Pagrindinis elektros ir elektronikos srities įtaisas yra reguliuojamas vožtuvas, leidžiantis silpnu signalu reguliuoti didesnį srauto kiekį, panašų į tūtą, reguliuojančią vandens srautą iš siurblių, vamzdžių ir kitų. Vienu laikotarpiu šis reguliuojamas vožtuvas, įdiegtas elektrinėje srityje, buvo vakuuminiai vamzdžiai. Vakuuminių vamzdžių diegimas ir naudojimas buvo geras, tačiau komplikacijos buvo didelės, o sunaudota didžiulė elektros energija, kuri buvo tiekiama kaip šiluma, sutrumpino vamzdžio tarnavimo laiką. Kompensuodamas šią problemą, tranzistorius buvo prietaisas, kuris pateikė gerą sprendimą, atitinkantį visos elektros ir elektronikos pramonės reikalavimus. Šį prietaisą išrado „William Shockley“ 1947 metais. Norėdami aptarti daugiau, pasinerkime į išsamią temos žinojimą, kas yra tranzistorius , įgyvendinant tranzistorius kaip jungiklis , ir daugybė savybių.

Kas yra tranzistorius?

Tranzistorius yra trijų gnybtų puslaidininkinis įtaisas kurie gali būti naudojami perjungiant programas, stiprinant silpnus signalus, tūkstančiai ir milijonai tranzistorių yra sujungti ir įterpti į mažą integruotą grandinę / mikroschemą, kuri sukuria kompiuterio atmintį. Transistoriaus jungiklis, naudojamas grandinei atidaryti ar uždaryti, tai reiškia, kad tranzistorius dažniausiai naudojamas kaip jungiklis elektroniniuose prietaisuose tik žemos įtampos programoms, nes jis yra žemas galia vartojimas. Transistorius veikia kaip jungiklis, kai jis yra pertraukimo ir prisotinimo srityse.

BJT tranzistorių tipai

Iš esmės tranzistorius susideda iš dviejų PN jungčių, kurios susidaro sujungiant N arba P tipo puslaidininkis medžiaga tarp priešingos rūšies puslaidininkinių medžiagų poros.

Bipolinė sankryža tranzistoriai skirstomi į tipus

NPN
PNP

Transistorius turi tris gnybtus, būtent bazę, Emiteris ir kolekcininkas. Emiteris yra labai legiruotas terminalas ir jis skleidžia elektronus į Bazės sritį. Bazinis terminalas yra lengvai legiruotas ir praleidžia emiterio įpuršktus elektronus ant kolektoriaus. Kolektoriaus gnybtas yra tarpiniu būdu legiruotas ir surenka elektronus iš bazės.

NPN tipo tranzistorius yra dviejų N tipo legiruotų puslaidininkių medžiagų sudėtis tarp P tipo legiruotų puslaidininkių sluoksnio, kaip parodyta aukščiau. Panašiai, PNP tipo tranzistoriai yra dviejų puslaidininkinių P tipo legiruotų medžiagų sudėtis tarp N tipo puslaidininkių sluoksnio, legiruoto, kaip parodyta aukščiau. Tiek NPN, tiek PNP tranzistorių veikimas yra tas pats, tačiau skiriasi pagal jų šališkumą ir maitinimo šaltinio poliškumą.

Tranzistorius kaip jungiklis

Jei grandinė naudoja BJT tranzistorius kaip switc h, tada tranzistoriaus įtempimas, NPN arba PNP, yra išdėstytas taip, kad tranzistorius veiktų abiejose žemiau parodytų I-V charakteristikų kreivių pusėse. Tranzistorius galima valdyti trimis režimais: aktyviuoju, sodrumo ir atjungimo regionais. Aktyviame regione tranzistorius veikia kaip stiprintuvas. Kaip tranzistoriaus jungiklis jis veikia dviejuose regionuose Sodrumo regionas (visiškai įjungtas) ir Atribotas regionas (visiškai išjungtas). The tranzistorius kaip jungiklio grandinės schema yra

Tranzistorius kaip jungiklis

Tiek NPN, tiek PNP tipo tranzistoriai gali būti valdomi kaip jungikliai. Nedaugelis programų naudoja maitinimo tranzistorių kaip perjungimo įrankį. Esant tokiai būklei, gali būti nereikalaujama naudoti kitą tranzistorių signalui valdyti.

