Kuidas kasutada transistorit lülitina

Proovige Meie Instrumenti Probleemide Kõrvaldamiseks





Elektri- ja elektroonikasektori peamine seade on reguleeritud ventiil, mis võimaldab nõrgal signaalil reguleerida suuremat vooluhulka nagu düüs, mis reguleerib pumpade, torude jt veevoolu. Ühel perioodil oli see reguleeritud ventiil, mis rakendati elektrivaldkonnas, vaakumtorud. Vaakumtorude rakendamine ja kasutamine olid head, kuid selle tüsistus oli suur ja tohutu elektrienergia tarbimine, mis tarniti soojusena, mis kärpis toru eluiga. Selle probleemi kompenseerimiseks oli transistor seade, mis pakkus hea lahenduse, mis sobib kogu elektri- ja elektroonikatööstuse nõuetele. Selle seadme leiutas William Shockley 1947. aastal. Lisateabe arutamiseks uurigem üksikasjalikku teemat, mis on transistor , rakendamine transistor lülitina ja paljud omadused.

Mis on transistor?

Transistor on kolmepoolne pooljuhtseade mida saab kasutada rakenduste vahetamiseks, nõrkade signaalide võimendamiseks ning tuhandetes ja miljonites transistorid on omavahel ühendatud ja sisseehitatud väikesesse integraallülitusse / kiibi, mis teeb arvutimälusid. Transistori lüliti, mida kasutatakse vooluahela avamiseks või sulgemiseks, mis tähendab, et transistorit kasutatakse elektrooniliste seadmete lülitina ainult madalpinge rakenduste jaoks, kuna see on madal võim tarbimine. Transistor töötab lülitina, kui see on piiri- ja küllastuspiirkondades.




BJT transistoride tüübid

Põhimõtteliselt koosneb transistor kahest PN-ristmikust, need ristmikud moodustuvad kas N- või P-tüüpi ühendamise teel pooljuht materjal vastupidise tüüpi pooljuhtmaterjalide paari vahel.

Bipolaarne ristmik transistorid on liigitatud tüüpidesse



  • NPN
  • PNP

Transistoril on kolm klemmi, nimelt Base, Emitter ja Koguja. Emitter on tugevalt legeeritud terminal ja see kiirgab elektronid aluse piirkonda. Baasterminal on kergelt legeeritud ja juhib emitteriga sisestatud elektronid kollektorile. Kollektorterminal on vahepeal legeeritud ja kogub alusest elektrone.

NPN-tüüpi transistor on kahe N-tüüpi legeeritud pooljuhtmaterjali koostis P-tüüpi legeeritud pooljuhtkihi vahel, nagu eespool näidatud. Samamoodi on PNP-tüüpi transistorid kahe P-tüüpi legeeritud pooljuhtmaterjali koostis N-tüüpi legeeritud pooljuhtkihi vahel, nagu eespool näidatud. Nii NPN- kui ka PNP-transistori töö on sama, kuid erinevad nende kallutatuse ja toiteallika polaarsuse poolest.


Transistor kui lüliti

Kui vooluringis kasutatakse BJT transistor kui switc h, siis on transistori kallutamine kas NPN või PNP korraldatud töötama transistori allpool näidatud I-V karakteristikute kõverate mõlemal küljel. Transistorit saab töötada kolmes režiimis, aktiivses piirkonnas, küllastuspiirkonnas ja väljalülitatud piirkonnas. Aktiivses piirkonnas töötab transistor võimendina. Transistori lülitina töötab see kahes piirkonnas ja need on Küllastuspiirkond (täielikult sisse lülitatud) ja Piiratud piirkond (täielikult välja lülitatud). The transistor lüliti lülitusskeemina on

Transistor kui lüliti

Transistor kui lüliti

Nii NPN- kui ka PNP-tüüpi transistore saab kasutada lülititena. Vähesed rakendused kasutavad lülitusvahendina võimsustransistorit. Selle seisundi ajal ei pruugi selle transistori juhtimiseks olla vaja mõnda muud signaaltransistorit kasutada.

Transistorite töörežiimid

Eespool toodud omaduste põhjal võime jälgida, et kõverate allservas olev roosa varjutatud ala tähistab lõikepiirkonda ja vasakpoolne sinine ala - transistori küllastuspiirkonda. need transistori piirkonnad on määratletud kui

Piiratud piirkond

Transistori töötingimusteks on null sisendbaasivool (IB = 0), kollektori nullväljundvool (Ic = 0) ja kollektori maksimaalne pinge (VCE), mille tulemuseks on suur ammendumiskiht ja seadme kaudu voolu ei toimu.

