Dispozitivul principal din domeniul electric și electronic este supapa reglată care permite unui semnal slab să regleze cantitatea mai mare de debit similar cu duza care reglează debitul de apă din pompe, tuburi și altele. La un moment dat, această supapă reglată care a fost implementată în domeniul electric era tuburile de vid. Implementarea și utilizarea tuburilor de vid au fost bune, dar complicația cu aceasta a fost mare și consumul de energie electrică uriașă care a fost livrat sub formă de căldură care a întrerupt durata de viață a tubului. Pentru a compensa această problemă, tranzistorul a fost dispozitivul care a oferit o soluție bună care se potrivește cerințelor întregii industrii electrice și electronice. Acest dispozitiv a fost inventat de „William Shockley” în anul 1947. Pentru a discuta mai multe, să ne scufundăm în subiectul detaliat al cunoașterii a ceea ce este un tranzistor , implementare tranzistor ca întrerupător și multe caracteristici.

Ce este tranzistorul?

Un tranzistor este un dispozitiv semiconductor cu trei terminale care poate fi utilizat pentru comutarea aplicațiilor, amplificarea semnalelor slabe și în cantități de mii și milioane de tranzistoare sunt interconectate și încorporate într-un mic circuit integrat / cip, care face memorii de computer. Un comutator de tranzistor, care este utilizat pentru deschiderea sau închiderea unui circuit, ceea ce înseamnă că tranzistorul este utilizat în mod obișnuit ca întrerupător în dispozitivele electronice numai pentru aplicațiile de joasă tensiune din cauza putere consum. Tranzistorul funcționează ca un comutator atunci când este în regiunile de întrerupere și de saturație.

Tipuri de tranzistoare BJT

Practic, un tranzistor este format din două joncțiuni PN, aceste joncțiuni sunt formate prin sandwich-uri fie de tip N, fie de tip P semiconductor material între o pereche de tipul opus de materiale semiconductoare.

Joncțiune bipolară tranzistoarele sunt clasificate în tipuri

NPN
PNP

Tranzistorul are trei terminale, și anume baza, Emițător și colecționar. Emițătorul este un terminal puternic dopat și emite electronii în regiunea de bază. Terminalul de bază este ușor dopat și trece electronii injectați de emițător pe colector. Terminalul colector este dopat intermediar și colectează electronii de la bază.

Un tranzistor de tip NPN este compoziția a două materiale semiconductoare dopate de tip N între un strat de semiconductor dopat de tip P așa cum se arată mai sus. În mod similar, tranzistoarele de tip PNP sunt compoziția a două materiale semiconductoare dopate de tip P între un strat de semiconductor dopat de tip N așa cum se arată mai sus. Funcționarea tranzistorului NPN și PNP este aceeași, dar diferă în ceea ce privește polarizarea și polaritatea sursei de alimentare.

Tranzistorul ca un comutator

Dacă circuitul utilizează BJT tranzistor ca switc h, atunci polarizarea tranzistorului, fie NPN, fie PNP este aranjată pentru a opera tranzistorul pe ambele părți ale curbelor de caracteristici I-V prezentate mai jos. Un tranzistor poate fi operat în trei moduri, regiune activă, regiune de saturație și regiune de întrerupere. În regiunea activă, tranzistorul funcționează ca amplificator. Ca un comutator de tranzistor, acesta funcționează în două regiuni și acestea sunt Regiunea de saturație (complet pornit) și Regiunea de tăiere (complet oprit). tranzistor ca diagramă a circuitului de comutare este

Tranzistorul ca un comutator

Ambele tipuri de tranzistoare NPN și PNP pot fi acționate ca întrerupătoare. Puține dintre aplicații utilizează un tranzistor de putere ca instrument de comutare. În această condiție, s-ar putea să nu existe cerința utilizării unui alt tranzistor de semnal pentru a conduce acest tranzistor.

Moduri de operare ale tranzistoarelor

Putem observa din caracteristicile de mai sus, zona umbrită roz din partea de jos a curbelor reprezintă regiunea de tăiere, iar zona albastră din stânga reprezintă regiunea de saturație a tranzistorului. aceste regiuni ale tranzistorului sunt definite ca

Regiunea de tăiere

Condițiile de funcționare ale tranzistorului sunt curentul de bază de intrare zero (IB = 0), curentul colectorului de ieșire zero (Ic = 0) și tensiunea maximă a colectorului (VCE) care are ca rezultat un strat de epuizare mare și nu curge curent prin dispozitiv.