Transistorių darbo režimai

Iš aukščiau išvardytų charakteristikų galime pastebėti, kad rausvos spalvos šešėlis sritis kreivių apačioje žymi nukirpimo sritį, o mėlyna - kairėje - tranzistoriaus sodrumo sritį. šie tranzistorių regionai apibrėžiami kaip

Atribotas regionas

Transistoriaus veikimo sąlygos yra nulinė įėjimo bazinė srovė (IB = 0), nulio išėjimo kolektoriaus srovė (Ic = 0) ir didžiausia kolektoriaus įtampa (VCE), dėl kurios susidaro didelis išeikvojimo sluoksnis ir srovė nepraleidžia per prietaisą.

Todėl tranzistorius perjungiamas į „visiškai išjungtą“. Taigi, mes galime apibrėžti ribinį sritį, kai bipolinis tranzistorius naudojamas kaip jungiklis, trukdyti NPN tranzistorių sankryžoms, kurios yra atvirkštinės, VB<0.7v and Ic=0. Similarly, for PNP transistors, the emitter potential must be –ve with respect to the base of the transistor.

Pjovimo režimas

Tada mes galime apibrėžti „ribinį sritį“ arba „IŠJUNGIMO režimą“, kai bipolinį tranzistorių naudojate kaip jungiklį, kai abi jungtys yra atvirkštinės, IC = 0 ir VB<0.7v. For a PNP transistor, the Emitter potential must be -ve with respect to the base terminal.

Ribinio regiono charakteristikos

Atribojimo regiono charakteristikos yra šios:

Tiek pagrindas, tiek įvesties gnybtai yra įžeminti, o tai reiškia „0“ v
Įtampos lygis pagrindo-spinduolio mazge yra mažesnis nei 0,7v
Pagrindo ir spinduolio jungtis yra atvirkštinio įstrižainės būsenoje
Čia tranzistorius veikia kaip OPEN jungiklis
Kai tranzistorius visiškai išjungtas, jis pereina į nukirptą sritį
Pagrindo ir kolektoriaus jungtis yra atvirkštinio įstrižainės būsenoje
Kolektoriaus gnybte nebus srovės srauto, o tai reiškia, kad Ic = 0
Emiterio ir kolektoriaus sankryžoje ir išėjimo gnybtuose įtampos vertė yra „1“

Sodrumo regionas

Šiame regione tranzistorius bus nukreiptas taip, kad būtų naudojamas didžiausias bazinės srovės (IB) kiekis, dėl kurio susidaro maksimali kolektoriaus srovė (IC = VCC / RL), o tada gaunama minimali kolektoriaus-spinduolio įtampa (VCE ~ 0) lašas. Esant tokiai būklei, išeikvojimo sluoksnis tampa kuo mažesnis ir maksimali srovė, tekanti per tranzistorių. Todėl tranzistorius yra įjungtas „visiškai įjungtas“.

Sodrumo režimas

Apibrėžimas „prisotinimo sritis“ arba „ĮJUNGTAS režimas“, kai naudojamas kaip jungiklis bipolinis NPN tranzistorius, abu mazgai yra nukreipti į priekį, IC = maksimalus ir VB> 0,7v. PNP tranzistoriui Emiterio potencialas turi būti + ve bazės atžvilgiu. Tai yra tranzistoriaus kaip jungiklio veikimas .

Sodrumo regiono charakteristikos

The prisotinimo charakteristikos yra:

Tiek pagrindas, tiek įvesties gnybtai yra prijungti prie Vcc = 5v
Įtampos lygis pagrindo-spinduolio sankryžoje yra didesnis nei 0,7v
Pagrindo-spinduolio jungtis yra į priekį nukreipta
Čia tranzistorius veikia kaip UŽDARYTAS jungiklis
Kai tranzistorius visiškai išjungtas, jis pereina į prisotinimo sritį
Pagrindo ir kolektoriaus jungtis yra į priekį nukreipta
Srovės srautas kolektoriaus gnybte yra Ic = (Vcc / RL)
Emiterio ir kolektoriaus sandūroje ir išėjimo gnybtuose įtampos vertė yra „0“
Kai kolektoriaus ir spinduolio jungties įtampa yra „0“, tai reiškia idealią prisotinimo sąlygą

