Sådan bruges transistor som switch

Sådan bruges transistor som switch

Hovedapparatet inden for det elektriske og elektroniske domæne er den regulerede ventil, der tillader et svagt signal at regulere den større mængde strøm svarende til dysen, der regulerer vandstrømmen fra pumper, rør og andre. I en periode var denne regulerede ventil, der blev implementeret i det elektriske domæne, vakuumrør. Implementeringen og anvendelsen af ​​vakuumrørene var god, men komplikationen med dette var stor, og forbruget af enorm elektrisk strøm, der blev leveret som varme, der afskår rørets levetid. Som kompensation for dette problem var transistoren den enhed, der leverede en god løsning, der passer til kravene i hele el- og elektronikindustrien. Denne enhed blev opfundet af “William Shockley” i år 1947. For at diskutere mere, lad os dykke ned i det detaljerede emne om at vide, hvad der er en transistor , implementerer transistor som afbryder og mange egenskaber.



Hvad er transistoren?

En transistor er en tre-terminal halvlederindretning der kan bruges til at skifte applikationer, forstærkning af svage signaler og i mængder på tusinder og millioner af transistorer er indbyrdes forbundet og indlejret i et lille integreret kredsløb / chip, der skaber computerhukommelser. En transistorafbryder, der bruges til åbning eller lukning af et kredsløb, hvilket betyder, at transistoren almindeligvis kun bruges som afbryder i de elektroniske enheder til lavspændingsapplikationer på grund af dens lave strøm forbrug. Transistor fungerer som en switch, når den er i afskærings- og mætningsregioner.


Typer af BJT-transistorer

Dybest set består en transistor af to PN-kryds, disse knudepunkter er dannet ved at klemme enten N-type eller P-type halvleder materiale mellem et par af den modsatte type halvledermaterialer.





Bipolar kryds transistorer klassificeres i typer

  • NPN
  • PNP

Transistoren har tre terminaler, nemlig Base, Emitter og Collector. Emitteren er en stærkt doteret terminal, og den udsender elektronerne i Base-regionen. Baseterminalen er let doteret og sender de emitterinjicerede elektroner til samleren. Samlerterminalen er mellemliggende doteret og samler elektroner fra basen.



En transistor af NPN-typen er sammensætningen af ​​to N-type doterede halvledermaterialer mellem et P-type doteret halvlederlag som vist ovenfor. Tilsvarende er A PNP-type transistorer sammensætningen af ​​to P-type doterede halvledermaterialer mellem et N-type doteret halvlederlag som vist ovenfor. Funktionen af ​​både NPN- og PNP-transistoren er den samme, men adskiller sig med hensyn til deres forspænding og strømforsyningspolaritet.


Transistor som switch

Hvis kredsløbet bruger BJT transistor som en switc h, så er forspændingen af ​​transistoren, enten NPN eller PNP, arrangeret til at betjene transistoren på begge sider af IV-karakteristikkurverne vist nedenfor. En transistor kan betjenes i tre tilstande, aktiv region, mætningsregion og afskæringsregion. I den aktive region fungerer transistoren som en forstærker. Som en transistorkontakt fungerer den i to regioner, og de er Mætningsregion (fuldt tændt) og Afskåret region (fuldt slukket). Det transistor som et koblingsskema er

Transistor som switch

Transistor som switch

Begge typer NPN- og PNP-transistorer kan betjenes som afbrydere. Få af applikationerne bruger en effekttransistor som et switchværktøj. Under denne tilstand er der muligvis ikke noget krav om at bruge en anden signaltransistor til at drive denne transistor.

Driftstilstande for transistorer

Vi kan se fra ovenstående egenskaber, det lyserøde skraverede område i bunden af ​​kurverne repræsenterer afskæringsområdet og det blå område til venstre repræsenterer transistorens mætningsregion. disse transistorregioner er defineret som

Afskåret region

Transistorens driftsbetingelser er nul indgangsstrøm (IB = 0), nul udgangssamlerstrøm (Ic = 0) og maksimal kollektorspænding (VCE), hvilket resulterer i et stort udtømningslag og ingen strøm strømmer gennem enheden.