Prin urmare, tranzistorul este comutat pe „Complet-OPRIT”. Deci, putem defini regiunea de tăiere atunci când se utilizează un tranzistor bipolar ca un comutator ca fiind, deranjează joncțiunile tranzistorilor NPN sunt polarizate invers, VB<0.7v and Ic=0. Similarly, for PNP transistors, the emitter potential must be –ve with respect to the base of the transistor.

Modul Cut-Off

Atunci putem defini „regiunea de tăiere” sau „modul OFF” atunci când se utilizează un tranzistor bipolar ca întrerupător, ambele joncțiuni polarizate invers, IC = 0 și VB<0.7v. For a PNP transistor, the Emitter potential must be -ve with respect to the base terminal.

Caracteristicile regiunii de tăiere

Caracteristicile în regiunea de tăiere sunt:

Atât terminalele de bază, cât și cele de intrare sunt împământate, ceea ce înseamnă „0’v
Nivelul de tensiune la joncțiunea bază-emițător este mai mic de 0,7v
Joncțiunea bază-emițător este în stare de polarizare inversă
Aici, tranzistorul funcționează ca un comutator OPEN
Când tranzistorul este complet OPRIT, acesta se deplasează în regiunea de tăiere
Joncțiunea bază-colector este în stare de polarizare inversă
Nu va exista flux de curent în terminalul colector, ceea ce înseamnă Ic = 0
Valoarea tensiunii la joncțiunea emițător-colector și la bornele de ieșire este „1”

Regiunea de saturație

În această regiune, tranzistorul va fi polarizat astfel încât să se aplice cantitatea maximă de curent de bază (IB), rezultând un curent maxim al colectorului (IC = VCC / RL) și rezultând apoi tensiunea minimă a colector-emițătorului (VCE ~ 0) cădere brusca. În această condiție, stratul de epuizare devine cât mai mic posibil curentul maxim și maxim care curge prin tranzistor. Prin urmare, tranzistorul este pornit „Complet-ON”.

Mod de saturație

Definiția „regiunii de saturație” sau „modul ON” atunci când se utilizează un tranzistor NPN bipolar ca comutator, ambele joncțiuni sunt polarizate înainte, IC = Maxim și VB> 0,7v. Pentru un tranzistor PNP, potențialul emițătorului trebuie să fie + ve față de bază. Acesta este funcționarea tranzistorului ca un comutator .

Caracteristicile regiunii de saturație

caracteristicile de saturație sunt:

Atât terminalele de bază, cât și cele de intrare sunt conectate la Vcc = 5v
Nivelul de tensiune la joncțiunea bază-emițător este mai mare de 0,7v
Joncțiunea bază-emițător este în condiții de polarizare directă
Aici, tranzistorul funcționează ca un comutator ÎNCHIS
Când tranzistorul este complet OPRIT, acesta se deplasează în regiunea de saturație
Joncțiunea bază-colector se află în stare polarizată înainte
Debitul curent în terminalul colector este Ic = (Vcc / RL)
Valoarea tensiunii la joncțiunea emițător-colector și la bornele de ieșire este ‘0’
Când tensiunea la joncțiunea colector-emițător este ‘0’, aceasta înseamnă condiție ideală de saturație

In plus funcționarea tranzistorului ca un comutator poate fi explicat în detaliu după cum urmează:

“ce este un circuit flip flop ”

Tranzistorul ca switch - NPN

În funcție de valoarea tensiunii aplicate la marginea de bază a tranzistorului, are loc funcționalitatea de comutare. Când există o cantitate bună de tensiune care este de ~ 0,7 V între emițător și marginile bazei, atunci fluxul de tensiune la colector la marginea emițătorului este zero. Deci, tranzistorul în această stare funcționează ca un comutator și curentul care curge prin colector este considerat curentul tranzistorului.

În același mod, atunci când nu există tensiune aplicată la terminalul de intrare, atunci tranzistorul funcționează în regiunea de întrerupere și funcționează ca un circuit deschis. În această metodă de comutare, sarcina conectată în contact cu punctul de comutare în care acesta acționează ca punct de referință. Deci, atunci când tranzistorul se mută în starea „ON”, va exista un flux de curent de la terminalul sursă la sol prin sarcină.

Tranzistor NPN ca switch

Pentru a fi clar de această metodă de comutare, să luăm în considerare un exemplu.

Să presupunem că un tranzistor are o valoare a rezistenței de bază de 50kOhm, rezistența la marginea colectorului este de 0,7kOhm și tensiunea aplicată este de 5V și consideră valoarea beta ca 150. La marginea de bază, se aplică un semnal care variază între 0 și 5V . Aceasta corespunde că ieșirea colectorului este observată prin modificarea valorilor tensiunii de intrare care sunt 0 și 5V. Luați în considerare următoarea diagramă.

