Kako koristiti tranzistor kao prekidač

Kako koristiti tranzistor kao prekidač

Glavni uređaj u električnoj i elektroničkoj domeni je regulirani ventil koji omogućuje slab signal za regulaciju veće količine protoka slično mlaznici koja regulira protok vode iz crpki, cijevi i drugih. U jednom razdoblju ovaj regulirani ventil koji je ugrađen u električno područje bili su vakuumske cijevi. Implementacija i upotreba vakuumskih cijevi bila su dobra, ali komplikacija s time bila je velika i potrošnja ogromne električne energije koja se isporučivala kao toplina što je skratilo životni vijek cijevi. Kao kompenzaciju za ovaj problem, tranzistor je bio uređaj koji je pružio dobro rješenje koje odgovara zahtjevima cjelokupne električne i elektroničke industrije. Ovaj je uređaj izumio 'William Shockley' 1947. godine. Da bismo razgovarali o tome više, zaronimo u detaljnu temu saznanja što je tranzistor , provedba tranzistor kao prekidač , i mnoge karakteristike.



Što je tranzistor?

Tranzistor je poluvodički uređaj s tri terminala koji se mogu koristiti za prebacivanje aplikacija, pojačanje slabih signala, a u količinama od tisuća i milijuna tranzistora međusobno su povezani i ugrađeni u maleni integrirani krug / čip, koji stvara računalne memorije. Tranzistorska sklopka, koja se koristi za otvaranje ili zatvaranje kruga, što znači da se tranzistor obično koristi kao sklopka u elektroničkim uređajima samo za niskonaponske aplikacije zbog svoje niske vlast potrošnja. Tranzistor radi kao prekidač kada je u područjima odsjeka i zasićenja.


Vrste BJT tranzistora

U osnovi, tranzistor se sastoji od dva PN spoja, ti spojevi nastaju sendvičem N-tipa ili P-tipa poluvodiča materijal između para suprotne vrste poluvodičkih materijala.





Bipolarni spoj tranzistori se svrstavaju u vrste

  • NPN
  • PNP

Tranzistor ima tri terminala, i to Base, Odašiljač , i Kolekcionar. Emiter je jako dopirani terminal i on emitira elektrone u bazno područje. Bazni terminal lagano je dopiran i propušta elektrone ubrizgane emitorom na kolektor. Kolektorski terminal je međusobno dopiran i sakuplja elektrone iz baze.



Tranzistor NPN tipa je sastav dvaju poluvodičkih materijala dopiranih N-tipom između poluvodičkih slojeva dopiranih P-tipom, kao što je prikazano gore. Slično tome, tranzistori tipa PNP sastav su dvaju poluvodičkih materijala dopiranih P-tipom između sloja poluvodiča dopiranih N-tipom, kao što je gore prikazano. Funkcioniranje i NPN i PNP tranzistora je isto, ali se razlikuje u smislu njihove pristranosti i polariteta napajanja.


Tranzistor kao prekidač

Ako sklop koristi BJT tranzistor kao preklopnik h, tada je odstupanje tranzistora, bilo NPN ili PNP, raspoređeno za rad tranzistora na obje strane dolje prikazanih krivulja I-V karakteristika. Tranzistor se može upravljati u tri načina rada, aktivnom području, području zasićenja i odsječnom području. U aktivnoj regiji tranzistor radi kao pojačalo. Kao tranzistorska sklopka djeluje u dvije regije, a to su Regija zasićenja (potpuno UKLJUČENO) i Rezana regija (potpuno ISKLJUČENO). The tranzistor kao shema sklopke sklopke je

Tranzistor kao prekidač

Tranzistor kao prekidač

Oba tipa NPN i PNP tranzistora mogu se koristiti kao prekidači. Nekoliko aplikacija koristi snažni tranzistor kao sklopni alat. Tijekom ovog stanja možda neće biti potrebe za upotrebom drugog signalnog tranzistora za pogon ovog tranzistora.

Načini rada tranzistora

Iz gornjih karakteristika možemo primijetiti, ružičasto zasjenjeno područje na dnu krivulja predstavlja područje odsjeka, a plavo područje lijevo predstavlja područje zasićenja tranzistora. ta su tranzistorska područja definirana kao

Rezana regija

Uvjeti rada tranzistora su nulta ulazna osnovna struja (IB = 0), nulta izlazna struja kolektora (Ic = 0) i maksimalni napon kolektora (VCE) što rezultira velikim slojem iscrpljenja i bez struje koja prolazi kroz uređaj.