Be to, tranzistoriaus kaip jungiklio veikimas galima išsamiai paaiškinti taip:

“kam naudojamas multimetras ”

Tranzistorius kaip jungiklis - NPN

Atsižvelgiant į tranzistoriaus pagrindo krašte taikomą įtampos vertę, vyksta perjungimo funkcionalumas. Kai tarp spinduolio ir pagrindo kraštų yra geras įtampos kiekis, kuris yra ~ 0,7 V, tada įtampos srautas kolektoriuje į spinduolio kraštą yra lygus nuliui. Taigi, tokios būklės tranzistorius veikia kaip jungiklis, o srovė, tekanti per kolektorių, laikoma tranzistoriaus srove.

Tuo pačiu būdu, kai įėjimo gnybte nėra įtampos, tranzistorius veikia atjungimo srityje ir veikia kaip atvira grandinė. Taikant šį perjungimo būdą, prijungta apkrova liečiasi su perjungimo tašku, kur tai veikia kaip atskaitos taškas. Taigi, kai tranzistorius pereis į būseną „ĮJUNGTA“, per apkrovą bus srovės srautas iš šaltinio gnybto į žemę.

NPN tranzistorius kaip jungiklis

Apsvarstykime pavyzdį, kad šis perjungimo būdas nebūtų aiškus.

Tarkime, kad tranzistoriaus bazinės varžos vertė yra 50 kOhm, varža kolektoriaus krašte yra 0,7 kOhm, o naudojama įtampa yra 5 V, o beta vertė laikoma 150. Baziniame krašte naudojamas signalas, kuris kinta nuo 0 iki 5 V . Tai atitinka tai, kad kolektoriaus išėjimas pastebimas keičiant įėjimo įtampos vertes, kurios yra 0 ir 5 V. Apsvarstykite šią diagramą.

Kai V_TAI= 0, tada aš_C= V_DC/ R_C

IC = 5 / 0,7

Taigi kolektoriaus terminalo srovė yra 7,1 mA

Kadangi beta vertė yra 150, tada Ib = Ic / β

Ib = 7,1 / 150 = 47,3 µA

Taigi, bazinė srovė yra 47,3 µA

Turint pirmiau nurodytas vertes, didžiausia srovės vertė kolektoriaus gnybte yra 7,1 mA, jei kolektoriaus ir spinduolio įtampa yra lygi nuliui, o bazinės srovės vertė yra 47,3 µA. Taigi buvo įrodyta, kad kai srovės vertė pagrindo krašte padidėja virš 47,3 µA, tada NPN tranzistorius juda į prisotinimo sritį.

Tarkime, kad tranzistoriaus įėjimo įtampa yra 0 V. Tai reiškia, kad bazinė srovė yra „0“, o kai emiterio jungtis yra įžeminta, tada emiterio ir pagrindo sankryžos būklė nebus nukreipta į priekį. Taigi, tranzistorius yra OFF režime, o įtampos vertė kolektoriaus krašte yra 5V.

Vc = Vcc - (IcRc)

= 5-0

Vc = 5 V

Tarkime, kad tranzistoriaus įėjimo įtampa yra 5 V. Čia dabartinę vertę pagrindo krašte galima sužinoti naudojant Kirchhoffo įtampos principas .

Ib = (Vi - Vbe) / Rb

Atsižvelgiant į silicio tranzistorių, jo Vbe = 0,7 V

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

Ib = 56,8 µA

Taigi buvo įrodyta, kad kai srovės vertė pagrindo krašte padidėja virš 56,8 µA, tada NPN tranzistorius juda į prisotinimo sritį esant 5 V įėjimo sąlygoms.

