Transistoriaus kaip jungiklio skaičiavimas

Nors tranzistoriai (BJT) populiariai naudojami stiprintuvų grandinėms gaminti, juos taip pat galima efektyviai naudoti perjungiant programas.

Tranzistoriaus jungiklis yra grandinė, kurioje tranzistoriaus kolektorius įjungiamas / išjungiamas santykinai didesne srove, atsižvelgiant į atitinkamai perjungiantį mažos srovės įjungimo / išjungimo signalą jo pagrindiniame spinduolyje.

Pavyzdžiui, taip BJT konfigūracija gali būti naudojama kaip jungiklis kompiuterio loginės grandinės įvesties signalo keitimui.

Čia galite rasti, kad išėjimo įtampa Vc yra priešinga potencialui, naudojamam per tranzistoriaus pagrindą / spinduolį.

Be to, pagrindas nėra sujungtas su jokiu fiksuoto nuolatinės srovės šaltiniu, skirtingai nei stiprintuvu pagrįstos grandinės. Kolektorius turi nuolatinės srovės šaltinį, kuris atitinka sistemos maitinimo lygius, pavyzdžiui, 5 V ir 0 V šiame kompiuterio programos korpuse.

Mes kalbėsime apie tai, kaip ši įtampos inversija galėtų būti suprojektuota taip, kad būtų užtikrinta, kad veikimo taškas teisingai persijungtų iš nutraukimo į sodrumą išilgai apkrovos linijos, kaip parodyta šiame paveiksle:

Pagal šį scenarijų aukščiau pateiktame paveikslėlyje mes darėme prielaidą, kad IC = ICEO = 0 mA, kai IB = 0 uA (puikus apytikslis vertinant statybos strategijų tobulinimą). Tarkime, kad VCE = VCE (sat) = 0 V, o ne įprastas 0,1–0,3 V lygis.

Dabar, kai Vi = 5 V, BJT įsijungs, o projektavimas turi užtikrinti, kad konfigūracija būtų labai prisotinta IB dydžiu, kuris gali būti didesnis nei vertė, susijusi su IB kreive, matoma arti prisotinimo lygio.

Kaip galima suprasti aukščiau pateiktame paveikslėlyje, šios sąlygos reikalauja, kad IB būtų didesnis nei 50 uA.

Sotumo lygių skaičiavimas

Kolektoriaus prisotinimo lygį parodytoje grandinėje galima apskaičiuoti pagal formulę:

IC (sat) = Vcc / Rc

Bazinės srovės dydį aktyviame regione prieš pat prisotinimo lygį galima apskaičiuoti pagal formulę:

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

Tai reiškia, kad norint įgyvendinti sodrumo lygį, reikia įvykdyti šią sąlygą:

IB> IC (sat) / IC (sat) / βdc -------- 2 lygtis

Aukščiau aptartame grafike, kai Vi = 5 V, gautą IB lygį galima įvertinti tokiu metodu:

Jei išbandysime 2 lygtį su šiais rezultatais, gausime:

Atrodo, kad tai puikiai tenkina reikalaujamą sąlygą. Be jokios abejonės, bet kokia didesnė kaip 60 uA IB vertė bus leidžiama įeiti per Q tašką per apkrovos liniją, esančią labai arti vertikalios ašies.

Dabar, nukreipiant į BJT tinklą, parodytą pirmoje diagramoje, o Vi = 0 V, IB = 0 uA ir manant, kad IC = ICEO = 0 mA, RC tolygusis įtampos kritimas bus toks, kaip formulėje:

VRC = ICRC = 0 V.

Tai suteikia mums VC = +5 V pirmai pirmiau pateiktai diagramai.

Be kompiuterio logoc perjungimo programų, ši BJT konfigūracija taip pat gali būti įgyvendinta kaip jungiklis, naudojant tuos pačius kraštinės linijos kraštutinius taškus.