Derfor er transistoren skiftet til “Fully-OFF”. Så vi kan definere afskæringsområdet, når vi bruger en bipolar transistor som en switch som værende, generer krydset mellem NPN-transistorer er omvendt forspændt, VB<0.7v and Ic=0. Similarly, for PNP transistors, the emitter potential must be –ve with respect to the base of the transistor.

Afskæringstilstand

Afskæringstilstand

Derefter kan vi definere 'afskæringsområdet' eller 'OFF-tilstand', når vi bruger en bipolær transistor som en switch, begge kryds er forspændt, IC = 0 og VB<0.7v. For a PNP transistor, the Emitter potential must be -ve with respect to the base terminal.

Afskårne regionskarakteristika

Karakteristika i afskåret region er:

  • Både basis- og indgangsterminalerne er jordforbundet, hvilket betyder at '0'v
  • Spændingsniveauet ved base-emitterkryds er mindre end 0,7 v
  • Base-emitterkryds er i omvendt forspændt tilstand
  • Her fungerer transistoren som en OPEN-switch
  • Når transistoren er helt OFF, bevæger den sig ind i afskæringsområdet
  • Basiskollektorkryds er i omvendt forspændt tilstand
  • Der vil ikke være strøm af strøm i kollektorterminalen, hvilket betyder Ic = 0
  • Spændingsværdien ved emitter-kollektorkryds og ved udgangsterminaler er '1'

Mætningsregion

I denne region vil transistoren være forspændt, så den maksimale mængde basisstrøm (IB) påføres, hvilket resulterer i maksimal kollektorstrøm (IC = VCC / RL) og derefter resulterer i den minimale kollektor-emitter spænding (VCE ~ 0) dråbe. Under denne tilstand bliver udtømningslaget så lille som den mulige og maksimale strøm, der strømmer gennem transistoren. Derfor er transistoren tændt 'Fully-ON'.

Mætningstilstand

Mætningstilstand

Definitionen af ​​'mætningsregion' eller 'TIL-tilstand', når man bruger en bipolar NPN-transistor som en switch, begge knudepunkter er forspændt fremad, IC = maksimum, og VB> 0,7 v. For en PNP-transistor skal emitterpotentialet være + ve i forhold til basen. Dette er arbejde af transistoren som en switch .

Mætning Region Egenskaber

Det mætningskarakteristika er:

  • Både basis- og indgangsterminalerne er forbundet til Vcc = 5v
  • Spændingsniveauet ved base-emitterkryds er mere end 0,7v
  • Base-emitter-krydset er i fremadrettet tilstand
  • Her fungerer transistoren som en LUKKET switch
  • Når transistoren er helt OFF, bevæger den sig ind i mætningsområdet
  • Base-collector-krydset er i fremadrettet tilstand
  • Strømmen i opsamlingsterminalen er Ic = (Vcc / RL)
  • Spændingsværdien ved emitter-kollektorkryds og ved udgangsterminaler er '0'
  • Når spændingen ved kollektor-emitterkryds er '0', betyder det ideel mætningstilstand

Hertil kommer, at arbejder af transistor som en switch kan forklares detaljeret som nedenfor:

Transistor som switch - NPN

Afhængig af den anvendte spændingsværdi ved transistorens bundkant finder omskiftningsfunktionalitet sted. Når der er en god mængde spænding, der er ~ 0,7 V mellem emitteren og basiskanterne, er strømmen af ​​spænding ved kollektoren til emitterkanten nul. Så transistoren i denne tilstand fungerer som en switch, og den strøm, der strømmer gennem samleren, betragtes som transistorstrømmen.

På samme måde, når der ikke er påført nogen spænding ved indgangsterminalen, fungerer transistoren i afskæringsområdet og fungerer som et åbent kredsløb. I denne koblingsmetode er den tilsluttede belastning i kontakt med koblingspunktet, hvor dette fungerer som referencepunkt. Så når transistoren bevæger sig i 'ON' -tilstand, vil der være en strøm af strøm fra kildeterminalen til jorden via belastning.

NPN Transistor som switch

NPN Transistor som switch

For at være klar over denne skiftemetode, lad os overveje et eksempel.

