A tranzisztor működése kapcsolóként

Ebben a tranzisztor bemutatóban megismerkedünk a tranzisztor, mint kapcsoló működésével. A kapcsolás és az erősítés a tranzisztorok két alkalmazási területe, és a tranzisztor, mint kapcsoló számos digitális áramkör alapja. Megtanuljuk a tranzisztor különböző működési módjait (aktív, telítettség és kikapcsolás), hogyan működik a tranzisztor kapcsolóként (mind NPN, mind PNP), és néhány gyakorlati alkalmazási áramkört, amelyek tranzisztorokat használnak kapcsolóként. Vázlatos bevezetés Tranzisztor, mint kapcsoló, NPN tranzisztor, mint kapcsoló, Példa az NPN tranzisztorra, mint kapcsoló PNP tranzisztor, mint kapcsoló Példa a PNP tranzisztorra, mint kapcsoló. A tranzisztor, mint kapcsoló tranzisztor, példa a LED átváltására, hogy kapcsolja a vezérlőtranzisztort. rétegű, három terminálú félvezető eszköz, amelyet gyakran használnak a jelerősítésben és a kapcsolási műveletekben. A tranzisztor, mint az egyik jelentős elektronikus eszköz, rengeteg alkalmazást talált, például beágyazott rendszereket, digitális áramköröket és vezérlőrendszereket. A tranzisztorokat digitális és analóg területeken is megtalálhatja, mivel ezeket széles körben használják különböző alkalmazásokhoz, például kapcsolási áramkörökhöz , erősítő áramkörök, tápáramkörök, digitális logikai áramkörök, feszültségszabályozók, oszcillátor áramkörök és így tovább. Ez a cikk elsősorban a tranzisztor kapcsolási hatására összpontosít, és rövid magyarázatot ad a tranzisztorról, mint kapcsolóról. Rövid megjegyzés a BJTT -ről A tranzisztorok fő családjai: Bipoláris Junction Transistors (BJT) és Field Effect Transistors (FET). A Bipolar Junction Tranzisztor vagy egyszerűen csak BJT egy háromrétegű, három terminálból és két csomópontból álló félvezető eszköz. Két PN-csomópontból áll, amelyek egymáshoz kapcsolódnak egy közös középső réteggel. Amikor a „tranzisztor” kifejezést mondjuk, gyakran a BJT-re utal. Ez egy áramvezérelt eszköz, ahol a kimeneti áramot a bemeneti áram vezérli. A bipoláris név azt jelzi, hogy kétféle töltéshordozó, azaz az elektronok és a lyukak vezetik az áramot a BJT -ben, ahol a lyukak pozitív töltéshordozók, az elektronok pedig negatív töltéshordozók. A tranzisztornak három régiója van, nevezetesen az alap, az emitter és a kollektor. Az emitter erősen adalékolt terminál, és elektronokat bocsát ki az alapba. Az alapkivezetés enyhén adalékolt, és az emitter által beinjektált elektronokat továbbítja a kollektornak. A kollektor terminál mérsékelten adalékolt, és elektronokat gyűjt a bázisról. Ez a kollektor a másik két régióhoz képest nagy, így több hőt tud elvezetni. A BJT-k két típusból állnak: NPN és PNP. Mindkettő ugyanúgy működik, de eltérnek a torzítás és a tápegység polaritása szempontjából. A PNP tranzisztorban az N-típusú anyag két P-típusú anyag közé, míg az NPN-tranzisztor esetében a P-típusú anyag két N-típusú anyag közé kerül. Ez a két tranzisztor különböző típusokra konfigurálható, mint közös emitter, közös kollektor. és általános alapkonfigurációk.Ha a MOSFET kapcsolóként való működését keresi, először tanulja meg a MOSFET alapjait. A tranzisztorok működési módjai Az előfeszítési feltételektől függően, például előre vagy hátra, a tranzisztorok három