Tranzistorius kaip jungiklis - PNP

Tiek PNP, tiek NPN tranzistorių perjungimo funkcijos yra panašios, tačiau variacijos yra tokios, kad PNP tranzistoriuose srovės srautas yra iš pagrindinio terminalo. Ši perjungimo konfigūracija naudojama neigiamoms įžeminimo jungtims. Čia pagrindo kraštas turi neigiamą šališkumo ryšį, atitinkantį spinduolio kraštą. Kai įtampa pagrindiniame gnybte yra daugiau -ve, tada bus bazinės srovės srautas. Kad būtų aišku, kad kai yra labai minimalūs arba -ve įtampos vožtuvai, tada tranzistorius tampa trumpai sujungtas, jei nėra atviras arba dar kitaip didelė varža .

Šio tipo jungtyje apkrova yra susijusi su perjungimo išėjimu kartu su atskaitos tašku. Kai PNP tranzistorius yra ON būsenoje, srovė tekės iš šaltinio į apkrovą ir tada į tranzistorių į žemę.

PNP tranzistorius kaip jungiklis

Kaip ir NPN tranzistoriaus perjungimo operacijoje, PNP tranzistoriaus įvestis taip pat yra pagrindo krašte, o emiterio gnybtas yra sujungtas su fiksuota įtampa, o kolektoriaus gnybtas yra prijungtas prie žemės per apkrovą. Žemiau pateiktame paveikslėlyje paaiškinta grandinė.

Čia pagrindinė gnybto būklė visada yra neigiama, atitinkanti emiterio kraštą ir pagrindą, kurį jis sujungė neigiamoje pusėje, o emiterį - teigiamoje įėjimo įtampos pusėje. Tai reiškia, kad įtampa pagrindo ir spinduolio atžvilgiu yra neigiama, o emitterio - kolektoriaus - teigiama. Taigi, tranzistoriaus laidumas bus tada, kai emiterio įtampa bus teigiamesnė nei pagrindo ir kolektoriaus gnybtų. Taigi įtampa pagrinde turėtų būti neigiamesnė nei kitų gnybtų.

Norint žinoti kolektoriaus ir bazinių srovių vertę, mums reikia žemiau pateiktų išraiškų.

Ic = Ie - Ib

Ic = β. Vienas

Kur Ub = Ic / β

Apsvarstykime pavyzdį, kad šis perjungimo būdas nebūtų aiškus.

Tarkime, kad apkrovos grandinei reikia 120 mA, o tranzistoriaus beta vertė yra 120. Tada dabartinė vertė, reikalinga tranzistoriaus veikimui prisotinimo režimu, yra

Ib = Ic / β

“kam naudojamos termoporos ”

= 120 mAmps / 100

Ib = 1 mAmp

Taigi, kai yra 1 mAmp bazinė srovė, tada tranzistorius yra visiškai įjungtas. Praktiniuose scenarijuose tinkamam tranzistorių prisotinimui reikalinga maždaug 30–40 proc. Didesnės srovės. Tai reiškia, kad pagrindinė prietaiso srovė yra 1,3 mAmps.

Darlingtono tranzistoriaus perjungimo operacija

Kai kuriais atvejais tiesioginis srovės padidėjimas BJT įrenginyje yra labai minimalus tiesioginiam apkrovos įtampos ar srovės perjungimui. Dėl to naudojami perjungimo tranzistoriai. Esant tokiai būklei, įjungus ir išjungiant jungiklį yra įtrauktas nedidelis tranzistoriaus įtaisas ir padidinta srovės vertė išvesties tranzistoriui reguliuoti.

Siekiant sustiprinti signalo stiprinimą, du tranzistoriai yra prijungti „papildomo stiprinimo sudėtinės konfigūracijos“ būdu. Šioje konfigūracijoje stiprinimo koeficientas yra dviejų tranzistorių sandaugos rezultatas.

Darlingtono tranzistorius

Darlingtono tranzistoriai paprastai pridedami prie dviejų bipolinių PNP ir NPN tipo tranzistorių, kai jie yra sujungti taip, kad pradinio tranzistoriaus stiprinimo vertė padauginta iš antrojo tranzistoriaus įtaiso stiprinimo vertės.

