Transistori arvutamine lülitina

Ehkki võimendusahelate valmistamiseks kasutatakse populaarse transistore (BJT), saab neid tõhusalt kasutada ka rakenduste vahetamiseks.

Transistori lüliti on vooluahel, milles transistori kollektor lülitatakse sisse / välja suhteliselt suurema vooluga vastusena madalal voolu sisselülitamise / väljalülitamise signaalile selle baasiemitteris.

Näitena järgmine BJT konfiguratsiooni saab kasutada lülitina arvuti loogikalülituse sisendsignaali inverteerimiseks.

Siit leiate, et väljundpinge Vc on vastupidine potentsiaalile, mida rakendatakse üle transistori aluse / emitteri.

Samuti ei ole alus ühendatud ühegi fikseeritud alalisvooluallikaga, erinevalt võimendi põhistest vooluahelatest. Kollektoril on alalisvooluallikas, mis vastab süsteemi toitetasemele, näiteks 5 V ja 0 V antud arvutirakenduse puhul.

Me räägime sellest, kuidas seda pinge inversiooni saaks kavandada tagamaks, et tööpunkt lülitub õigesti katkestusest küllastuseni piki koormusjoont, nagu on näidatud järgmisel joonisel:

Käesoleva stsenaariumi korral oleme ülaltoodud joonisel eeldanud, et IC = ICEO = 0 mA, kui IB = 0 uA (suurepärane lähendus ehitusstrateegiate täiustamise osas). Oletame lisaks, et VCE = VCE (sat) = 0 V, tavalise 0,1 kuni 0,3 V taseme asemel.

Nüüd, kui Vi = 5 V, lülitub BJT SISSE ja disaini kaalutlus peab tagama, et konfiguratsioon on IB-i suurusega küllastunud, mis võib olla suurem kui küllastustaseme lähedal nähtava IB kõveraga seotud väärtus.

Nagu ülaltoodud joonisel võib järeldada, nõuab see tingimus, et IB oleks suurem kui 50 uA.

Küllastustasemete arvutamine

Näidatud vooluahela kollektori küllastustaseme saab arvutada järgmise valemi abil:

IC (küllastatud) = Vcc / Rc

Baasvoolu suurust aktiivses piirkonnas vahetult enne küllastustaset saab arvutada järgmise valemi abil:

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

See tähendab, et küllastustaseme rakendamiseks peavad olema täidetud järgmised tingimused:

IB> IC (küllastatud) / IC (küllastatud) / βdc -------- 2. võrrand

Kui Vi = 5 V, saab ülalkirjeldatud graafikul saadud IB taset hinnata järgmise meetodi abil:

Kui testime võrrandit 2 nende tulemustega, saame:

See näib olevat nõutavat tingimust täielikult rahuldav. Pole kahtlust, et mis tahes IB väärtus, mis on suurem kui 60 uA, lastakse siseneda üle Q-punkti üle vertikaalteljele äärmiselt lähedal asuva koormusjoone.

Esimesel diagrammil näidatud BJT-võrgule viidates, samal ajal kui Vi = 0 V, IB = 0 uA ja eeldades, et IC = ICEO = 0 mA, on RC-s esinev volati langus vastavalt valemile:

VRC = ICRC = 0 V.

See annab meile ülaltoodud esimese diagrammi jaoks VC = +5 V.

Lisaks arvuti logokommutatsiooni rakendustele saab seda BJT-konfiguratsiooni rakendada ka nagu lülitit, kasutades koormusjoone samu äärmuslikke punkte.

Kui küllastus toimub, kipub voolu IC üsna kõrgeks minema, mis langetab pinge VCE madalaimale punktile.

See põhjustab kahe klemmi vastupanu taseme, nagu on näidatud järgmisel joonisel ja arvutatakse järgmise valemi abil:

R (sat) = VCE (küll) / IC (täis), nagu on näidatud järgmisel joonisel.

Kui eeldame ülaltoodud valemis VCE (sat) tüüpilist keskmist väärtust, näiteks 0,15 V, saame:

See vastupanuväärtus kollektori emitteri klemmides tundub üsna väike, võrreldes BJT kollektoriklemmide seeriatakistusega kilo oomides.

Nüüd, kui sisend Vi = 0 V, katkestatakse BJT lülitamine, mis põhjustab kollektori emitteri takistuse:

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

See tekitab kollektori emitteri terminalides avatud vooluringi tüüpi olukorra. Kui arvestada ICEO tüüpilist väärtust 10 uA, on katkestustakistuse väärtus järgmine:

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

See väärtus tundub märkimisväärselt suur ja võrdub avatud lülitusega enamiku BJT konfiguratsioonide jaoks lülitina.

Praktilise näite lahendamine

Arvutage RB ja RC väärtused transistorilülitile, mis on konfigureeritud nagu muundur allpool, arvestades, et ICmax = 10mA

Kollektori küllastuse väljendamise valem on:

ICsat = Vcc / Rc

∴ 10 mA = 10 V / Rc

∴ Rc = 10 V / 10 mA = 1 kΩ

Samuti küllastuspunktis

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

Garanteeritud küllastuse saamiseks valime IB = 60 μA ja kasutades valemit

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

RB = 10 V - 0,7 V / 60 μA = 155 kΩ,

Ülaltoodud tulemuse ümardamine 150 kΩ-ni ja ülaltoodud valemi uuesti hindamine:

IB = Vi - 0,7 V / RB

= 10 V - 0,7 V / 150 kΩ = 62 μA,

kuna IB = 62 μA > ICsat / βdc = 40 μA

See kinnitab, et peame kasutama RB = 150 kΩ

Lülitustransistoride arvutamine

Leiate spetsiaalseid transistore, mida nimetatakse lülitustransistorideks, kuna need lülituvad kiiresti ühelt pingetasemelt teisele.

Järgmisel joonisel võrreldakse ts, td, tr ja tf sümboliseeritud ajaperioode seadme kollektorvooluga.

Ajavahemike mõju kollektori kiiruse reaktsioonile määratletakse kollektori voolutugevusega, nagu on näidatud allpool:

Transistori lülitamiseks olekust „olek” olekusse on sümboliseeritud kui t (sees) ja selle saab määrata järgmise valemiga:

t (sees) = tr + td

Siin identifitseerib td viivituse, mis toimub ajal, kui sisendi lülitussignaal muudab olekut ja transistori väljund reageerib muutusele. Aeg tr näitab lõplikku ümberlülitamise viivitust 10% -lt 90% -le.

Kogu aeg, mille bJt võtab sisselülitatud olekust välja lülitatud olekusse, tähistatakse t (välja) ja väljendatakse valemiga:

t (välja) = ts + tf

ts määrab säilitamisaja, tf aga langusaja 90% kuni 10% algsest väärtusest.

Viidates ülaltoodud graafikule, võib üldotstarbelise BJT jaoks näha, et kui kollektori vool Ic = 10 mA, näeme, et:

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

mis tähendab t (sees) = tr + td = 13 ns + 25 ns = 38 ns

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