Seetõttu lülitatakse transistor asendisse “täielikult välja”. Seega saame piiripunkti määratleda bipolaarse transistori kasutamisel lülitina, häirides NPN-i transistoride ristmikke, vastupidine kallutatud, VB<0.7v and Ic=0. Similarly, for PNP transistors, the emitter potential must be –ve with respect to the base of the transistor.

Väljalülitusrežiim

Väljalülitusrežiim

Siis saame bipolaarse transistori kasutamisel lülitina määratleda „väljalülituspiirkonna” või „väljalülitatud režiimi”, mõlemad ristmikud tagurpidi kallutatud, IC = 0 ja VB<0.7v. For a PNP transistor, the Emitter potential must be -ve with respect to the base terminal.

Piirpiirkonna omadused

Piiratud piirkonna omadused on järgmised:

  • Nii põhi- kui ka sisendklemmid on maandatud, mis tähendab tähte „0” v
  • Pinge tase emitteri ristmikul on väiksem kui 0,7v
  • Aluse-emitteri ristmik on vastupidises kallutatud olekus
  • Siin toimib transistor OPEN-lülitina
  • Kui transistor on täielikult välja lülitatud, liigub see piirialasse
  • Aluse ja kollektori ristmik on vastupidises kallutatud olekus
  • Kollektori terminalis ei toimu voolu, mis tähendab, et Ic = 0
  • Pinge väärtus emitter-kollektor ristmikul ja väljundklemmides on “1”

Küllastuspiirkond

Selles piirkonnas on transistor kallutatud nii, et rakendatakse maksimaalset baasvoolu (IB), mille tulemuseks on maksimaalne kollektori vool (IC = VCC / RL) ja seejärel kollektori-emitteri minimaalne pinge (VCE ~ 0) tilk. Selles olukorras muutub ammendumiskiht võimalikult väikeseks ja maksimaalseks vooluks, mis voolab läbi transistori. Seetõttu lülitatakse transistor „täielikult sisse”.

Küllastusrežiim

Küllastusrežiim

Mõiste „küllastuspiirkond” või „režiim ON”, kui bipolaarset NPN-transistorit kasutatakse lülitina, on mõlemad ristmikud ettepoole kallutatud, IC = maksimaalne ja VB> 0,7v. PNP-transistori puhul peab emitteri potentsiaal olema baasi suhtes + ve. See on transistori töö lülitina .

Küllastumispiirkonna omadused

The küllastustunnused on:

  • Nii alus- kui ka sisendklemmid on ühendatud Vcc = 5v-ga
  • Pinge tase emitteri ristmikul on üle 0,7v
  • Aluse-emitteri ristmik on ettepoole kallutatud
  • Siin toimib transistor lülitina SULETUD
  • Kui transistor on täielikult välja lülitatud, liigub see küllastuspiirkonda
  • Aluse ja kollektori ristmik on ettepoole kallutatud
  • Vooluhulk kollektori terminalis on Ic = (Vcc / RL)
  • Pinge väärtus emitter-kollektor ristmikul ja väljundklemmidel on “0”
  • Kui kollektori ja emitteri ristmikul on pinge „0“, tähendab see ideaalset küllastustingimust

Lisaks transistori töö lülitina saab üksikasjalikult selgitada järgmiselt:

Transistor kui lüliti - NPN

Sõltuvalt rakendatud pinge väärtusest transistori aluseservas toimub lülitusfunktsioon. Kui emitteri ja aluse servade vahel on hea pinge, mis on ~ 0,7 V, on pinge vool kollektorist emitteri servani null. Niisiis, selles olekus olev transistor toimib lülitina ja kollektorit läbivat voolu peetakse transistori vooluks.

Samamoodi, kui sisendterminalil pole pinget, toimib transistor piiril ja töötab avatud vooluringina. Selles lülitusmeetodis on ühendatud koormus kokkupuutel lülituspunktiga, kus see toimib võrdluspunktina. Niisiis, kui transistor liigub olekusse ON, toimub koormuse kaudu voolu allikaklemmist maapinnale.

NPN transistor lülitina

NPN transistor lülitina

Sellest lülitusmeetodist vabaks saamiseks kaalume näiteid.