Când V_ACEST= 0, apoi eu_C= V_DC/ R_C

IC = 5 / 0,7

Deci, curentul la terminalul colector este de 7,1 mA

Deoarece valoarea beta este 150, atunci Ib = Ic / β

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

Deci, curentul de bază este de 47,3 µA

Cu valorile de mai sus, cea mai mare valoare a curentului la terminalul colectorului este de 7,1 mA, în condiția în care tensiunea colector-emițător este zero și valoarea curentului de bază este de 47,3 µA. Astfel, s-a dovedit că atunci când valoarea curentului la marginea de bază este mărită peste 47,3 µA, atunci tranzistorul NPN se mută în regiunea de saturație.

“schema circuitului controlerului de încărcare a bateriei solare ”

Să presupunem că un tranzistor are o tensiune de intrare de 0V. Acest lucru înseamnă că curentul de bază este ‘0’ și când joncțiunea emițătorului este împământată, atunci emițătorul și joncțiunea de bază nu vor fi în stare de polarizare a redirecționării. Deci, tranzistorul este în modul OFF și valoarea tensiunii la marginea colectorului este de 5V.

Vc = Vcc - (IcRc)

= 5-0

Vc = 5V

Să presupunem că un tranzistor are o tensiune de intrare de 5V. Aici, valoarea curentă la marginea de bază poate fi cunoscută folosind Principiul tensiunii lui Kirchhoff .

Ib = (Vi - Vbe) / Rb

Când este luat în considerare un tranzistor de siliciu, acesta are Vbe = 0,7V

Deci, Ib = (5-0.7) / 50

Ib = 56,8 uA

Astfel, s-a dovedit că atunci când valoarea curentului la marginea de bază este mărită peste 56,8 µA, atunci tranzistorul NPN se mută într-o regiune de saturație la o condiție de intrare de 5V.

Tranzistor ca switch - PNP

Funcționalitatea de comutare pentru tranzistoarele PNP și NPN este similară, dar variația este că în tranzistorul PNP, fluxul de curent este de la terminalul de bază. Această configurație de comutare este utilizată pentru conexiunile de masă negative. Aici, marginea de bază are o conexiune de polarizare negativă în corespondență cu marginea emițătorului. Când tensiunea la borna de bază este mai mare -ve, atunci va exista un flux de curent de bază. Pentru a fi clar, că atunci când există supape de tensiune foarte minime sau -ve, atunci acest lucru face ca tranzistorul să fie scurtcircuitat dacă nu este deschis sau altfel impedanta mare .

În acest tip de conexiune, sarcina este în legătură cu ieșirea de comutare împreună cu un punct de referință. Când tranzistorul PNP este în stare ON, va exista curent de curent de la sursă la încărcare și apoi la masă printr-un tranzistor.

PNP tranzistor ca comutator

La fel ca în cazul operațiunii de comutare a tranzistorului NPN, intrarea tranzistorului PNP este, de asemenea, la marginea bazei, în timp ce terminalul emițătorului este conectat la o tensiune fixă, iar terminalul colector este conectat la sol printr-o sarcină. Imaginea de mai jos explică circuitul.

Aici terminalul de bază este întotdeauna într-o stare de polarizare negativă în corespondență cu marginea emițătorului și baza pe care a conectat-o pe partea negativă și emițătorul pe partea pozitivă a tensiunii de intrare. Aceasta înseamnă că tensiunea de la bază la emițător este negativă, iar tensiunea la emițător la colector este pozitivă. Deci, va exista conductivitate a tranzistorului atunci când tensiunea emițătorului are un nivel mai pozitiv decât cel al bornelor de bază și colector. Astfel, tensiunea la bază ar trebui să fie mai negativă decât cea a altor terminale.

Pentru a cunoaște valoarea colectorului și a curenților de bază, avem nevoie de expresiile de mai jos.

Ic = Ie - Ib

Ic = β. unu

Unde Ub = Ic / β

Pentru a fi clar de această metodă de comutare, să luăm în considerare un exemplu.

Să presupunem că circuitul de sarcină are nevoie de 120 mA și valoarea beta a tranzistorului este de 120. Atunci valoarea curentă necesară pentru ca tranzistorul să fie în modul de saturație este

Ib = Ic / β

= 120 mAmps / 100

Ib = 1 mAmp

Deci, atunci când există un curent de bază de 1 mAmp, atunci tranzistorul este complet în stare ON. În timp ce în scenarii practice, aproximativ 30-40 la sută din curent mai mare este necesar pentru o saturație adecvată a tranzistorului. Aceasta înseamnă că curentul de bază necesar pentru dispozitiv este de 1,3 mAmp.