Zbog toga je tranzistor prebačen u položaj 'Potpuno isključeno'. Tako možemo definirati graničnu regiju kada koristimo bipolarni tranzistor kao prekidač kao ono što smeta, spojevi NPN tranzistora su obrnuto pristrani, VB<0.7v and Ic=0. Similarly, for PNP transistors, the emitter potential must be –ve with respect to the base of the transistor.

Način rezanja

Način rezanja

Tada možemo definirati 'graničnu regiju' ili 'način isključenja' kada koristimo bipolarni tranzistor kao prekidač kao, oba spoja obrnuto pristrana, IC = 0 i VB<0.7v. For a PNP transistor, the Emitter potential must be -ve with respect to the base terminal.

Karakteristike granične granice

Karakteristike u graničnom području su:

  • I osnovni i ulazni priključci su uzemljeni, što znači '0'v
  • Razina napona na spoju baza-emiter manja je od 0,7 v
  • Spoj baza-emiter je u obrnuto pristranom stanju
  • Ovdje tranzistor funkcionira kao OTVORENI prekidač
  • Kad je tranzistor u potpunosti ISKLJUČEN, premješta se u odsječeno područje
  • Čvor baze i kolektora je u obrnuto pristranom stanju
  • Na kolektorskom priključku neće teći struja što znači da je Ic = 0
  • Vrijednost napona na spoju emiter-kolektor i na izlaznim stezaljkama je '1'

Regija zasićenja

U ovom području tranzistor će biti pristran tako da se primijeni maksimalna količina osnovne struje (IB), što rezultira maksimalnom strujom kolektora (IC = VCC / RL), a zatim rezultira minimalnim naponom kolektor-emiter (VCE ~ 0) pad. U ovom stanju, sloj iscrpljivanja postaje što manji i maksimalne struje koja prolazi kroz tranzistor. Zbog toga je tranzistor uključen 'U potpunosti UKLJUČEN'.

Način zasićenja

Način zasićenja

Definicija 'područja zasićenja' ili 'načina rada' kada se kao prekidač koristi bipolarni NPN tranzistor, oba spoja su pristrana, IC = maksimum i VB> 0,7 v. Za PNP tranzistor, potencijal emitera mora biti + vec u odnosu na bazu. Ovo je rad tranzistora kao prekidača .

Karakteristike regije zasićenja

The karakteristike zasićenja su:

  • I priključnice baze i ulaza spojene su na Vcc = 5v
  • Razina napona na spoju baza-emiter veća je od 0,7 v
  • Spoj baza-odašiljač u prednjem je pristranom stanju
  • Ovdje tranzistor funkcionira kao ZATVORENO prekidač
  • Kada je tranzistor u potpunosti ISKLJUČEN, on se pomiče u područje zasićenja
  • Čvor baze i kolektora je u pristranom prednjem stanju
  • Protok struje na priključku kolektora je Ic = (Vcc / RL)
  • Vrijednost napona na spoju emiter-kolektor i na izlaznim stezaljkama je '0'
  • Kada je napon na spoju kolektor-emiter ‘0’, to znači idealno stanje zasićenja

Osim toga, rad tranzistora kao prekidača može se detaljno objasniti kao u nastavku:

Tranzistor kao prekidač - NPN

Ovisno o primijenjenoj vrijednosti napona na osnovnom rubu tranzistora, odvija se preklopna funkcionalnost. Kada postoji dobra količina napona koji je ~ 0,7 V između emitora i rubova baze, tada je protok napona na kolektoru do ruba emitora nula. Dakle, tranzistor u ovom stanju djeluje kao prekidač, a struja koja prolazi kroz kolektor smatra se tranzistorskom strujom.

Na isti način, kada na ulaznom priključku nema napona, tranzistor funkcionira u presječnom području i funkcionira kao otvoreni krug. U ovom načinu uključivanja, priključeno opterećenje u kontaktu s točkom uključivanja gdje ovo djeluje kao referentna točka. Dakle, kad se tranzistor pomakne u stanje 'ON', doći će do protoka struje od priključka izvora do tla putem opterećenja.

NPN tranzistor kao prekidač

NPN tranzistor kao prekidač

Da bismo bili jasni ove metode prebacivanja, razmotrimo primjer.

