Hur man använder Transistor som en omkopplare

Den huvudsakliga anordningen inom den elektriska och elektroniska domänen är den reglerade ventilen som tillåter en svag signal att reglera den större mängden flöde som liknar munstycket som reglerar vattenflödet från pumpar, rör och andra. Vid en period var denna reglerade ventil som implementerades i den elektriska domänen vakuumrör. Implementeringen och användningen av vakuumrören var bra, men komplikationen med detta var stor och förbrukningen av enorm elektrisk kraft som levererades som värme som avkortade rörets livstid. Som kompensation för denna fråga var transistorn den enhet som gav en bra lösning som passar kraven för hela el- och elektronikindustrin. Denna enhet uppfanns av 'William Shockley' år 1947. För att diskutera mer, låt oss dyka in i det detaljerade ämnet att veta vad som är en transistor , genomförande transistor som omkopplare och många egenskaper.

Vad är transistorn?

En transistor är en treterminal halvledaranordning som kan användas för att byta applikationer, förstärkning av svaga signaler och i mängder av tusentals och miljontals transistorer är sammankopplade och inbäddade i en liten integrerad krets / chip som gör datorminnen. En transistoromkopplare, som används för att öppna eller stänga en krets, vilket innebär att transistorn vanligtvis används som en omkopplare i de elektroniska enheterna endast för lågspänningsapplikationer på grund av dess låga kraft konsumtion. Transistor fungerar som en omkopplare när den är i avstängnings- och mättnadsregioner.

Typer av BJT-transistorer

I grund och botten består en transistor av två PN-korsningar, dessa korsningar bildas genom att klämma in antingen N-typ eller P-typ halvledare material mellan ett par av motsatt typ av halvledarmaterial.

Bipolär korsning transistorer klassificeras i olika typer

• NPN
• PNP

Transistorn har tre terminaler, nämligen Base, Emitter och Collector. Emittern är en starkt dopad terminal och den sänder ut elektronerna i basregionen. Basterminalen är lätt dopad och passerar de emitterinsprutade elektronerna till samlaren. Samlarterminalen är mellanliggande dopad och samlar elektroner från basen.

En transistor av NPN-typ är sammansättningen av två dopade halvledarmaterial av N-typ mellan ett dopat halvledarskikt av P-typ som visas ovan. På liknande sätt är transistorer av PNP-typ sammansättningen av två dopade halvledarmaterial av P-typ mellan ett dopat halvledarskikt av N-typ som visas ovan. Funktionen för både NPN- och PNP-transistorn är densamma men skiljer sig åt när det gäller deras förspänning och strömförsörjningspolaritet.

Transistor som omkopplare

Om kretsen använder BJT-transistor som en switc h, då är förspänningen av transistorn, antingen NPN eller PNP anordnad att manövrera transistorn på båda sidor av IV-karakteristikkurvorna som visas nedan. En transistor kan manövreras i tre lägen, aktiv region, mättnadsregion och avskärningsregion. I det aktiva området fungerar transistorn som en förstärkare. Som en transistoromkopplare fungerar den i två regioner och de är Mättnadsregion (helt på) och Avskärningsregion (helt AV). De transistor som kopplingsschema är

Transistor som omkopplare

Båda typerna NPN- och PNP-transistorer kan användas som omkopplare. Få av applikationerna använder en krafttransistor som ett omkopplingsverktyg. Under detta tillstånd kanske det inte finns något krav på att använda en annan signaltransistor för att driva denna transistor.

Driftlägen för transistorer

Vi kan observera från ovanstående egenskaper, det rosa skuggade området längst ned i kurvorna representerar avskärningsområdet och det blå området till vänster representerar transistorns mättnadsregion. dessa transistorregioner definieras som

Avskärningsregion

Transistorns driftsförhållanden är noll ingångsbasström (IB = 0), noll utgående kollektorström (Ic = 0) och maximal kollektorspänning (VCE) vilket resulterar i ett stort utarmningsskikt och ingen ström som strömmar genom enheten.