Operațiunea de comutare a tranzistorului Darlington

În câteva cazuri, câștigul curentului de curent continuu în dispozitivul BJT este foarte minim pentru comutarea directă a tensiunii sau curentului de sarcină. Din această cauză, sunt utilizate tranzistoarele de comutare. În această condiție, este inclus un dispozitiv cu tranzistor mic pentru pornirea și oprirea unui comutator și o valoare crescută a curentului pentru reglarea tranzistorului de ieșire.

Pentru a spori câștigul semnalului, doi tranzistori sunt conectați în modul „configurației de compunere a câștigului complementar”. În această configurație, factorul de amplificare este rezultatul produsului a două tranzistoare.

Darlington Tranzistor

Tranzistori Darlington sunt de obicei incluse cu două tipuri de tranzistori bipolari PNP și NPN în care acestea sunt conectate în modul în care valoarea câștigului tranzistorului inițial este multiplicată cu valoarea câștigului celui de-al doilea dispozitiv de tranzistor.

Acest lucru produce rezultatul în care dispozitivul funcționează ca un singur tranzistor având un câștig maxim de curent chiar și pentru o valoare minimă a curentului de bază. Întregul câștig curent al dispozitivului de comutare Darlington este produsul valorilor de câștig curent atât ale tranzistoarelor PNP, cât și ale tranzistorilor NPN, reprezentate ca:

β = β1 × β2

Cu punctele de mai sus, tranzistoarele Darlington cu valori maxime β și curentul colectorului sunt potențial legate de comutarea unui singur tranzistor.

De exemplu, atunci când tranzistorul de intrare are o valoare de câștig de curent de 100 și al doilea are o valoare de câștig de 50, atunci câștigul total de curent este

β = 100 × 50 = 5000

Deci, atunci când curentul de încărcare este de 200 mA, atunci valoarea curentă în tranzistorul Darlington la terminalul de bază este de 200 mA / 5000 = 40 µAmp, ceea ce reprezintă o scădere excelentă în comparație cu ultimii 1 mAmp pentru un singur dispozitiv.

Configurări Darlington

Există în principal două tipuri de configurație în tranzistorul Darlington și acestea sunt

Configurația comutatorului tranzistorului Darlington demonstrează că terminalele colectoare ale celor două dispozitive sunt conectate cu terminalul emițător al tranzistorului inițial care are o conexiune cu marginea de bază a celui de-al doilea dispozitiv de tranzistor. Deci, valoarea curentului la terminalul emițător al primului tranzistor se va forma pe măsură ce curentul de intrare al celui de-al doilea tranzistor îl face astfel în stare On.

Tranzistorul de intrare care este primul primește semnalul de intrare la terminalul de bază. Tranzistorul de intrare se amplifică într-un mod general și acesta este utilizat pentru a conduce următoarele tranzistoare de ieșire. Al doilea dispozitiv îmbunătățește semnalul și rezultă o valoare maximă a câștigului curent. Una dintre caracteristicile cruciale ale tranzistorului Darlington este câștigul său maxim de curent atunci când este legat de dispozitivul BJT unic.

În plus față de capacitatea de tensiune maximă și caracteristicile de comutare a curentului, celălalt avantaj adăugat este viteza maximă de comutare. Această operație de comutare permite dispozitivului să fie utilizat în mod specific pentru circuite invertor, motor DC, circuite de iluminat și reglarea motorului pas cu pas.

Variația care trebuie luată în considerare în timpul utilizării tranzistoarelor Darlington decât cea a tipurilor convenționale unice BJT atunci când se implementează tranzistorul ca un comutator este că tensiunea de intrare la baza și joncțiunea emițătorului trebuie să fie mai mare, care este de aproape 1,4v pentru dispozitivul cu siliciu, ca din cauza unei conexiuni în serie a celor două joncțiuni PN.

Unele dintre aplicațiile practice comune ale tranzistorului ca comutator

Într-un tranzistor, dacă nu circulă un curent în circuitul de bază, nu poate curge curent în circuitul colector. Această proprietate va permite ca un tranzistor să fie folosit ca întrerupător. Tranzistorul poate fi pornit sau oprit schimbând baza. Există câteva aplicații ale circuitelor de comutare operate de tranzistoare. Aici, am considerat tranzistorul NPN pentru a explica câteva aplicații care utilizează comutatorul tranzistorului.