Kai vyksta prisotinimas, dabartinis IC linkęs įgauti gana aukštą, o tai atitinkamai sumažina įtampą VCE iki žemiausio taško.

Dėl to abiejuose gnybtuose atsiranda atsparumo lygis, kaip parodyta kitame paveiksle ir apskaičiuojamas pagal šią formulę:

R (sat) = VCE (sat) / IC (sat), kaip nurodyta kitame paveiksle.

Jei manysime, kad aukščiau pateiktoje formulėje yra tipinė vidutinė VCE (sat) vertė, pvz., 0,15 V, gauname:

Ši kolektoriaus spinduolio gnybtų pasipriešinimo vertė atrodo gana maža, palyginti su serijos pasipriešinimu kilogramais omų BJT kolektoriaus gnybtuose.

Dabar, kai įvestis Vi = 0 V, BJT perjungimas bus nutrauktas, todėl kolektoriaus spinduolio pasipriešinimas bus:

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

Dėl to kolektoriaus spinduolio gnybtuose atsiranda atviros grandinės situacija. Jei atsižvelgsime į tipinę ICEO vertę 10 uA, nutraukimo varžos vertė bus tokia:

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

Ši vertė atrodo žymiai didelė ir atitinka atvirosios grandinės funkciją daugumai BJT konfigūracijų kaip jungiklį.

Praktinio pavyzdžio sprendimas

Apskaičiuokite tranzistoriaus jungiklio, sukonfigūruoto kaip žemiau esančio keitiklio, RB ir RC reikšmes, atsižvelgiant į tai, kad ICmax = 10mA

Kolektoriaus sodrumo išraiškos formulė yra:

ICsat = Vcc / Rc

∴ 10 mA = 10 V / Rc

∴ Rc = 10 V / 10 mA = 1 kΩ

Be to, prisotinimo taške

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

Norėdami garantuoti sodrumą, pasirinkite IB = 60 μA ir naudodami formulę

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

RB = 10 V - 0,7 V / 60 μA = 155 kΩ,

Suapvalinant aukščiau pateiktą rezultatą iki 150 kΩ ir dar kartą įvertinus aukščiau pateiktą formulę, gauname:

IB = Vi - 0,7 V / RB

= 10 V - 0,7 V / 150 kΩ = 62 μA,

nes IB = 62 μA > ICsat / βdc = 40 μA

Tai patvirtina, kad turime naudoti RB = 150 kΩ

Skaičiuojant perjungimo tranzistorius

Rasite specialių tranzistorių, vadinamų perjungimo tranzistoriais, nes jie greitai persijungia iš vieno įtampos lygio į kitą.

Šiame paveikslėlyje lyginami laikotarpiai, simbolizuoti kaip ts, td, tr ir tf, su įrenginio kolektoriaus srove.

Laikotarpių poveikį kolektoriaus greičio atsakui apibrėžia kolektoriaus srovės atsakas, kaip parodyta žemiau:

Bendras laikas, reikalingas tranzistoriui pereiti nuo „išjungta“ į „įjungta“ būseną, simbolizuojamas kaip t (įjungtas) ir gali būti nustatytas pagal formulę:

t (įjungta) = tr + td

Čia td identifikuoja vėlavimą, kai įėjimo perjungimo signalas keičia būseną, o tranzistoriaus išėjimas reaguoja į pokyčius. Laikas tr rodo galutinį perjungimo vėlavimą nuo 10% iki 90%.

Bendras laikas, kurį bJt užima iš įjungtos būsenos į išjungtą būseną, nurodomas kaip t (išjungtas) ir išreiškiamas formule:

t (išjungta) = ts + tf

ts nustato saugojimo laiką, o tf nurodo kritimo laiką nuo 90% iki 10% pradinės vertės.

Remiantis aukščiau pateiktu grafiku, bendros paskirties BJT, jei kolektoriaus srovė Ic = 10 mA, galime pamatyti, kad:

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

o tai reiškia t (įjungta) = tr + td = 13 ns + 25 ns = 38 ns

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