Antag, at en transistor har en basismodstandsværdi på 50kOhm, modstanden ved kollektorkanten er 0,7kOhm, og den påførte spænding er på 5V og betragter beta-værdien som 150. Ved basiskanten påføres et signal, der varierer mellem 0 og 5V . Dette svarer til, at kollektorudgangen observeres ved at ændre indgangsspændingsværdierne, der er 0 og 5V. Overvej følgende diagram.

Når VDETTE= 0, så jegC= VDC/ RC

IC = 5 / 0,7

Så strømmen ved samlerterminalen er 7,1 mA

Da beta-værdien er 150, så er Ib = Ic / β

Ib = 7,1 / 150 = 47,3 µA

Så grundstrømmen er 47,3 µA

Med ovenstående værdier er den højeste værdi af strøm ved kollektorterminalen 7,1 mA i tilstandssamler til emitter spænding er nul, og basisstrømværdien er 47,3 µA. Således blev det bevist, at når strømværdien ved basiskanten forbedres over 47,3 µA, så flytter NPN-transistoren ind i mætningsområdet.

Antag, at en transistor har en indgangsspænding på 0V. Dette betyder, at basisstrømmen er '0', og når emitterkrydsningen er jordforbundet, vil emitteren og basekrydsningen ikke være i videresendeforstyrrelsestilstand. Så transistoren er i OFF-tilstand, og spændingsværdien ved kollektorkanten er 5V.

Vc = Vcc - (IcRc)

= 5-0

Vc = 5V

Antag, at en transistor har en indgangsspænding på 5V. Her kan den aktuelle værdi ved bundkanten kendes ved hjælp af Kirchhoffs spændingsprincip .

Ib = (Vi - Vbe) / Rb

Når en siliciumtransistor overvejes, har den Vbe = 0.7V

Så Ib = (5-0,7) / 50

Ib = 56,8 uA

Således blev det bevist, at når værdien af ​​strøm ved basiskanten forbedres over 56,8 µA, bevæger NPN-transistoren sig til en mætningsregion ved 5V inputtilstand.

Transistor som switch - PNP

Skiftefunktionaliteten for både PNP- og NPN-transistorer er ens, men variationen er, at strømmen fra PNP-transistoren er fra basisterminalen. Denne koblingskonfiguration anvendes til de negative jordforbindelser. Her har basiskanten en negativ biasforbindelse i overensstemmelse med emitterkanten. Når spændingen ved baseterminalen er mere -ve, vil der være en strøm af basisstrøm. For at være klar over, at når der findes en meget minimal eller -ve spændingsventil, gør dette transistoren som kortsluttet, hvis den ikke er åben eller ellers høj impedans .

I denne type forbindelse er belastningen i forbindelse med koblingsudgangen sammen med et referencepunkt. Når PNP-transistoren er i ON-tilstand, vil der være strøm fra kilde til belastning og derefter til jord via en transistor.

PNP Transistor som switch

PNP Transistor som switch

Som det er tilfældet med NPN-transistorkobling, er PNP-transistorindgangen også ved basiskanten, mens emitterterminalen er i forbindelse med en fast spænding, og kollektorterminalen er forbundet til jorden via en belastning. Billedet nedenfor forklarer kredsløbet.

Her er baseterminal altid i en negativ forspændingstilstand i overensstemmelse med emitterkanten og basen, den er forbundet på den negative side og emitteren på den positive side af indgangsspændingen. Dette betyder, at spændingen ved basen til emitteren er negativ, og spændingen ved emitteren til kollektoren er positiv. Så der vil være transistorledningsevne, når emitterspændingen har et mere positivt niveau end basis- og kollektorterminalerne. Således skal spændingen ved basen være mere negativ end for andre terminaler.

For at kende værdien af ​​samler- og basisstrømme har vi brug for nedenstående udtryk.

Ic = Ie - Ib

Ic = β. En

Hvor Ub = Ic / β

For at være klar over denne skiftemetode, lad os overveje et eksempel.

Antag, at belastningskredsløbet har brug for 120 mA, og transistorens beta-værdi er 120. Derefter er den aktuelle værdi, der er nødvendig for at transistoren skal være i mætningstilstand,

Ib = Ic / β

= 120 mAmps / 100

Ib = 1 mAmp

Så når der er en basisstrøm på 1 mAmp, så er transistoren helt i ON-tilstand. Mens der i praktiske scenarier er ca. 30-40 procent mere strøm nødvendig for korrekt transistormætning. Dette betyder, at basisstrømmen, der er nødvendig for enheden, er 1,3 mAmps.