Comutator cu lumină

Circuitul este proiectat folosind un tranzistor ca întrerupător, pentru a aprinde becul într-un mediu luminos și pentru a-l opri în întuneric și Rezistor dependent de lumină (LDR) în divizorul potențial. Când mediul este întunecat Rezistența LDR devine ridicat. Apoi tranzistorul este oprit. Când LDR este expus la lumina puternică, rezistența sa scade la o valoare mai mică, rezultând o tensiune de alimentare mai mare și creșterea curentului de bază al tranzistorului. Acum tranzistorul este pornit, curentul colectorului curge și becul se aprinde.

Comutator cu căldură

O componentă importantă în circuitul unui întrerupător acționat termic este termistorul. Termistorul este un tip de rezistor care răspunde în funcție de temperatura din jur. Rezistența sa crește atunci când temperatura este scăzută și invers. Când se aplică căldură termistorului, rezistența acestuia scade și curentul de bază crește, urmat de o creștere mai mare a curentului colectorului și sirena va sufla. Acest circuit special este potrivit ca sistem de alarmă la incendiu .

“coborâți transformatorul de la 230v la 12v ”

Comutator cu căldură

Control motor DC (driver) în cazul tensiunilor înalte

Luați în considerare că nu se aplică tensiune tranzistorului, apoi tranzistorul devine OFF și nu va circula curent prin el. Prin urmare releul rămâne în starea OFF. Puterea motorului de curent continuu este alimentat de la terminalul normal închis (NC) al releului, astfel încât motorul se va roti atunci când releul este în starea OFF. Aplicarea tensiunii ridicate la baza tranzistorului BC548 determină pornirea tranzistorului și a bobinei releului să se energizeze.

Exemplu practic

Aici vom cunoaște valoarea curentului de bază care este necesar pentru a transforma complet un tranzistor în starea ON, unde sarcina are nevoie de un curent de 200mA când valoarea de intrare este mărită la 5v. De asemenea, cunoașteți valoarea Rb.

Valoarea curentă de bază a tranzistorului este

Ib = Ic / β consideră β = 200

Ib = 200mA / 200 = 1mA

Valoarea rezistenței de bază a tranzistorului este Rb = (Vin - Vbe) / Ib

Rb = (5 - 0,7) / 1 × 10^-3

Rb = 4.3kΩ

Comutatoarele de tranzistor sunt utilizate pe scară largă în aplicații multiple, cum ar fi interfațarea curentului imens sau a valorii ridicate a echipamentelor de tensiune, cum ar fi motoare, relee sau lumini la valoarea minimă a tensiunii, IC-uri digitale sau utilizate în porți logice, cum ar fi porțile ȘI sau OR. De asemenea, atunci când ieșirea livrată de la poarta logică este de + 5v, în timp ce dispozitivul care trebuie reglat ar putea avea nevoie de 12v sau chiar 24v din tensiunea de alimentare.

Sau sarcina ca Motorul DC ar putea necesita monitorizarea vitezei prin intermediul unor impulsuri continue. Comutatoarele cu tranzistor permit această operațiune să fie mai rapidă și mai simplă decât în comparație cu cea a comutatoarelor mecanice tradiționale.

De ce să folosiți tranzistorul în loc de comutator?

În timp ce implementați un tranzistor în locul unui comutator, chiar și o cantitate minimă de curent de bază reglează un curent de sarcină mai mare în terminalul colector. Folosind tranzistoare în locul comutatorului, aceste dispozitive sunt acceptate cu relee și solenoizi. În timp ce în cazul în care se vor regla niveluri mai mari de curenți sau tensiuni, atunci se utilizează tranzistoarele Darlington.

În ansamblu, ca rezumat, câteva dintre condițiile care sunt aplicate în timpul funcționării tranzistorului ca comutator sunt

În timp ce utilizați BJT ca comutator, atunci trebuie să fie acționat fie ON incomplet, fie condiții complete ON.
În timp ce utilizați un tranzistor ca întrerupător, o valoare minimă a curentului de bază reglează creșterea curentului de încărcare a colectorului.
În timp ce implementați tranzistoare pentru a comuta ca relee și solenoizi, atunci este mai bine să utilizați diode cu volant.
Pentru a regla valori mai mari ale tensiunii sau ale curenților, tranzistoarele Darlington funcționează cel mai bine.

Și acest articol a furnizat informații complete și clare despre tranzistor, regiunile de operare, funcționând ca un comutator, caracteristici, aplicații practice. Celălalt subiect crucial și conex care trebuie cunoscut este ce este comutator tranzistor logică digitală și funcționarea sa, schema de circuit?