, molempien liitosten taaksepäin esijännitettynä, IC = 0 ja VB<0.7v. For a PNP transistor, the Emitter potential must be -ve with respect to the base terminal.

Raja-alueen ominaisuudet

Katkaisualueen ominaisuudet ovat:

• Sekä tukiasemat että tuloliittimet on maadoitettu, mikä tarkoittaa '0'v
• Jännitteen taso emitteri-risteyksessä on alle 0,7 V
• Pohja-emitteriliitäntä on päinvastaisessa esijännitetilassa
• Tässä transistori toimii OPEN-kytkimenä
• Kun transistori on täysin POIS, se siirtyy raja-alueelle
• Pohja-kollektori-liitos on päinvastaisessa tilassa
• Keräinliittimessä ei tule virtaa, mikä tarkoittaa Ic = 0
• Jännitteen arvo emitterin-keräimen risteyksessä ja lähtöliittimissä on ”1”

Kylläisyyden alue

Tällä alueella transistori esijännitetään siten, että käytetään enimmäismäärää perusvirtaa (IB), mikä johtaa kollektorin maksimivirtaan (IC = VCC / RL) ja johtaa sitten kollektorin-emitterin minimijännitteeseen (VCE ~ 0) pudota. Tässä tilassa tyhjennyskerroksesta tulee niin pieni kuin mahdollista ja maksimivirta, joka virtaa transistorin läpi. Siksi transistori kytketään “täysin päälle”.

Värikylläisyys-tila

'Saturaatioalueen' tai 'PÄÄLLÄ-moodin' määritelmä käytettäessä kaksisuuntaista NPN-transistoria kytkimenä, molemmat liitokset ovat eteenpäin esijännitettyjä, IC = suurin ja VB> 0,7v. PNP-transistorissa emitteripotentiaalin on oltava + ve tukiasemaan nähden. Tämä on transistorin toiminta kytkimenä .

Kylläisyyden alueen ominaisuudet

kyllästysominaisuudet ovat:

• Sekä tukiasemat että tuloliittimet on kytketty Vcc = 5v
• Jännitetaso emitteri-risteyksessä on yli 0,7 V
• Pohja-emitteriliitäntä on eteenpäin esijännitetyssä tilassa
• Tässä transistori toimii KIINNI-kytkimenä
• Kun transistori on kokonaan POIS, se siirtyy kyllästysalueelle
• Pohja-kerääjä-liitos on eteenpäin esijännitetyssä kunnossa
• Virtavirta kollektoriliittimessä on Ic = (Vcc / RL)
• Jännitteen arvo emitterin-keräimen risteyksessä ja lähtöliittimissä on ”0”
• Kun jännite kollektorin ja emitterin risteyksessä on ”0”, tämä tarkoittaa ihanteellista kyllästystilaa

Lisäksi transistorin toiminta kytkimenä voidaan selittää yksityiskohtaisesti seuraavasti:

Transistori kytkimenä - NPN

Transistorin pohjareunassa käytetyn jännitteen arvosta riippuen kytkentätoiminto tapahtuu. Kun emitterin ja pohjan reunojen välillä on hyvä määrä jännitettä, joka on ~ 0,7 V, niin jännitteen virtaus kollektorista emitterin reunaan on nolla. Joten tässä tilassa oleva transistori toimii kytkimenä ja kollektorin läpi virtaavaa virtaa pidetään transistorin virtana.

Samalla tavalla, kun syöttöliittimessä ei ole jännitettä, transistori toimii raja-alueella ja toimii avoimena piirinä. Tässä kytkentämenetelmässä kytketty kuorma on kosketuksessa kytkentäpisteen kanssa, jossa se toimii vertailupisteenä. Joten, kun transistori siirtyy 'ON' -tilaan, virtavirta lähteen liittimestä maahan kuorman kautta.

NPN-transistori kytkimenä

Tarkastellaan esimerkkiä, jotta tämä kytkentämenetelmä olisi selvä.

Oletetaan, että transistorin perusresistanssiarvo on 50 kOhm, vastus kollektorin reunalla on 0,7 kOhm ja käytetty jännite on 5 V ja pitää beeta-arvona 150. Perusreunalla syötetään signaali, joka vaihtelee välillä 0-5 V . Tämä vastaa sitä, että kollektorilähtö havaitaan muuttamalla tulojännitteen arvoja, jotka ovat 0 ja 5 V. Harkitse seuraavaa kaaviota.