fő működési móddal rendelkeznek, nevezetesen lekapcsolási, aktív és telítési régiók.Aktív mód Ebben az üzemmódban a tranzisztort általában áramerősítőként használják. Aktív módban két csomópont eltérően előfeszített, ami azt jelenti, hogy az emitter-bázis átmenet előre, míg a kollektor-bázis átmenet fordított előfeszítésű. Ebben az üzemmódban az áram folyik az emitter és a kollektor között, és az áramerősség arányos az alapárammal. Lezárási mód Ebben az üzemmódban a kollektor és az emitter alapcsomópontja is fordított előfeszítésű. Mivel mindkét PN -csomópont fordított előfeszítésű, a kis szivárgási áramok kivételével (általában néhány nanoerősítő vagy pikoamper nagyságrendben) szinte nincs áram. A BJT ebben az üzemmódban KI van kapcsolva, és lényegében egy nyitott áramkör. A levágási tartományt elsősorban a kapcsolási és digitális logikai áramkörökben használják. Telítettségi mód Ebben az üzemmódban mind az emitter-bázis, mind a kollektor-bázis csomópont előre előfeszített. Az áram szabadon folyik a kollektortól az emitterig, szinte nulla ellenállással. Ebben az üzemmódban a tranzisztor teljesen BE van kapcsolva, és lényegében zárt áramkör. A telítettségi régiót szintén elsősorban kapcsolási és digitális logikai áramkörökben használják. Az alábbi ábra egy BJT kimeneti jellemzőit mutatja. Az alábbi ábrán a levágási tartomány olyan működési feltételekkel rendelkezik, amikor a kimeneti kollektoráram nulla, nulla bázis bemeneti áram és maximális kollektor feszültség. Ezek a paraméterek nagy kimerülési réteget okoznak, ami tovább nem teszi lehetővé az áram áramlását a tranzisztoron. Ezért a tranzisztor teljesen kikapcsolt állapotban van. Hasonlóan, a telítési tartományban a tranzisztor úgy van előfeszítve, hogy maximális bázisáramot alkalmazunk, ami a maximális kollektoráramot és a minimális kollektor-emitter feszültséget eredményezi. Ez azt eredményezi, hogy a kimerülési réteg kicsi lesz, és lehetővé teszi a maximális áramlást a tranzisztoron. Ezért a tranzisztor teljesen BE állapotban van. A fentiek alapján elmondható, hogy a tranzisztorok BE/KI szilárdtest kapcsolóként működhetnek, ha a tranzisztort a levágási és telítési tartományokban működtetik. Az ilyen típusú kapcsolóalkalmazások LED-ek, motorok, lámpák, mágnesszelepek stb. vezérlésére szolgálnak. A tranzisztor mint SwitchA tranzisztor használható kapcsolási műveletekhez egy áramkör nyitásához vagy zárásához. Ez a típusú félvezető kapcsolás jelentős megbízhatóságot és alacsonyabb költséget kínál a hagyományos relékhez képest. Mind az NPN, mind a PNP tranzisztorok használhatók kapcsolóként. Egyes alkalmazások teljesítménytranzisztorokat használnak kapcsolóeszközként, ekkor szükség lehet egy másik jelszintű tranzisztor használatára a nagy teljesítményű tranzisztor meghajtásához. NPN tranzisztor, mint kapcsoló előadott. Ha elegendő feszültséget (VIN> 0.7 V) alkalmaznak a bázis és az emitter között, a kollektor és az emitter közötti feszültség megközelítőleg 0. Ezért a tranzisztor rövidzárként működik. A VCC / RC kollektoráram átfolyik a tranzisztoron. Hasonlóképpen, ha nincs feszültség vagy nulla feszültség a bemeneten, a tranzisztor a levágási tartományban működik, és nyitott áramkörként működik. Ennél a kapcsolási