Därför växlas transistorn till 'Full-OFF'. Så vi kan definiera avskärningsregionen när vi använder en bipolär transistor som en omkopplare som att vara, stör korsningarna mellan NPN-transistorerna är omvänd förspända, VB<0.7v and Ic=0. Similarly, for PNP transistors, the emitter potential must be –ve with respect to the base of the transistor.

Cut-Off Mode

Sedan kan vi definiera 'avskärningsregionen' eller 'AV-läge' när vi använder en bipolär transistor som en omkopplare, båda korsningarna är förspända, IC = 0 och VB<0.7v. For a PNP transistor, the Emitter potential must be -ve with respect to the base terminal.

Avgränsade regionegenskaper

Egenskaperna i den avskurna regionen är:

• Både bas- och ingångsterminalerna är jordade vilket betyder att '0'v
• Spänningsnivån vid bas-emitterkorsningen är mindre än 0,7v
• Bas-emitter-korsningen är i omvänd förspänt tillstånd
• Här fungerar transistorn som en OPEN-omkopplare
• När transistorn är helt AV, rör sig den till avskärningsområdet
• Bas-kollektorövergången är i omvänd förspänt tillstånd
• Det kommer inte att finnas något strömflöde i kollektorterminalen vilket betyder Ic = 0
• Spänningsvärdet vid emitter-kollektorövergången och vid utgångarna är '1'

Mättnadsregion

I detta område kommer transistorn att vara förspänd så att den maximala mängden basström (IB) appliceras, vilket resulterar i maximal kollektorström (IC = VCC / RL) och sedan resulterar i minsta kollektor-emitterspänning (VCE ~ 0) släppa. Vid detta tillstånd blir utarmningsskiktet så liten som den möjliga och maximala strömmen som flyter genom transistorn. Därför kopplas transistorn till “Full-ON”.

Mättnadsläge

Definitionen av 'mättnadsregion' eller 'PÅ-läge' när man använder en bipolär NPN-transistor som en omkopplare, båda korsningarna är förspända, IC = Maximum och VB> 0,7v. För en PNP-transistor måste emitterpotentialen vara + ve i förhållande till basen. Det här är transistorn fungerar som en omkopplare .

Mättnad Region Egenskaper

De mättnadsegenskaper är:

• Både bas- och ingångsterminalerna är anslutna till Vcc = 5v
• Spänningsnivån vid bas-emitter-korsningen är mer än 0,7v
• Bas-emitter-korsningen är i förspänt tillstånd
• Här fungerar transistorn som en STÄNGD omkopplare
• När transistorn är helt AV, rör sig den till mättnadsregionen
• Bas-samlarförbindelsen är i förspänt tillstånd
• Strömmen i uppsamlingsterminalen är Ic = (Vcc / RL)
• Spänningsvärdet vid emitter-kollektorövergången och vid utgångarna är '0'
• När spänningen vid kollektor-emitterkorsningen är '0' betyder detta idealiskt mättnadstillstånd

Dessutom har arbetar av transistorn som en omkopplare kan förklaras i detalj enligt nedan:

Transistor som omkopplare - NPN

Beroende på det applicerade spänningsvärdet vid transistorns baskant sker omkopplingsfunktionalitet. När det finns en bra mängd spänning som är ~ 0,7V mellan emittern och baskanterna är spänningsflödet vid kollektorn till emitterkanten noll. Så, transistorn i detta tillstånd fungerar som en omkopplare och strömmen som strömmar genom kollektorn betraktas som transistorströmmen.

På samma sätt, när det inte finns någon spänning på ingångsterminalen, fungerar transistorn i avstängningsområdet och fungerar som en öppen krets. I denna omkopplingsmetod är den anslutna belastningen i kontakt med kopplingspunkten där denna fungerar som referenspunkt. Så när transistorn rör sig i 'ON' -läget kommer det att finnas ett strömflöde från källterminalen till marken via belastning.

NPN-transistor som omkopplare

För att vara klar över denna växlingsmetod, låt oss överväga ett exempel.