Kun V_TÄMÄ= 0, sitten minä_C= V_DC/ R_C

IC = 5 / 0,7

Joten virta kollektorin terminaalissa on 7,1 mA

Koska beeta-arvo on 150, niin Ib = Ic / β

Ib = 7,1 / 150 = 47,3 uA

Joten perusvirta on 47,3 µA

Yllä olevilla arvoilla virran suurin arvo kollektoriliittimessä on 7,1 mA kunnossa kollektorista emitterijännitteeseen nolla ja perusvirran arvo 47,3 uA. Siten todistettiin, että kun virran arvoa perusreunassa nostetaan yli 47,3 uA: n, NPN-transistori siirtyy kyllästysalueelle.

Oletetaan, että transistorin tulojännite on 0 V. Tämä tarkoittaa, että perusvirta on ”0” ja kun emitteriliitäntä on maadoitettu, emitteri- ja tukiliitäntä eivät ole eteenpäin suuntautuvassa bias-tilassa. Joten, transistori on OFF-tilassa ja jännitteen arvo kollektorin reunalla on 5 V.

Vc = Vcc - (IcRc)

= 5-0

Vc = 5 V

Oletetaan, että transistorin tulojännite on 5 V. Tällöin perusreunan nykyinen arvo voidaan tietää käyttämällä Kirchhoffin jänniteperiaate .

Ib = (Vi - Vbe) / Rb

Kun tarkastellaan piitransistoria, sen Vbe = 0,7 V

Joten, Ib = (5-0,7) / 50

Ib = 56,8 uA

Siten todistettiin, että kun virran arvoa perusreunassa korotetaan yli 56,8 uA: n, NPN-transistori siirtyy kyllästysalueelle 5 V: n tulo-olosuhteissa.

Transistori kytkimenä - PNP

Sekä PNP- että NPN-transistoreiden kytkentätoiminnot ovat samanlaisia, mutta vaihtelu on, että PNP-transistorissa virran virtaus tapahtuu tukiasemasta. Tätä kytkentäkokoonpanoa käytetään negatiivisiin maaliitäntöihin. Tällöin perusreunalla on negatiivinen biasyhteys lähettäjäreunaa vastaavasti. Kun tukiaseman jännite on enemmän -ve, tällöin tapahtuu perusvirran virtaus. On selvää, että kun on olemassa hyvin vähän tai -ve-jänniteventtiilejä, tämä tekee transistorista oikosulun, ellei sitä ole auki tai muuten korkea impedanssi .

Tämän tyyppisessä liitännässä kuorma on kytkentälähdön yhteydessä vertailupisteen kanssa. Kun PNP-transistori on ON-tilassa, virtaa virtaa lähteestä kuormaan ja sitten maahan transistorin kautta.

PNP-transistori kytkimenä

Kuten NPN-transistorin kytkentäoperaatio, PNP-transistoritulo on myös pohjareunassa, kun taas emitteriliitin on kiinteän jännitteen yhteydessä ja kollektoriliitin on kytketty maahan kuorman kautta. Alla oleva kuva selittää piirin.

Tällöin tukiasema on aina negatiivisessa esijännitetilassa vastaavasti emitterin reunaa ja emästä, johon se on kytketty negatiivisella puolella, ja emitteriä positiivisella puolella tulojännitettä. Tämä tarkoittaa, että jännite emäksestä emitteriin on negatiivinen ja jännite kollektorin emitterissä on positiivinen. Joten, transistorin johtavuus tulee olemaan, kun emitterijännitteellä on positiivisempi taso kuin kanta- ja kollektoriliittimillä. Tällöin pohjan jännitteen tulisi olla negatiivisempi kuin muilla liittimillä.

Kerääjän ja perusvirran arvon tuntemiseksi tarvitsemme alla olevat lausekkeet.

Ic = eli Ib

Ic = β. Yksi

Missä Ub = Ic / β

Tarkastellaan esimerkkiä, jotta tämä kytkentämenetelmä olisi selvä.

Oletetaan, että kuormituspiiri tarvitsee 120 mA ja transistorin beeta-arvo on 120. Sitten virran arvo, jota tarvitaan transistorin ollessa kyllästystilassa, on

Ib = Ic / β

= 120 mAmps / 100

Ib = 1 mAmp

Joten, kun perusvirta on 1 mAmp, transistori on täysin ON-tilassa. Käytännön tilanteissa noin 30-40 prosenttia suuremmasta virrasta tarvitaan transistorin oikeaan kyllästymiseen. Tämä tarkoittaa, että laitteen tarvitsema perusvirta on 1,3 mAmps.