Oletame, et transistori baastakistuse väärtus on 50 kOhm, takistus kollektori servas on 0,7 kOhm ja rakendatud pinge on 5 V ning loeb beetaväärtuseks 150. Aluservas rakendatakse signaali, mis varieerub vahemikus 0 kuni 5 V . See vastab sellele, et kollektori väljundit jälgitakse sisendpinge väärtuste muutmisega, mis on 0 ja 5 V. Mõelge järgmisele skeemile.

Kui VSEE= 0, siis minaC= VDC/ RC

IC = 5 / 0,7

Niisiis, vool kollektoriterminalis on 7,1 mA

Kuna beeta väärtus on 150, siis Ib = Ic / β

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

Niisiis on baasvool 47,3 µA

Ülaltoodud väärtuste korral on kollektori klemmi voolu suurim väärtus 7,1 mA tingimusel, et kollektori ja emitteri pinge on null ja baasvoolu väärtus on 47,3 µA. Seega sai tõestatud, et kui aluse serva voolu väärtus on kõrgem kui 47,3 uA, liigub NPN transistor küllastuspiirkonda.

Oletame, et transistori sisendpinge on 0 V. See tähendab, et baasvool on ‘0’ ja kui emitteri ristmik on maandatud, ei ole emitteri ja baasi ristmik edasisuunalises seisundis. Niisiis, transistor on OFF-režiimis ja pinge väärtus kollektori servas on 5V.

Vc = Vcc - (IcRc)

= 5-0

Vc = 5 V

Oletame, et transistori sisendpinge on 5 V. Siin saab teada praeguse väärtuse alumise serva abil Kirchhoffi pinge põhimõte .

Ib = (Vi - Vbe) / Rb

Ränitransistori kaalumisel on selle Vbe = 0,7 V

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

Ib = 56,8 uA

Seega sai tõestatud, et kui aluse serva voolutugevust suurendatakse üle 56,8 µA, liigub NPN transistor 5 V sisenditingimustel küllastuspiirkonda.

Transistor kui lüliti - PNP

Nii PNP- kui ka NPN-transistori lülitamisfunktsioonid on sarnased, kuid variatsiooniks on see, et PNP-transistorides toimub voolu baasterminalist. Seda lülituskonfiguratsiooni kasutatakse negatiivsete maandusühenduste jaoks. Siin on alusserval negatiivne eelhäälestusühendus vastavalt emitteri servale. Kui baasklemmi pinge on rohkem -ve, toimub baasvoolu voog. Et olla selge, et kui on olemas väga minimaalsed või -ve pingeklapid, muudab see transistori lühiseks, kui see pole avatud või muul viisil kõrge takistus .

Seda tüüpi ühenduses on koormus ühendatud lülitusväljundiga koos võrdluspunktiga. Kui PNP-transistor on ON-olekus, voolab vool allikast koormani ja seejärel maandub transistori kaudu.

PNP-transistor lülitina

PNP-transistor lülitina

Nagu NPN-transistori ümberlülitamisel, on ka PNP-transistori sisend aluse servas, emitteri klemm on ühendatud fikseeritud pingega ja kollektori klemm on maaga ühendatud koormuse kaudu. Allpool olev pilt selgitab vooluringi.

Siin on baasklemm alati negatiivses eelarveseisundis vastavalt emitteri servale ja alusele, mille see ühendas negatiivsele küljele, ja emitterile sisendpinge positiivsele küljele. See tähendab, et pinge aluse ja emitteri vahel on negatiivne ja kollektori emitteri pinge on positiivne. Niisiis, transistori juhtivus tekib siis, kui emitteri pingel on positiivsem tase kui aluse ja kollektori klemmidel. Seega peaks aluse pinge olema negatiivsem kui teiste klemmide pinge.

Kollektori ja baasvoolude väärtuse teadmiseks vajame alltoodud väljendeid.

Ic = st - Ib

Ic = β. Üks

Kus Ub = Ic / β

Sellest lülitusmeetodist vabaks saamiseks kaalume näiteid.

Oletame, et koormusahel vajab 120 mA ja transistori beetaväärtus on 120. Siis on praegune väärtus, mis on vajalik transistori küllastusrežiimis viibimiseks

Ib = Ic / β

= 120 mAmps / 100

Ib = 1 mAmp

Niisiis, kui baasvool on 1 mAmp, on transistor täielikult ON-olekus. Kui praktiliste stsenaariumide korral on transistori korralikuks küllastumiseks vaja umbes 30–40 protsenti suuremast voolust. See tähendab, et seadme jaoks vajalik baasvool on 1,3 mAmps.