Pretpostavimo da tranzistor ima osnovnu vrijednost otpora 50kOhm, otpor na rubu kolektora 0,7kOhm, a primijenjeni napon je 5V i beta vrijednost smatra 150. Na osnovni rub primjenjuje se signal koji varira između 0 i 5V . To znači da se izlaz kolektora promatra modificiranjem vrijednosti ulaznog napona koje su 0 i 5V. Razmotrite sljedeći dijagram.

Kad je VOVAJ= 0, tada IC= VDC/ RC

IC = 5 / 0,7

Dakle, struja na priključku kolektora je 7,1 mA

Kako je beta vrijednost 150, tada je Ib = Ic / β

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

Dakle, osnovna struja je 47,3 µA

S gornjim vrijednostima, najveća vrijednost struje na priključku kolektora je 7,1 mA u stanju napon kolektora do emitora je nula, a osnovna vrijednost struje je 47,3 µA. Dakle, pokazalo se da kada se vrijednost struje na osnovnom rubu poveća iznad 47,3 µA, tada se NPN tranzistor pomiče u područje zasićenja.

Pretpostavimo da tranzistor ima ulazni napon 0V. To znači da je osnovna struja '0' i kad je spoj emitora uzemljen, tada emiter i osnovni spoj neće biti u stanju prednapona. Dakle, tranzistor je u načinu rada OFF, a vrijednost napona na rubu kolektora je 5V.

Vc = Vcc - (IcRc)

= 5-0

Vc = 5V

Pretpostavimo da tranzistor ima ulazni napon od 5V. Ovdje se trenutna vrijednost na osnovnom rubu može znati pomoću Kirchhoffov princip napona .

Ib = (Vi - Vbe) / Rb

Kad se razmatra silicijski tranzistor, on ima Vbe = 0,7V

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

Ib = 56,8 uA

Dakle, pokazalo se da kada se vrijednost struje na osnovnom rubu poveća iznad 56,8 µA, tada se NPN tranzistor pomiče u područje zasićenja pri ulaznom stanju od 5V.

Tranzistor kao prekidač - PNP

Preklopna funkcionalnost i PNP i NPN tranzistora su slične, ali varijacija je u tome što u PNP tranzistoru protok struje ide iz osnovnog terminala. Ova se sklopna konfiguracija koristi za negativne spojeve uzemljenja. Ovdje osnovni rub ima negativnu pristranost u skladu s rubom emitera. Kada je napon na priključku baze veći -ve, tada će doći do protoka osnovne struje. Da bi bilo jasno, kada postoje vrlo minimalni ili -ve naponski ventili, to tranzistor čini kratko spojenim ako nije otvoreni ili inače visoka impedancija .

Kod ove vrste veze opterećenje je povezano s preklopnim izlazom zajedno s referentnom točkom. Kad je PNP tranzistor u stanju ON, struja će teći od izvora do opterećenja, a zatim do zemlje preko tranzistora.

PNP tranzistor kao prekidač

PNP tranzistor kao prekidač

Kao i kod rada NPN tranzistora, ulaz PNP tranzistora je također na osnovnom rubu, dok je terminal emitora povezan s fiksnim naponom, a kolektorski terminal povezan je sa zemljom preko tereta. Slika dolje objašnjava sklop.

Ovdje je osnovni terminal uvijek u negativnom stanju pristranosti u skladu s rubom emitora i bazom koju je spojio na negativnoj strani i emiter na pozitivnoj strani ulaznog napona. To znači da je napon na bazi emitora negativan, a napon emitora na kolektoru pozitivan. Dakle, postojat će tranzistorska vodljivost kad napon emitora ima pozitivniju razinu od one na priključcima baze i kolektora. Dakle, napon na bazi trebao bi biti negativniji od napona ostalih stezaljki.

Da bismo znali vrijednost kolektorske i bazne struje, trebaju nam izrazi u nastavku.

Ic = Ie - Ib

Ic = β. Jedan

Gdje je Ub = Ic / β

Da bismo bili jasni ove metode prebacivanja, razmotrimo primjer.

Pretpostavimo da krugu opterećenja treba 120 mA, a beta vrijednost tranzistora je 120. Tada je trenutna vrijednost potrebna da bi tranzistor bio u načinu zasićenja

Ib = Ic / β

= 120 mAmp / 100

Ib = 1 mAmp

Dakle, kada postoji osnovna struja od 1 mAmp, tada je tranzistor potpuno u stanju ON. Dok je u praktičnim scenarijima potrebno približno 30-40 posto više struje za pravilno zasićenje tranzistora. To znači da je osnovna struja potrebna za uređaj 1,3 mAmp.