Antag att en transistor har ett grundmotståndsvärde på 50kOhm, motståndet vid kollektorkanten är 0,7kOhm och den applicerade spänningen är 5V och betar betavärdet som 150. Vid baskanten appliceras en signal som varierar mellan 0 och 5V . Detta motsvarar att kollektorutgången observeras genom att ändra ingångsspänningsvärdena som är 0 och 5V. Tänk på följande diagram.

När V_DETTA= 0, då jag_C= V_DC/ R_C

IC = 5 / 0,7

Så strömmen vid kollektorterminalen är 7,1 mA

Eftersom beta-värdet är 150 är Ib = Ic / β

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

Basströmmen är således 47,3 µA

Med ovanstående värden är det högsta strömvärdet vid kollektorterminalen 7,1 mA i tillståndssamlaren till emitterspänningen är noll och basströmvärdet är 47,3 µA. Således blev det bevisat att när strömvärdet vid baskanten förstärks över 47,3 µA, rör sig NPN-transistorn till mättnadsregionen.

Antag att en transistor har en ingångsspänning på 0V. Detta innebär att basströmmen är '0' och när emitterövergången är jordad kommer emitter- och basföreningen inte att vara i vidarebefordrande tillstånd. Så, transistorn är i OFF-läge och spänningsvärdet vid kollektorkanten är 5V.

Vc = Vcc - (IcRc)

= 5-0

Vc = 5V

Antag att en transistor har en ingångsspänning på 5V. Här kan det aktuella värdet vid baskanten kännas med hjälp av Kirchhoffs spänningsprincip .

Ib = (Vi - Vbe) / Rb

När en kiseltransistor beaktas har den Vbe = 0,7V

Så Ib = (5-0,7) / 50

Ib = 56,8 uA

Således blev det bevisat att när strömvärdet vid baskanten förstärks över 56,8 µA, rör sig NPN-transistorn till ett mättnadsområde vid 5V ingångstillstånd.

Transistor som omkopplare - PNP

Växlingsfunktionaliteten för både PNP- och NPN-transistorerna är likartade men variationen är att i PNP-transistorn är strömflödet från basterminalen. Denna omkopplingskonfiguration används för negativa jordanslutningar. Här har baskanten en negativ förspänning i anslutning till emitterkanten. När spänningen vid basterminalen är mer -ve kommer det att flöda basströmmen. För att vara tydlig, att när det finns en mycket minimal eller -ve spänningsventil, så gör detta transistorn så kortsluten om den inte är öppen eller annars hög impedans .

I denna typ av anslutning är belastningen i samband med kopplingsutgången tillsammans med en referenspunkt. När PNP-transistorn är i PÅ-tillstånd kommer det att finnas strömflöde från källa till belastning och sedan till jord via en transistor.

PNP-transistor som omkopplare

På samma sätt som NPN-transistoromkoppling är PNP-transistoringången också vid baskanten, medan emitterterminalen är i anslutning till en fast spänning och kollektorterminalen är ansluten till marken via en belastning. Bilden nedan förklarar kretsen.

Här är basterminalen alltid i ett negativt förspänningstillstånd i överensstämmelse med emitterkanten och basen som den anslöt vid den negativa sidan och emittern vid den positiva sidan av ingångsspänningen. Detta innebär att spänningen vid basen till sändaren är negativ och spänningen vid sändaren till kollektorn är positiv. Så det kommer att finnas transistorkonduktivitet när emitterspänningen har en mer positiv nivå än bas- och kollektorterminalerna. Således bör spänningen vid basen vara mer negativ än hos andra terminaler.

För att känna till värdet av samlar- och basströmmar behöver vi nedanstående uttryck.

Ic = Ie - Ib

Ic = β. Ett

Där Ub = Ic / β

För att vara klar över denna växlingsmetod, låt oss överväga ett exempel.

Antag att belastningskretsen behöver 120 mA och transistorns beta-värde är 120. Då är det aktuella värdet som behövs för att transistorn ska vara i mättnadsläge

Ib = Ic / P

= 120 mA / 100

Ib = 1 mAmp

Så när det finns en basström på 1 mAmp är transistorn helt i ON-tillstånd. I praktiska scenarier är ungefär 30-40 procent mer ström nödvändig för korrekt transistormättnad. Det betyder att basströmmen som är nödvändig för enheten är 1,3 mAmps.