Skift af Darlington Transistor

I nogle få tilfælde er strømforøgelsen af ​​jævnstrøm i BJT-enheden meget minimal til direkte skift af belastningsspænding eller strøm. På grund af dette anvendes skiftetransistorer. I denne tilstand er en lille transistorindretning inkluderet til ON og OFF for en switch og en øget strømværdi til regulering af udgangstransistoren.

For at forbedre signalforstærkningen er to transistorer forbundet på en måde som 'komplementær forstærkningskomponeringskonfiguration'. I denne konfiguration er forstærkningsfaktoren resultatet af produktet af to transistorer.

Darlington Transistor

Darlington Transistor

Darlington transistorer er normalt inkluderet med to bipolære PNP- og NPN-typer af transistorer, hvor disse er forbundet på den måde, at forstærkningsværdien af ​​den indledende transistor multipliceres med forstærkningsværdien af ​​den anden transistorindretning.

Dette giver resultatet, hvor enheden fungerer som en enkelt transistor med maksimal strømforstærkning, selv for en minimal basisstrømværdi. Hele strømforøgelsen af ​​Darlington-switch-enheden er et produkt af strømforstærkningsværdier for både PNP- og NPN-transistorer, og dette repræsenteres som:

β = β1 × β2

Med ovenstående punkter er Darlington-transistorer med maksimale β- og kollektorstrømværdier potentielt relateret til skift af en enkelt transistor.

For eksempel, når indgangstransistoren har en strømforstærkningsværdi på 100, og den anden har en forstærkningsværdi på 50, så er den samlede strømforstærkning

β = 100 × 50 = 5000

Så når belastningsstrømmen er 200 mA, så er den aktuelle værdi i Darlington-transistoren ved baseterminalen 200 mA / 5000 = 40 µAps, hvilket er en stor nedgang sammenlignet med de sidste 1 mAmp for en enkelt enhed.

Darlington-konfigurationer

Der er hovedsageligt to konfigurationstyper i Darlington-transistoren, og de er

Omskifterkonfigurationen af ​​Darlington-transistoren viser, at kollektorterminalerne på de to enheder er forbundet med emitterterminalen på den indledende transistor, som har en forbindelse med bundkanten af ​​den anden transistorindretning. Så den aktuelle værdi ved emitterterminalen til den første transistor vil danne sig, da den anden transistors indgangsstrøm således gør den i Til-tilstand.

Indgangstransistoren, som er den første, får sit indgangssignal ved baseterminalen. Indgangstransistoren forstærkes på en generel måde, og dette bruges til at drive de næste udgangstransistorer. Den anden enhed forbedrer signalet, og dette resulterer i en maksimal værdi af strømforstærkning. Et af de afgørende træk ved Darlington-transistoren er dens maksimale strømforstærkning, når den er relateret til den enkelte BJT-enhed.

Ud over muligheden for maksimal spænding og strømskifteegenskaber er den anden ekstra fordel dens maksimale skiftehastigheder. Denne koblingsfunktion gør det muligt for enheden at blive specifikt brugt til inverter-kredsløb, jævnstrømsmotor, belysningskredsløb og regulering af trinmotor.

Variationen, der skal tages i betragtning under anvendelse af Darlington-transistorer end den for konventionelle enkelt BJT-typer, når transistoren implementeres som en switch, er, at indgangsspændingen ved base- og emitterkrydsningen kræver at være mere, hvilket er næsten 1,4 v for en silicium-type enhed, som på grund af en serieforbindelse af de to PN-kryds.

Nogle af de almindelige praktiske anvendelser af transistor som switch

I en transistor, medmindre en strøm flyder i basiskredsløbet, er der ingen strøm, der kan strømme i kollektorkredsløbet. Denne egenskab tillader, at en transistor bruges som en switch. Transistoren kan tændes eller slukkes ved at skifte base. Der er et par anvendelser af koblingskredsløb, der drives af transistorer. Her overvejede jeg NPN-transistor for at forklare et par applikationer, der bruger transistor-switch.