Darlingtoni transistori lülitamine

Mõnel juhul on BJT-seadme alalisvoolu voolutugevus koormuse pinge või voolu otselülitamiseks väga väike. Seetõttu kasutatakse ümberlülitavaid transistore. Selles olekus on lüliti sisse- ja väljalülitamiseks kaasas väike transistori seade ja väljundtransistori reguleerimiseks suurenenud voolu väärtus.

Signaali võimendamise suurendamiseks on kaks transistorit ühendatud 'täiendava võimenduse liitmise konfiguratsiooniga'. Selles konfiguratsioonis on võimendustegur kahe transistori korrutise tulemus.

Darlingtoni transistor

Darlingtoni transistor

Darlingtoni transistorid sisaldavad tavaliselt kahte bipolaarset tüüpi PNP ja NPN transistore, kusjuures need on ühendatud nii, et esialgse transistori võimenduse väärtus korrutatakse teise transistori seadme võimendusväärtusega.

See annab tulemuse, kui seade toimib ühe transistorina, millel on maksimaalne voolutugevus isegi minimaalse baasvoolu väärtuse korral. Darlingtoni lülitusseadme kogu voolutugevus on nii PNP- kui ka NPN-transistori voolutugevuse väärtuste korrutis ja see on järgmine:

β = β1 × β2

Ülaltoodud punktidega on Darlingtoni transistorid, millel on maksimaalsed β ja kollektori voolu väärtused, potentsiaalselt seotud ühe transistori ümberlülitamisega.

Näiteks kui sisendtransistori voolutugevuse väärtus on 100 ja teisel on võimenduse väärtus 50, siis on kogu voolutugevus

β = 100 × 50 = 5000

Niisiis, kui koormusvool on 200 mA, on baasterminali Darlingtoni transistori vooluväärtus 200 mA / 5000 = 40 µAmps, mis on ühe seadme viimase 1 mAm-ga võrreldes suur langus.

Darlingtoni konfiguratsioonid

Darlingtoni transistoril on peamiselt kaks konfiguratsioonitüüpi ja need on

Darlingtoni transistori lülitite konfiguratsioon näitab, et kahe seadme kollektoriklemmid on ühendatud esialgse transistori emitterklemmiga, millel on ühendus teise transistoriseadme alusservaga. Niisiis kujuneb voolutugevus esimese transistori emitteri klemmil, kuna teise transistori sisendvool muudab selle olekusse Sees.

Esimene sisendtransistor saab sisendsignaali baasklemmilt. Sisendtransistorit võimendatakse üldisel viisil ja seda kasutatakse järgmiste väljundtransistoride juhtimiseks. Teine seade võimendab signaali ja selle tulemuseks on voolutugevuse maksimaalne väärtus. Darlingtoni transistori üks ülioluline omadus on selle maksimaalne voolutugevus, kui see on seotud ühe BJT-seadmega.

Lisaks maksimaalse pinge ja voolu lülitusomaduste võimele on teiseks lisakasuks selle maksimaalsed lülituskiirused. See lülitusoperatsioon võimaldab seadet kasutada spetsiaalselt muundurite ahelate, alalisvoolumootori, valgustusahelate ja samm-mootori reguleerimiseks.

Transistori kui lüliti rakendamisel tuleb Darlingtoni transistoride kasutamisel arvestada variatsiooniga, mis on tavaliste BJT tüüpide kasutamisel selline, et aluse ja emitteri ristmikul peab sisendpinge olema suurem, mis on räni tüüpi seadme puhul peaaegu 1,4 v, nagu kahe PN-ristmiku jadaühenduse tõttu.

Mõned transistori kui lüliti tavalised praktilised rakendused

Transistori korral ei saa kollektorahelas voolu voolata, välja arvatud juhul, kui baasahelas voolab vool. See omadus võimaldab transistorit kasutada lülitina. Transistori saab baasi vahetades sisse või välja lülitada. Transistorite juhitavaid lülitusahelaid on vähe. Siinkohal pidasin NPN-transistorit selgitamaks mõningaid transistori lülitit kasutavaid rakendusi.

