Izračunavanje tranzistora kao prekidača

Isprobajte Naš Instrument Za Uklanjanje Problema





Iako se tranzistori (BJT) popularno koriste za izradu krugova pojačala, oni se također mogu učinkovito koristiti za prebacivanje aplikacija.

Tranzistorska sklopka je krug u kojem se kolektor tranzistora UKLJUČUJE / ISKLJUČUJE s relativno većom strujom kao odgovor na odgovarajući prekidački signal ON / OFF slabe struje na svom osnovnom emiteru.



Kao primjer slijedeće BJT konfiguracija može se koristiti kao prekidač za invertiranje ulaznog signala za računalni logički sklop.

Ovdje možete pronaći da je izlazni napon Vc suprotan potencijalu primijenjenom na bazi / emiteru tranzistora.



Također, baza nije povezana ni s jednim fiksnim istosmjernim izvorom, za razliku od krugova zasnovanih na pojačalu. Kolektor ima izvor istosmjerne struje koji odgovara razinama napajanja sustava, na primjer 5 V i 0 V u ovom računarskom slučaju.

Razgovarat ćemo o tome kako bi se ova inverzija napona mogla dizajnirati tako da osigura da se radna točka ispravno prebacuje s odsječenog na zasićenje duž linije tereta, kao što je prikazano na sljedećoj slici:

Za sadašnji scenarij, na gornjoj slici pretpostavili smo da je IC = ICEO = 0 mA, kada je IB = 0 uA (velika aproksimacija s obzirom na poboljšanje građevinskih strategija). Uz to pretpostavimo da je VCE = VCE (sat) = 0 V, umjesto uobičajene razine od 0,1 do 0,3 V.

Sada će se pri Vi = 5 V BJT uključiti, a razmatranje dizajna mora osigurati da je konfiguracija jako zasićena, veličinom IB koja može biti veća od vrijednosti povezane s IB krivuljom koja se vidi blizu razine zasićenja.

Kao što se može vidjeti na gornjoj slici, ovaj uvjet zahtijeva da IB bude veći od 50 uA.

Izračunavanje razine zasićenja

Razina zasićenja kolektora za prikazani krug može se izračunati pomoću formule:

IC (sat) = Vcc / Rc

Veličina osnovne struje u aktivnom području neposredno prije razine zasićenja može se izračunati pomoću formule:

IB (max) ≅ IC (sat) / βdc ---------- Jednadžba 1

To podrazumijeva da za provedbu razine zasićenja mora biti zadovoljen sljedeći uvjet:

IB> IC (sat) / IC (sat) / βdc -------- Jednadžba 2

U grafikonu koji je prethodno razmatran, kada je Vi = 5 V, rezultirajuća razina IB može se procijeniti sljedećom metodom:

Ako jednadžbu 2 testiramo ovim rezultatima, dobit ćemo:

Čini se da ovo savršeno zadovoljava traženi uvjet. Nema sumnje, bilo kojoj vrijednosti IB koja je veća od 60 uA omogućit će se ulazak preko Q-točke preko teretne crte smještene krajnje usko prema okomitoj osi.

Sada, pozivajući se na BJT mrežu prikazanu na prvom dijagramu, dok je Vi = 0 V, IB = 0 uA i pretpostavljajući IC = ICEO = 0 mA, pad volatora koji se javlja na RC bit će prema formuli:

VRC = ICRC = 0 V.

To nam daje VC = +5 V za prvi gornji dijagram.

Uz računalne programe za prebacivanje logotipa, ova se BJT konfiguracija može implementirati poput sklopke koristeći iste ekstremne točke teretne linije.

Kada dođe do zasićenja, struja IC teži biti prilično visoka, što odgovara padu napona VCE na najnižu točku.

To dovodi do razine otpora na dva terminala kako je prikazano na sljedećoj slici i izračunato prema sljedećoj formuli:

R (sat) = VCE (sat) / IC (sat) kako je naznačeno na sljedećoj slici.