típusnál a terhelést (itt egy LED-et használunk terhelésként) referenciaponttal a kapcsolókimenetre kötjük. Így, ha a tranzisztor BE van kapcsolva, az áram a forrástól a földig folyik a terhelésen keresztül.Példa az NPN tranzisztorra mint kapcsolóra Tekintsük az alábbi példát, ahol RB bázisellenállás = 50 KΩ, kollektor ellenállás RC = 0.7 KΩ, VCC 5V és a béta értéke 125. A bázison 0V és 5V között változó bemeneti jelet adnak. Látni fogjuk a kollektor kimenetét úgy, hogy a VI -t két állapoton változtatjuk, azaz 0 és 5V, amint az ábra mutatja. IC = VCC / RC, ha VCE = 0 IC = 5V / 0.7 KΩ IC = 7.1 mA Bázisáram IB = IC / β IB = 7.1 mA / 125 IB = 56.8 µA A fenti számítások alapján a kollektor maximális vagy csúcsértéke az áramkörben lévő áram 7.1 mA, ha a VCE nulla. És ennek a kollektoráramnak a megfelelő alapáram 56.8 µA. Tehát egyértelmű, hogy ha az alapáramot 56.8 mikroamper fölé növeljük, akkor a tranzisztor telítési módba lép. Tekintsük azt az esetet, amikor nulla voltot kapcsolunk a bemenet. Emiatt az alapáram nulla lesz, és mivel az emitter földelve van, az emitter báziscsatlakozása nem előfeszített. Ezért a tranzisztor OFF állapotban van, és a kollektor kimeneti feszültsége 5V. Ha VI = 0V, IB = 0 és IC = 0, VC = VCC - (IC * RC) = 5V - 0 = 5V Tekintsük, hogy az alkalmazott bemeneti feszültség 5 volt, akkor az alapáram Kirchhoff feszültségtörvényének alkalmazásával határozható meg. Ha VI = 5V, IB = (VI - VBE) / RB Szilícium tranzisztor esetén VBE = 0.7 V Így IB = (5V - 0.7V) / 50 KΩ = 86 µA, ami nagyobb, mint 56.8 µA Ezért alapként Ha az áram nagyobb, mint 56.8 mikroamper, akkor a tranzisztor telítettségre kerül, azaz teljesen be van kapcsolva, ha a bemeneten 5 V feszültséget alkalmaznak. Így a kollektor kimenete megközelítőleg nulla lesz. A PNP tranzisztor mint Switch PNP tranzisztor ugyanúgy működik, mint az NPN a kapcsolási műveleteknél, de az áram az alapból folyik. Ezt a fajta kapcsolást negatív földelési konfigurációkhoz használják. A PNP tranzisztor esetében az alapkivezetés mindig negatív előfeszítésű az emitterhez képest. Ebben a kapcsolásban a bázisáram akkor folyik, amikor az alapfeszültség negatívabb. Egyszerűen alacsony feszültség vagy annál negatívabb feszültség rövidre zárja a tranzisztort, különben megszakad az áramkör. Ebben az összefüggésben a terhelést egy referenciaponttal a tranzisztor kapcsolókimenetére csatlakoztatják. Amikor a tranzisztor be van kapcsolva, az áram a forrásból a tranzisztoron át a terhelésig, végül a földig áramlik. Példa a PNP tranzisztorra kapcsolóként Az NPN tranzisztoros kapcsolóáramkörhöz hasonlóan a PNP áramkör bemenete is alap, de az emitter csatlakozik állandó feszültség és a kollektor a terhelésen keresztül a földre van kötve az ábrán látható módon. Ebben a konfigurációban a bázis mindig negatívan van előfeszítve az emitterhez képest azáltal, hogy a bázist a negatív oldalon, az emittert pedig a pozitív oldalon csatlakoztatják. Tehát a VBE feszültség negatív és az emitter tápfeszültsége a kollektorhoz képest pozitív (VCE pozitív). Ezért a tranzisztor vezetéséhez az emitternek pozitívabbnak kell lennie mind a kollektor, mind a bázis tekintetében. Más szóval, a bázisnak negatívabbnak kell lennie az emitterhez képest. A