Valguslüliti

Vooluahel on loodud lülitina transistori abil, et valgustada pirn eredas keskkonnas ja lülitada see pimedas ja Valgusest sõltuv takisti (LDR) potentsiaalses jaguris. Kui keskkond on pime LDR vastupanu muutub kõrgeks. Seejärel lülitatakse transistor välja. Kui LDR puutub kokku ereda valgusega, langeb selle takistus väiksemale väärtusele, mille tulemuseks on suurem toitepinge ja transistori baasvoolu tõus. Nüüd on transistor sisse lülitatud, kollektori vool voolab ja pirn süttib.

Kuumjuhitav lüliti

Kuumtöötlusega lüliti ahela üks oluline komponent on termistor. Termistor on teatud tüüpi takisti mis reageerib sõltuvalt ümbritsevast temperatuurist. Selle takistus suureneb, kui temperatuur on madal, ja vastupidi. Kui termistorile rakendatakse soojust, langeb selle takistus ja baasivool suureneb, millele järgneb kollektori voolu suurem tõus ja sireen puhub. See konkreetne vooluring sobib tulekahjusignalisatsioonisüsteemiks .

Kuumjuhitav lüliti

Kuumjuhitav lüliti

Alalisvoolumootori juhtimine (draiver) kõrgepinge korral

Mõelge, et transistorile ei rakendata pinget, siis lülitub transistor välja ja vool ei voola sellest läbi. Seega relee jääb OFF olekusse. Alalisvoolumootori toide toitub relee normaalselt suletud (NC) klemmist, nii et mootor pöörleb, kui relee on väljas. Kõrgepinge rakendamine transistori BC548 aluses põhjustab transistori ja relee mähise sisselülitamise.

Praktiline näide

Siit saame teada baasivoolu väärtust, mis on vajalik transistori täielikuks sisselülitamiseks olekusse, kus koormus vajab 200mA voolu, kui sisendväärtust suurendatakse 5v-ni. Teadke ka Rb väärtust.

Transistori põhivoolu väärtus on

Ib = Ic / β arvestage β = 200

Ib = 200mA / 200 = 1mA

Transistori baastakistuse väärtus on Rb = (Vin - Vbe) / Ib

Rb = (5 - 0,7) / 1 × 10-3

Rb = 4,3 kΩ

Transistori lüliteid kasutatakse laialdaselt mitmetes rakendustes, näiteks tohutu voolu või suure väärtusega pingeseadmete, näiteks mootorite, releede või valgustite, ühendamiseks minimaalse pinge väärtusega, digitaalsete IC-dega või kasutatakse loogilistes väravates, näiteks AND-väravad või OR. Samuti, kui loogikaväravast väljastatav väljund on + 5v, samas kui reguleeritav seade võib vajada toitepingest 12v või isegi 24v.

Või võib koormuse (nagu alalisvoolumootor) korral nõuda kiiruse jälgimist pidevate impulsside abil. Transistorlülitid võimaldavad seda toimingut teha kiiremini ja lihtsamalt kui traditsiooniliste mehaaniliste lülitite omaga.

Miks kasutada lüliti asemel transistorit?

Transistori rakendamisel lüliti kohas reguleerib isegi minimaalne alusvoolu kogus kollektori klemmis suuremat koormusvoolu. Transistoreid kasutades lüliti kohas toetatakse neid seadmeid releede ja solenoididega. Kui kõrgemate voolude või pingete taseme reguleerimiseks tuleb kasutada Darlingtoni transistore.

Kokkuvõttes on mõned tingimused, mida transistori kui lülitiga töötamisel rakendatakse

  • Kasutades BJT-d lülitina, tuleb see töötada kas mittetäieliku ON või täieliku ON-olekuga.
  • Transistori kasutamisel lülitina reguleerib baasvoolu minimaalne väärtus kollektori suurenenud koormusvoolu.
  • Rakendades transistore relee ja solenoidina ümberlülitamiseks, on parem kasutada hooratta dioode.
  • Suuremate pinge või voolude väärtuste reguleerimiseks töötavad Darlingtoni transistorid parimal juhul.

See artikkel on andnud põhjalikku ja selget teavet transistori, tööpiirkondade, lülitina töötavate funktsioonide, omaduste, praktiliste rakenduste kohta. Teine oluline ja sellega seotud teadaolev teema on see, mis on digitaalse loogika transistori lüliti ja selle toimiv skeem?