Preklopni rad Darlington tranzistora

U nekoliko slučajeva trenutni dobitak istosmjerne struje u BJT uređaju vrlo je minimalan za izravno prebacivanje napona ili struje opterećenja. Zbog toga se koriste preklopni tranzistori. U ovom je stanju uključen mali tranzistorski uređaj za UKLJUČENJE i ISKLJUČENJE prekidača i povećana vrijednost struje za regulaciju izlaznog tranzistora.

Kako bi se pojačalo pojačanje signala, dva tranzistora su spojena na način 'konfiguracije komplementarnog pojačanja'. U ovoj je konfiguraciji faktor pojačanja rezultat produkta dva tranzistora.

Darlingtonski tranzistor

Darlingtonski tranzistor

Tranzistori iz Darlingtona obično su uključeni u dvije bipolarne PNP i NPN vrste tranzistora, gdje su oni povezani na način da se vrijednost pojačanja početnog tranzistora pomnoži s vrijednošću pojačanja drugog tranzistorskog uređaja.

To daje rezultat gdje uređaj funkcionira kao jedan tranzistor koji ima maksimalno pojačanje struje čak i za minimalnu osnovnu vrijednost struje. Čitav trenutni dobitak Darlingtonovog preklopnog uređaja umnožak je vrijednosti trenutnog pojačanja i PNP i NPN tranzistora i to se prikazuje kao:

β = β1 × β2

S gornjim točkama, Darlingtonovi tranzistori koji imaju maksimalne vrijednosti β i vrijednosti kolektorske struje potencijalno su povezani s prebacivanjem jednog tranzistora.

Na primjer, kada ulazni tranzistor ima vrijednost pojačanja struje 100, a drugi vrijednost pojačanja 50, tada je ukupni dobitak struje

β = 100 × 50 = 5000

Dakle, kada je struja opterećenja 200 mA, tada je trenutna vrijednost u Darlingtonovom tranzistoru na osnovnom priključku 200 mA / 5000 = 40 µAmp, što je veliki pad u usporedbi s prošlih 1 mAmp za jedan uređaj.

Darlingtonove konfiguracije

U Darlingtonovom tranzistoru uglavnom postoje dvije vrste konfiguracije, a to su

Konfiguracija sklopke Darlingtonovog tranzistora pokazuje da su kolektorski terminali dvaju uređaja povezani s emiterskim terminalom početnog tranzistora koji ima vezu s osnovnim rubom drugog tranzistorskog uređaja. Dakle, trenutna vrijednost na terminalu emitera prvog tranzistora formirat će se kao ulazna struja drugog tranzistora, što ga dovodi u stanje On.

Ulazni tranzistor koji je prvi prima svoj ulazni signal na osnovnom terminalu. Ulazni tranzistor općenito se pojačava i on se koristi za pogon sljedećih izlaznih tranzistora. Drugi uređaj pojačava signal i to rezultira maksimalnom vrijednošću trenutnog pojačanja. Jedna od presudnih karakteristika Darlingtonovog tranzistora je njegovo maksimalno strujno pojačanje u vezi s jednim BJT uređajem.

Pored mogućnosti maksimalnih karakteristika prebacivanja napona i struje, druga dodatna prednost su njegove maksimalne brzine prebacivanja. Ova preklopna operacija omogućuje posebno korištenje uređaja za krugove pretvarača, istosmjerni motor, krugove osvjetljenja i regulaciju koračnog motora.

Varijacija koju treba uzeti u obzir prilikom upotrebe Darlingtonovih tranzistora od one kod konvencionalnih pojedinačnih BJT tipova pri primjeni tranzistora kao prekidača je ta da ulazni napon na spoju baze i emitora mora biti veći, što je gotovo 1,4 v za silicijski tip uređaja, kao zbog serijske veze dva PN spoja.

Neke od uobičajenih praktičnih primjena tranzistora kao prekidača

U tranzistoru, osim ako struja teče u osnovnom krugu, u krugu kolektora ne može teći struja. Ovo će svojstvo omogućiti da se tranzistor koristi kao prekidač. Tranzistor se može uključiti ili isključiti promjenom baze. Postoji nekoliko primjena sklopnih sklopova kojima upravljaju tranzistori. Ovdje sam razmatrao NPN tranzistor kako bih objasnio nekoliko aplikacija koje koriste tranzistorsku sklopku.