bázis- és kollektoráram kiszámításához a következő kifejezéseket használjuk. IC = IE – IB IC = β * IB IB = IC / β Tekintsük a fenti példát, hogy a terhelés 100 milliamperes áramot igényel, és a tranzisztor béta értéke 100. Ekkor a tranzisztor telítéséhez szükséges áram Minimális bázisáram = kollektoráram / β = 100 mA / 100 = 1mA Ezért ha az alapáram 1 mA, a tranzisztor teljesen BE lesz. De a tranzisztor garantált telítettségéhez gyakorlatilag 30 százalékkal több áram szükséges. Tehát ebben a példában a szükséges alapáram 1.3 mA. A tranzisztor, mint kapcsoló -tranzisztor gyakorlati példái a LEDA -k kapcsolására A korábban tárgyalt tranzisztor kapcsolóként használható. Az alábbi vázlat bemutatja, hogyan lehet tranzisztort használni a fénykibocsátó dióda (LED) kapcsolására. Amikor az alapkivezetésen lévő kapcsoló nyitva van, nem folyik áram a bázison, így a tranzisztor lekapcsolt állapotban van. Ezért a tranzisztor nyitott áramkörként működik, és a LED kialszik. Amikor a kapcsoló zárva van, az alapáram a tranzisztoron kezd átfolyni, majd telítettségbe kerül, ami azt eredményezi, hogy a LED bekapcsol. Az ellenállásokat az áramok korlátozására helyezik az alapon és a LED -en keresztül. Lehetőség van arra is, hogy a LED intenzitását az alapáramút ellenállásának változtatásával változtassa.Tranzisztor a relé működtetéséhezA relé működése tranzisztor segítségével is vezérelhető. A tranzisztor kis áramköri elrendezésével, amely képes a relé tekercsét feszültség alá helyezni, hogy a hozzá kapcsolódó külső terhelést vezérelje. Tekintse meg az alábbi áramkört, hogy ismerje a tranzisztor működését a relétekercs bekapcsolásához. A bázison alkalmazott bemenet hatására a tranzisztor telítettségi tartományba kerül, ami azt eredményezi, hogy az áramkör rövidzárlatossá válik. Így a relé tekercs feszültség alá kerül, és a reléérintkezők működésbe lépnek. Induktív terheléseknél, különösen a motorok és induktorok kapcsolásánál, a hirtelen áramkimaradás magas potenciált tarthat fenn a tekercsen keresztül. Ez a nagy feszültség jelentős károkat okozhat a nyugalmi áramkörben. Ezért a diódát az induktív terheléssel párhuzamosan kell használnunk, hogy megvédjük az áramkört az induktív terhelés indukált feszültségeitől. Tranzisztor a motor meghajtásához a tranzisztor rendszeres időközönkénti kapcsolása az alábbi ábrán látható módon.Amint fentebb említettük, az egyenáramú motor egyben induktív terhelés is, ezért az áramkör védelme érdekében szabadonfutó diódát kell elhelyeznünk rajta. régiókban többször is be- és KI kapcsolhatjuk a motort. Lehetőség van a motor fordulatszámának az álló helyzetből a teljes fordulatszámig történő szabályozására a tranzisztor változó frekvenciájú kapcsolásával is. A kapcsolási frekvenciát a vezérlőeszközről vagy az IC-hez hasonló mikrokontrollerről szerezhetjük be. Van már világos elképzelésed arról, hogyan lehet tranzisztort kapcsolóként használni? Reméljük, hogy a releváns képekkel és példákkal ellátott információk tisztázzák a teljes tranzisztoros kapcsolási koncepciót. Továbbá, ha bármilyen kétségei, javaslatai és megjegyzései vannak, az alábbiakban írhat. Következtetés: Teljes oktatóanyag a tranzisztor kapcsolóként való használatáról.

Hagyjon üzenetet 

Üzenetlista