Darlington-transistorin kytkentäkäyttö

Joissakin tapauksissa tasavirran nykyinen vahvistus BJT-laitteessa on hyvin vähäinen kuormitusjännitteen tai virran suoralle kytkennälle. Tämän vuoksi käytetään kytkentätransistoreita. Tässä tilassa pieni transistorilaite sisältyy kytkimen päälle ja pois päältä ja korotettu virran arvo lähtötransistorin säätämiseksi.

Signaalinvahvistuksen parantamiseksi kaksi transistoria kytketään 'komplementaarisen vahvistuksen yhdistämisen konfiguraation' tapaan. Tässä konfiguraatiossa vahvistuskerroin on kahden transistorin tuloksen tulos.

Darlington-transistori

Darlington-transistorit ovat yleensä mukana kahdessa bipolaarisessa PNP- ja NPN-tyyppisessä transistorissa, joissa ne on kytketty siten, että alkuperäisen transistorin vahvistusarvo kerrotaan toisen transistorilaitteen vahvistuksen arvolla.

Tämä tuottaa tuloksen, jossa laite toimii yhtenä transistorina, jolla on suurin virranvahvistus jopa pienimmällä perusvirta-arvolla. Darlington-kytkinlaitteen koko nykyinen vahvistus on sekä PNP- että NPN-transistoreiden nykyisten vahvistusarvojen tulo ja tämä esitetään seuraavasti:

β = β1 × β2

Edellä olevissa kohdissa Darlingtonin transistorit, joilla on maksimipitoisuus β ja kollektorivirta, liittyvät mahdollisesti yhden transistorin kytkentään.

Esimerkiksi kun tulotransistorin virranvahvistusarvo on 100 ja toisella vahvistuksen arvo on 50, virran kokonaisvahvistus on

β = 100 × 50 = 5000

Joten, kun kuormitusvirta on 200 mA, Darlingtonin transistorin nykyinen arvo tukiasemassa on 200 mA / 5000 = 40 uAmps, mikä on suuri vähennys verrattuna yhden laitteen edelliseen 1 mAmp: iin.

Darlingtonin kokoonpanot

Darlingtonin transistorissa on pääasiassa kahta kokoonpanotyyppiä ja ne ovat

Darlington-transistorin kytkinkokoonpano osoittaa, että kahden laitteen kollektoriliittimet on kytketty alkuperäisen transistorin emitteriliittimeen, jolla on yhteys toisen transistorilaitteen pohjareunaan. Joten virran arvo ensimmäisen transistorin emitteriliittimessä muodostuu, kun toisen transistorin tulovirta tekee siitä On-tilassa.

Ensimmäinen tulotransistori saa tulosignaalinsa tukiasemaan. Tulotransistori vahvistetaan yleisellä tavalla ja sitä käytetään seuraavien lähtötransistoreiden ohjaamiseen. Toinen laite parantaa signaalia ja johtaa virranvahvistuksen maksimiarvoon. Yksi Darlington-transistorin keskeisistä ominaisuuksista on sen suurin virranvahvistus, kun se liittyy yhteen BJT-laitteeseen.

Suurimman jännitteen ja virran kytkentäominaisuuksien kyvyn lisäksi toinen lisäetu on sen suurimmat kytkentänopeudet. Tämän kytkentätoiminnon avulla laitetta voidaan käyttää erityisesti invertteripiireihin, tasavirtamoottoreihin, valopiireihin ja askelmoottoreiden säätötarkoituksiin.

Vaihtelu, joka on otettava huomioon käytettäessä Darlington-transistoreita kuin perinteisiä yksittäisiä BJT-tyyppejä transistoria toteutettaessa kytkimenä, on se, että tulojännitteen on oltava enemmän, mikä on lähes 1,4 V piityypin laitteille, koska kahden PN-liitoksen sarjayhteys johtuu.

Joitakin transistorin yleisiä käytännön sovelluksia kytkimenä

Transistorissa, ellei virta virtaa peruspiirissä, virtaa ei voi virrata kollektoripiirissä. Tämä ominaisuus sallii transistorin käytön kytkimenä. Transistori voidaan kytkeä päälle tai pois päältä vaihtamalla. Transistoreiden käyttämiä kytkentäpiirejä on muutama sovellus. Pyysin tässä NPN-transistoria selittämään muutamia sovelluksia, jotka käyttävät transistorikytkintä.