Svjetlosni prekidač

Krug je dizajniran pomoću tranzistora kao prekidača, da bi žarulja svijetlila u svijetlom okruženju i isključila je u mraku i Otpornik ovisan o svjetlu (LDR) u razdjelniku potencijala. Kad okoliš zamrači Otpor LDR-a postaje visoko. Tada se tranzistor ISKLJUČI. Kad je LDR izložen jakom svjetlu, njegov otpor pada na manju vrijednost što rezultira većim naponom napajanja i podizanjem osnovne struje tranzistora. Sada je tranzistor UKLJUČEN, struja kolektora teče i žarulja svijetli.

Prekidač s toplinskim upravljanjem

Jedna važna komponenta u krugu prekidača s toplinskim pogonom je termistor. Termistor je vrsta otpornika koji reagira ovisno o temperaturi okoline. Njegov otpor se povećava kada je temperatura niska i obrnuto. Kada se toplina primijeni na termistor, njegov otpor opada, a osnovna struja raste, praćeno većim povećanjem kolektorske struje i sirena će puhati. Ovaj je krug prikladan kao sustav za dojavu požara .

Prekidač s toplinskim upravljanjem

Prekidač s toplinskim upravljanjem

Upravljanje istosmjernim motorom (pokretački program) u slučaju visokih napona

Uzmite u obzir da se na tranzistor ne primjenjuje napon, tada se tranzistor isključuje i kroz njega neće teći struja. Stoga relej ostaje u isključenom stanju. Napajanje istosmjernog motora napaja se iz normalno zatvorenog (NC) terminala releja, tako da će se motor okretati kad je relej u stanju ISKLJUČENO. Primjena visokog napona na dnu tranzistora BC548 dovodi do uključivanja tranzistora i zavojnice releja.

Praktični primjer

Ovdje ćemo znati vrijednost bazne struje koja je potrebna da bi se tranzistor potpuno uključio u stanje ON kada je opterećenju potrebna struja od 200mA kada se ulazna vrijednost poveća na 5v. Također, znajte vrijednost Rb.

Osnovna trenutna vrijednost tranzistora je

Ib = Ic / β uzeti u obzir β = 200

Ib = 200mA / 200 = 1mA

Vrijednost osnovnog otpora tranzistora je Rb = (Vin - Vbe) / Ib

Rb = (5 - 0,7) / 1 × 10-3

Rb = 4,3 kΩ

Tranzistorski prekidači široko se koriste u više aplikacija, poput povezivanja velike struje ili velike vrijednosti naponske opreme kao što su motori, releji ili svjetla na minimalnu vrijednost napona, digitalnih IC-a ili se koriste u logičkim vratima kao što su AND vrata ili ILI. Također, kada je izlaz isporučen s logičkog ulaza + 5v, dok bi uređaj koji se mora regulirati mogao trebati uvenuti 12v ili čak 24v opskrbnog napona.

Ili bi opterećenje poput istosmjernog motora moglo zahtijevati praćenje njegove brzine kroz neke neprekidne impulse. Tranzistorske sklopke omogućuju da ovaj postupak bude brži i jednostavniji nego u usporedbi s tradicionalnim mehaničkim sklopkama.

Zašto koristiti tranzistor umjesto prekidača?

Tijekom primjene tranzistora na mjestu prekidača, čak i minimalna količina osnovne struje regulira veću struju opterećenja na priključku kolektora. Korištenje tranzistora na mjestu prekidača, ovi uređaji podržani su relejima i solenoidima. Dok se u slučaju kada se trebaju regulirati veće razine struja ili napona, tada se koriste Darlingtonovi tranzistori.

U cjelini gledano, sažeti su neki od uvjeta koji se primjenjuju tijekom rada tranzistora kao prekidača

  • Dok koristite BJT kao prekidač, tada se mora upravljati nepotpunim ili potpunim UKLJUČENIM uvjetima.
  • Dok koristi tranzistor kao prekidač, minimalna vrijednost osnovne struje regulira povećanu struju opterećenja kolektora.
  • Tijekom primjene tranzistora za prebacivanje kao releji i solenoidi, tada je bolje koristiti diode zamašnjaka.
  • Da bi regulirali veće vrijednosti napona ili struje, Darlingtonovi tranzistori rade u najboljem slučaju.

I ovaj je članak pružio sveobuhvatne i jasne informacije o tranzistorima, radnim regijama, koje rade poput prekidača, karakteristike i praktične primjene. Druga ključna i srodna tema koju treba znati je što jest prekidač digitalni logički tranzistor i njegov radni dijagram?