Växling av Darlington Transistor

I några få fall är strömförstärkningen av likström i BJT-enheten mycket minimal för direktkoppling av lastspänningen eller strömmen. På grund av detta används växlingstransistorer. I detta tillstånd ingår en liten transistoranordning för PÅ och AV för en omkopplare och ett ökat strömvärde för reglering av utgångstransistorn.

För att förbättra signalförstärkningen är två transistorer anslutna i vägen för 'kompletterande förstärkningskompositionskonfiguration'. I denna konfiguration är förstärkningsfaktorn resultatet av produkten av två transistorer.

Darlington Transistor

Darlington-transistorer ingår vanligtvis med två bipolära PNP- och NPN-typer av transistorer där dessa är anslutna på så sätt att förstärkningsvärdet för den initiala transistorn multipliceras med förstärkningsvärdet för den andra transistoranordningen.

Detta ger resultatet där enheten fungerar som en enda transistor med maximal strömförstärkning även för ett minimalt basströmvärde. Hela strömförstärkningen för Darlington-omkopplarna är produkten av strömförstärkningsvärdena för både PNP- och NPN-transistorer och detta representeras som:

β = β1 × β2

Med ovanstående punkter är Darlington-transistorer som har maximala β- och kollektorströmvärden potentiellt relaterade till omkopplingen av en enda transistor.

Till exempel, när ingångstransistorn har ett strömförstärkningsvärde på 100 och den andra har ett förstärkningsvärde på 50, så är den totala strömförstärkningen

β = 100 × 50 = 5000

Så när belastningsströmmen är 200 mA, så är strömvärdet i Darlington-transistorn vid basterminalen 200 mA / 5000 = 40 µAmps vilket är en stor minskning jämfört med tidigare 1 mAmp för en enda enhet.

Darlington-konfigurationer

Det finns huvudsakligen två konfigurationstyper i Darlington-transistorn och de är

Brytarkonfigurationen för Darlington-transistorn visar att kollektorterminalerna för de två enheterna är anslutna till emitterterminalen för den initiala transistorn som har en förbindelse med baskanten på den andra transistoranordningen. Så, strömvärdet vid emitterterminalen för den första transistorn kommer att bildas då ingångsströmmen för den andra transistorn därmed gör den i On-tillstånd.

Ingångstransistorn som är den första får sin insignal vid basterminalen. Ingångstransistorn förstärks på ett allmänt sätt och detta används för att driva nästa utgångstransistorer. Den andra anordningen förbättrar signalen och detta resulterar i ett maximalt värde för strömförstärkningen. En av de avgörande funktionerna i Darlington-transistorn är dess maximala strömförstärkning när den är relaterad till den enda BJT-enheten.

Förutom förmågan för maximal spännings- och strömomkopplingsegenskaper är den andra extra fördelen dess maximala omkopplingshastigheter. Denna omkopplingsfunktion gör att enheten kan användas specifikt för inverterarkretsar, likströmsmotor, belysningskretsar och stegmotorreglering.

Variationen att ta hänsyn till vid användning av Darlington-transistorer än den för konventionella enskilda BJT-typer när transistorn implementeras som en omkopplare är att ingångsspänningen vid bas- och emitterförbindelsen kräver att vara mer vilket är nästan 1,4 v för kiseltyp av enhet, som på grund av en seriekoppling av de två PN-korsningarna.

Några av de vanligaste praktiska tillämpningarna av Transistor som en switch

I en transistor, såvida inte en ström flyter i baskretsen, finns det ingen ström som kan strömma i kollektorkretsen. Den här egenskapen gör det möjligt att använda en transistor som omkopplare. Transistorn kan slås PÅ eller AV genom att ändra basen. Det finns några tillämpningar av omkopplingskretsar som drivs av transistorer. Här ansåg jag NPN-transistor för att förklara några applikationer som använder transistoromkopplare.