Tai duoda rezultatą, kai prietaisas veikia kaip vienas tranzistorius, turintis didžiausią srovės stiprinimą net ir esant minimaliai bazinės srovės vertei. Visas dabartinis Darlingtono jungiklio įtaiso stiprinimas yra tiek PNP, tiek NPN tranzistorių srovės stiprinimo verčių sandauga ir tai reiškia:

β = β1 × β2

Atsižvelgiant į pirmiau nurodytus taškus, Darlingtono tranzistoriai, turintys didžiausią β ir kolektoriaus srovės vertę, yra potencialiai susiję su vieno tranzistoriaus perjungimu.

Pavyzdžiui, kai įvesties tranzistoriaus srovės stiprinimo vertė yra 100, o antrojo - 50, tada bendras srovės stiprinimas yra

β = 100 × 50 = 5000

Taigi, kai apkrovos srovė yra 200 mA, tada dabartinė Darlingtono tranzistoriaus reikšmė baziniame gnybte yra 200 mA / 5000 = 40 µAmps, o tai labai sumažėja, palyginti su praėjusiais 1 mAmp vienam įrenginiui.

Darlingtono konfigūracijos

Darlingtono tranzistoriuje daugiausia yra du konfigūracijos tipai

Darlingtono tranzistoriaus jungiklio konfigūracija rodo, kad dviejų prietaisų kolektoriaus gnybtai yra prijungti prie pradinio tranzistoriaus, turinčio ryšį su antrojo tranzistoriaus įtaiso kraštu, emiterio gnybto. Taigi, srovės vertė pirmojo tranzistoriaus emiterio gnybte susiformuos, nes antrojo tranzistoriaus įėjimo srovė ją įjungs.

Pirmasis įvesties tranzistorius gauna savo įėjimo signalą pagrindiniame gnybte. Įvesties tranzistorius sustiprinamas įprastu būdu ir jis naudojamas kitiems išėjimo tranzistoriams valdyti. Antrasis prietaisas sustiprina signalą, todėl gaunama maksimali srovės stiprinimo vertė. Viena iš esminių Darlingtono tranzistoriaus savybių yra jo didžiausias srovės stiprinimas, kai jis susijęs su vienu BJT įrenginiu.

Be maksimalios įtampos ir srovės perjungimo charakteristikų galimybės, kita papildoma nauda yra maksimalus perjungimo greitis. Ši perjungimo operacija leidžia prietaisą specialiai naudoti keitiklio grandinėms, nuolatinės srovės varikliui, apšvietimo grandinėms ir žingsninio variklio reguliavimo tikslams.

Variantas, į kurį reikia atsižvelgti naudojant Darlingtono tranzistorius, nei įprastų pavienių BJT tipų tranzistoriai, įgyvendinant tranzistorių kaip jungiklį, yra tai, kad įėjimo įtampa pagrindo ir spinduolio jungties vietoje turi būti didesnė, o tai yra beveik 1,4 V silicio tipo įtaisams, kaip dėl dviejų PN jungčių nuoseklaus sujungimo.

Kai kurie įprasti tranzistoriaus kaip jungiklio taikymo būdai

Tranzistoriuje kolektoriaus grandinėje srovė negali tekėti, nebent srovė teka pagrindo grandinėje. Ši savybė leis tranzistorių naudoti kaip jungiklį. Transistorių galima įjungti arba išjungti keičiant pagrindą. Yra keletas tranzistorių valdomų perjungimo grandinių pritaikymų. Aš laikiau NPN tranzistorių paaiškinti keletą programų, kurios naudoja tranzistoriaus jungiklį.

Šviesos valdomas jungiklis

Grandinė sukurta naudojant tranzistorių kaip jungiklį, kad apšviestumėte lemputę šviesioje aplinkoje ir išjungtumėte ją tamsoje ir Nuo šviesos priklausomas rezistorius (LDR) potencialiame daliklyje. Kai aplinka tamsu LDR atsparumas tampa aukštas. Tada tranzistorius išjungiamas. Kai LDR veikia ryški šviesa, jo varža sumažėja iki mažesnės vertės, todėl padidėja maitinimo įtampa ir padidėja tranzistoriaus bazinė srovė. Dabar tranzistorius įjungtas, teka kolektoriaus srovė ir lemputė užsidega.