Valokytkin

Piiri on suunniteltu käyttämällä transistoria kytkimenä sytyttämään lamppu kirkkaassa ympäristössä ja sammuttamaan se pimeässä ja Valosta riippuva vastus (LDR) potentiaalijakajassa. Kun ympäristö on pimeä LDR: n vastustuskyky tulee korkeaksi. Sitten transistori kytketään pois päältä. Kun LDR altistetaan kirkkaalle valolle, sen vastus laskee pienempään arvoon, mikä lisää syöttöjännitettä ja nostaa transistorin perusvirtaa. Nyt transistori on kytketty päälle, kollektorivirta virtaa ja polttimo syttyy.

Lämpökäyttöinen kytkin

Yksi tärkeä komponentti lämpökäyttöisen kytkimen piirissä on termistori. Termistori on eräänlainen vastus joka reagoi ympäröivän lämpötilan mukaan. Sen vastus kasvaa, kun lämpötila on alhainen, ja päinvastoin. Kun termistoriin kohdistetaan lämpöä, sen vastus laskee ja perusvirta kasvaa, mitä seuraa kollektorivirran suurempi kasvu ja sireeni puhaltaa. Tämä erityinen piiri soveltuu palohälytysjärjestelmäksi .

Lämpökäyttöinen kytkin

DC-moottorin ohjaus (ohjain) suurjännitteiden tapauksessa

Harkitse, että transistoriin ei kohdistu jännitettä, sitten transistori sammuu eikä virtaa virtaa sen läpi. Siten rele pysyy OFF-tilassa. Virta DC-moottoriin syötetään releen normaalisti kiinni (NC) -liittimestä, joten moottori pyörii, kun rele on OFF-tilassa. Suurjännitteen käyttö transistorin BC548 pohjassa saa transistorin ja releen kelan virran päälle.

Käytännön esimerkki

Tässä tiedämme perusvirran arvon, joka tarvitaan transistorin muuttamiseksi kokonaan ON-tilaan, jossa kuormitus tarvitsee 200 mA: n virtaa, kun tuloarvo korotetaan 5 V: ksi. Tiedä myös Rb: n arvo.

Transistorin perusvirran arvo on

Ib = Ic / β katsotaan β = 200

Ib = 200 mA / 200 = 1 mA

Transistorin perusresistanssiarvo on Rb = (Vin - Vbe) / Ib

Rb = (5 - 0,7) / 1 × 10^-3

Rb = 4,3 kΩ

Transistorikytkimiä käytetään laajalti useissa sovelluksissa, kuten suurten virtojen tai suurten jännitelaitteiden, kuten moottorien, releiden tai valojen, kytkeminen jännitteen minimiarvoon, digitaalisiin IC: iin tai niitä käytetään loogisissa portteissa, kuten AND-portit tai OR. Lisäksi, kun logiikkaportista tuotettu lähtö on + 5v, kun taas säädettävä laite saattaa tarvita 12v tai jopa 24v syöttöjännitteestä.

Tai kuormitus, kuten tasavirtamoottori, saattaa edellyttää nopeuden valvontaa joidenkin jatkuvien pulssien avulla. Transistorikytkimet mahdollistavat tämän toiminnan nopeamman ja yksinkertaisemman kuin perinteisiin mekaanisiin kytkimiin verrattuna.

Miksi käyttää transistoria kytkimen sijasta?

Transistorin toteuttaessa kytkimen sijasta jopa pieni määrä perusvirtaa säätelee suurempaa kuormavirtaa kollektoriliittimessä. Transistoreita kytkimen sijasta näitä laitteita tuetaan releillä ja solenoideilla. Siinä tapauksessa, että korkeampia virta- tai jännitetasoja on tarkoitus säätää, käytetään Darlingtonin transistoreita.

Kaiken kaikkiaan, yhteenvetona, harvat olosuhteet, joita sovelletaan, kun transistoria käytetään kytkimenä, ovat

• BJT: tä kytkimenä käytettäessä sitä on sitten käytettävä joko epätäydellisenä tai täydellisenä ON-tilassa.
• Transistoria kytkimenä käytettäessä perusvirran vähimmäisarvo säätelee keräimen lisääntynyttä kuormavirtaa.
• Kun transistoreita käytetään kytkemään releinä ja solenoideiksi, on parempi käyttää vauhtipyörädiodeja.
• Joko jännitteen tai virran suurempien arvojen säätämiseksi Darlington-transistorit toimivat parhaimmillaan.

Tämä artikkeli on tarjonnut kattavaa ja selkeää tietoa transistorista, toiminta-alueista, kytkimen tavoin toimivista ominaisuuksista, käytännön sovelluksista. Toinen tärkeä ja liittyvä aihe, joka tunnetaan, on mikä on digitaalinen logiikkatransistorikytkin ja sen toimintakytkentäkaavio?