Ako pretpostavimo tipičnu prosječnu vrijednost za VCE (sat) poput 0,15 V u gornjoj formuli, dobit ćemo:

Ova vrijednost otpora na stezaljkama kolektorskog odašiljača izgleda prilično mala u usporedbi sa serijskim otporom u kilo Ohima na stezaljkama kolektora BJT.

Sada, kada je ulaz Vi = 0 V, prekidač BJT će biti prekinut uzrokujući otpor na kolektoru emitora:

R (granična vrijednost) = Vcc / ICEO = 5 V / 0 mA = ∞ Ω

To dovodi do situacije s otvorenim krugom preko terminala kolektorskog odašiljača. Ako uzmemo u obzir tipičnu vrijednost 10 uA za ICEO, vrijednost otpornog odsjeka bit će dana kako slijedi:

Prekid = Vcc / ICEO = 5 V / 10 uA = 500 k Ω

Ova vrijednost izgleda značajno velika i ekvivalentna je prekinutom krugu za većinu BJT konfiguracija kao prekidač.

Rješavanje praktičnog primjera

Izračunajte vrijednosti RB i RC za tranzistorski prekidač konfiguriran poput pretvarača dolje, s obzirom na to da je ICmax = 10mA

Formula za izražavanje zasićenja kolektora je:

ICsat = Vcc / Rc

∴ 10 mA = 10 V / Rc

∴ Rc = 10 V / 10 mA = 1 kΩ

Također, na mjestu zasićenja

IB ≅ IC (sat) / βdc = 10 mA / 250 = 40 μA

Za zajamčeno zasićenje odaberite IB = 60 μA i pomoću formule

IB = Vi - 0,7 V / RB, dobivamo

RB = 10 V - 0,7 V / 60 μA = 155 kΩ,

Zaokružujući gornji rezultat na 150 kΩ i ponovno procjenjujući gornju formulu dobivamo:

IB = Vi - 0,7 V / RB

= 10 V - 0,7 V / 150 kΩ = 62 μA,

budući da je IB = 62 μA > ICsat / βdc = 40 μA

To potvrđuje da moramo koristiti RB = 150 kΩ

Proračun sklopnih tranzistora

Pronaći ćete posebne tranzistore koji se nazivaju komutacijskim tranzistorima zbog njihove brze brzine prebacivanja s jedne naponske razine na drugu.

Sljedeća slika uspoređuje vremenska razdoblja simbolizirana kao ts, td, tr i tf s kolektorskom strujom uređaja.

Učinak vremenskih razdoblja na odziv brzine kolektora definiran je odzivom struje kolektora kako je prikazano dolje:

Ukupno vrijeme potrebno da tranzistor prijeđe iz stanja 'isključeno' u 'uključeno' simbolizira se kao t (uključeno) i može se utvrditi formulom:

t (uključeno) = tr + td

Ovdje td identificira kašnjenje koje se događa dok ulazni komutacijski signal mijenja stanje, a izlaz tranzistora reagira na promjenu. Vrijeme tr označava konačno kašnjenje prebacivanja s 10% na 90%.

Ukupno vrijeme potrebno za bJt od stanja UKLJUČENO do stanja ISKLJUČENO označeno je kao t (isključeno) i izraženo formulom:

t (isključeno) = ts + tf

ts određuje vrijeme skladištenja, dok tf utvrđuje vrijeme pada s 90% na 10% izvorne vrijednosti.

Pozivajući se na gornji graf, za opću namjenu BJT, ako je kolektorska struja Ic = 10 mA, možemo vidjeti da:

ts = 120 ns, td = 25 ns, tr = 13 ns, tf = 12 ns

što znači da je t (uključeno) = tr + td = 13 ns + 25 ns = 38 ns

t (isključeno) = ts + tf = 120 ns + 12 ns = 132 ns




Prethodno: Kako napraviti PCB kod kuće Dalje: Krugovi Zener diode, Karakteristike, Izračuni