Ljusstyrd strömbrytare

Kretsen är designad med hjälp av en transistor som omkopplare, för att tända lampan i en ljus miljö och för att stänga av den i mörkret och en Ljusberoende motstånd (LDR) i den potentiella delaren. När miljön är mörk LDR: s motstånd blir hög. Sedan stängs transistorn av. När LDR utsätts för starkt ljus faller dess motstånd till mindre värde vilket resulterar i mer matningsspänning och höjer basströmmen för transistorn. Nu är transistorn påslagen, kollektorströmmen flödar och lampan tänds.

Värmestyrd strömbrytare

En viktig komponent i kretsen hos en värmestyrd omkopplare är termistorn. Termistorn är en typ av motstånd som svarar beroende på omgivningstemperaturen. Dess motstånd ökar när temperaturen är låg och tvärtom. När värmen appliceras på termistorn sjunker dess motstånd och basströmmen ökar följt av en större ökning av kollektorströmmen och sirenen kommer att blåsa. Denna specifika krets är lämplig som brandlarmsystem .

Värmestyrd strömbrytare

DC Motor Control (driver) i fallet med högspänning

Tänk på att ingen spänning appliceras på transistorn, då blir transistorn AV och ingen ström kommer att strömma genom den. Därmed reläet förblir i OFF-läge. Ström till DC-motorn matas från reläets normalt stängda terminal (NC) så att motorn roterar när reläet är i OFF-läge. Tillförseln av högspänning vid basen av transistorn BC548 gör att transistorn och reläspolen slås PÅ.

Praktiskt exempel

Här kommer vi att känna till värdet på basströmmen som krävs för att göra en transistor helt i ON-tillstånd där belastningen behöver en ström på 200 mA när ingångsvärdet förstärks till 5 v. Vet också värdet på Rb.

Basströmvärdet för transistorn är

Ib = Ic / β betrakta β = 200

Ib = 200mA / 200 = 1mA

Basmotståndsvärdet för transistorn är Rb = (Vin - Vbe) / Ib

Rb = (5 - 0,7) / 1 × 10^-3

Rb = 4,3 kΩ

Transistorströmställare används i stor utsträckning i flera applikationer, som gränssnitt för enorm ström eller högt värde för spänningsutrustning såsom motorer, reläer eller lampor till minimivärdet för spänning, digitala IC: er eller används i logiska grindar som OCH-grindar eller ELLER. Dessutom, när utgången från den logiska grinden är + 5v medan enheten som måste regleras kan behöva vissna 12v eller till och med 24v av matningsspänningen.

Eller den belastning som likströmsmotor kan kräva att hastigheten övervakas genom några kontinuerliga pulser. Transistorströmställare tillåter att denna operation går snabbare och enklare än jämfört med traditionella mekaniska brytare.

Varför använda transistor istället för switch?

Medan en transistor implementeras i stället för en omkopplare reglerar även en minimal mängd basström en högre belastningsström i kollektorterminalen. Med hjälp av transistorer i stället för omkopplare stöds dessa enheter med reläer och solenoider. Medan högre nivåer av strömmar eller spänningar ska regleras, används Darlington-transistorer.

Sammanfattningsvis är det som ett fåtal av de villkor som tillämpas när transistorn används som omkopplare

• När du använder BJT som en omkopplare, måste den användas antingen ofullständigt eller fullständigt PÅ.
• Medan en transistor används som omkopplare reglerar ett minimalt värde på basströmmen ökad kollektorbelastningsström.
• Medan du implementerar transistorer för att växla som reläer och solenoider är det bättre att använda svänghjulsdioder.
• För att reglera större värden på antingen spänning eller strömmar fungerar Darlington-transistorerna i bästa fall.

Och den här artikeln har tillhandahållit omfattande och tydlig information om transistor, arbetsregioner, som fungerar som en omkopplare, egenskaper, praktiska tillämpningar. Det andra viktiga och relaterade ämnet som är känt är vad som är digital logisk transistoromkopplare och dess arbete, kretsschema?