Šilumos valdomas jungiklis

Vienas svarbus šiluminio jungiklio grandinės komponentas yra termistorius. Termistorius yra tam tikro tipo rezistorius kad reaguoja priklausomai nuo aplinkos temperatūros. Jo atsparumas padidėja, kai temperatūra yra žema, ir atvirkščiai. Pritaikius šilumą ant termistoriaus, jo varža sumažėja, o bazinė srovė padidėja, o vėliau padidėja kolektoriaus srovė ir pūs sirena. Ši konkreti grandinė tinka kaip priešgaisrinė signalizacija .

“grandinės kūrimas manekenams pdf ”

Šilumos valdomas jungiklis

Nuolatinės srovės variklio valdymas (tvarkyklė) esant aukštai įtampai

Apsvarstykite, kad tranzistoriui netaikoma įtampa, tada tranzistorius išsijungia ir srovė juo netekės. Vadinasi estafetė lieka OFF būsenoje. Maitinimas nuolatinės srovės varikliui maitinamas iš relės gnybto Paprastai uždarytas (NC), todėl variklis sukasi, kai relė yra išjungtoje būsenoje. Naudojant aukštą įtampą tranzistoriaus BC548 pagrinde, įsijungia tranzistorius ir relės ritė.

Praktinis pavyzdys

Čia mes žinosime bazinės srovės vertę, reikalingą tranzistoriui visiškai įjungti būseną ON, kai apkrovai reikalinga 200mA srovė, kai įėjimo vertė yra padidinta iki 5v. Be to, žinokite Rb vertę.

Tranzistoriaus bazinė srovės vertė yra

Ib = Ic / β laikykite β = 200

Ib = 200mA / 200 = 1mA

Pagrindinė tranzistoriaus varžos vertė yra Rb = (Vin - Vbe) / Ib

Rb = (5 - 0,7) / 1 × 10^-3

Rb = 4,3 kΩ

Transistorių jungikliai yra plačiai naudojami įvairiose programose, pvz., Sujungiant didžiulę srovę ar didelę įtampos įrangą, pvz., Variklius, reles ar žibintus, iki minimalios įtampos vertės, skaitmeninių IC arba naudojami loginiuose vartuose, tokiuose kaip AND vartai ar OR. Be to, kai iš loginių vartų tiekiama išvestis yra + 5v, tuo tarpu prietaisui, kurį reikia reguliuoti, gali tekti 12v arba net 24v maitinimo įtampos.

Arba gali reikėti, kad apkrova, pvz., Nuolatinės srovės variklis, stebėtų jo greitį per tam tikrus nuolatinius impulsus. Transistorių jungikliai leidžia šią operaciją atlikti greičiau ir paprasčiau nei palyginti su tradiciniais mechaniniais jungikliais.

Kodėl verta naudoti tranzistorių, o ne jungiklį?

Įgyvendinant tranzistorių jungiklio vietoje, net minimalus bazinės srovės kiekis reguliuoja didesnę apkrovos srovę kolektoriaus gnybte. Naudojant tranzistorius jungiklio vietoje, šie prietaisai palaikomi relėmis ir solenoidais. Tuo atveju, kai reikia reguliuoti aukštesnį srovės ar įtampos lygį, naudojami Darlingtono tranzistoriai.

Apibendrinant galima pasakyti, kad yra kelios sąlygos, kurios taikomos, kai tranzistorius veikia kaip jungiklis

Naudojant BJT kaip jungiklį, jis turi būti įjungtas arba neužbaigtas, arba įjungtas.
Naudojant tranzistorių kaip jungiklį, minimali bazinės srovės vertė reguliuoja padidėjusią kolektoriaus apkrovos srovę.
Įgyvendinant tranzistorius perjungti kaip reles ir solenoidus, tada geriau naudoti smagratis diodus.
Norint reguliuoti didesnes įtampos ar srovių vertes, Darlingtono tranzistoriai veikia geriausiu atveju.

Šis straipsnis pateikė išsamią ir aiškią informaciją apie tranzistorius, veikiančius regionus, veikiančius kaip jungiklis, charakteristikas, praktinius pritaikymus. Kita svarbi ir susijusi tema turi būti žinoma skaitmeninis loginis tranzistoriaus jungiklis ir jo veikimo schema?