Lysbetjent switch

Kredsløbet er designet ved hjælp af en transistor som afbryder, til at tænde pæren i et lyst miljø og til at slukke den i mørke og en Lysafhængig modstand (LDR) i den potentielle skillevæg. Når miljøet er mørkt LDR's modstand bliver høj. Derefter slukkes transistoren. Når LDR udsættes for stærkt lys, falder dens modstand til mindre værdi, hvilket resulterer i mere forsyningsspænding og hæver transistorens basisstrøm. Nu er transistoren tændt, kollektorstrømmen strømmer, og pæren lyser.

Varmedrevet kontakt

En vigtig komponent i kredsløbet til en varmekontakt er termistoren. Termistoren er en type modstand der reagerer afhængigt af den omgivende temperatur. Dens modstand øges, når temperaturen er lav og omvendt. Når der tilføres varme til termistoren, falder dens modstand, og basisstrømmen øges efterfulgt af en større stigning i kollektorstrømmen, og sirenen vil blæse. Dette særlige kredsløb er velegnet som et brandalarmsystem .

Varmedrevet kontakt

Varmedrevet kontakt

DC Motor Control (driver) i tilfælde af højspænding

Overvej ikke, at der tilføres spænding til transistoren, så bliver transistoren OFF, og der strømmer ingen strøm gennem den. Derfor relæet forbliver i OFF-tilstand. Strøm til jævnstrømsmotoren tilføres fra relæets normalt lukkede (NC) terminal, så motoren roterer, når relæet er i OFF-tilstand. Anvendelsen af ​​højspænding ved bunden af ​​transistoren BC548 får tændingen til transistoren og relæspolen til at aktivere.

Praktisk eksempel

Her vil vi kende værdien af ​​basisstrømmen, der kræves for at gøre en transistor helt i ON-tilstand, hvor belastningen har brug for en strøm på 200mA, når inputværdien forbedres til 5v. Kend også værdien af ​​Rb.

Basisstrømværdien for transistoren er

Ib = Ic / β overvej β = 200

Ib = 200mA / 200 = 1mA

Transistorens basismodstandsværdi er Rb = (Vin - Vbe) / Ib

Rb = (5 - 0,7) / 1 × 10-3

Rb = 4,3 kΩ

Transistorafbrydere anvendes i vid udstrækning i flere applikationer som at forbinde enorm strøm eller høj værdi af spændingsudstyr såsom motorer, relæer eller lys til den minimale værdi af spænding, digitale IC'er eller bruges i logiske porte såsom OG-porte eller OR. Også når output leveret fra den logiske gate er + 5v, mens enheden, der skal reguleres, muligvis skal visne 12v eller endda 24v af forsyningsspændingen.

Eller belastningen som jævnstrømsmotor kan kræve, at dens hastighed overvåges gennem nogle kontinuerlige impulser. Transistorafbrydere tillader denne operation at være hurtigere og mere simpelt end sammenlignet med traditionelle mekaniske afbrydere.

Hvorfor bruge transistor i stedet for switch?

Mens der implementeres en transistor i stedet for en switch, regulerer selv en minimal mængde basisstrøm en højere belastningsstrøm i kollektorterminalen. Ved hjælp af transistorer i stedet for kontakten understøttes disse enheder med relæer og solenoider. Mens der i det tilfælde, hvor højere niveauer af strømme eller spændinger skal reguleres, anvendes Darlington-transistorer.

I det store og hele er der som resumé kun få af de betingelser, der anvendes, mens transistor betjenes som en switch

  • Mens du bruger BJT som switch, skal den betjenes enten ufuldstændigt eller fuldstændigt ON.
  • Mens der bruges en transistor som switch, regulerer en minimal værdi af basisstrøm øget kollektorbelastningsstrøm.
  • Mens transistorer implementeres for at skifte som relæer og solenoider, er det bedre at bruge svinghjulsdioder.
  • For at regulere større værdier af enten spænding eller strømme fungerer Darlington-transistorer i bedste fald.

Og denne artikel har leveret omfattende og klar information om transistor, driftsregioner, der fungerer som en switch, egenskaber, praktiske anvendelser. Det andet afgørende og beslægtede emne, man skal kende, er hvad der er digital logisk transistor switch og dens arbejde, kredsløbsdiagram?