Transistor berekenen als een schakelaar

Probeer Ons Instrument Voor Het Oplossen Van Problemen





Hoewel transistors (BJT's) in de volksmond worden gebruikt voor het maken van versterkercircuits, kunnen deze ook effectief worden gebruikt voor schakeltoepassingen.

Een transistorschakelaar is een schakeling waarin de collector van de transistor AAN / UIT wordt geschakeld met een relatief grotere stroom als reactie op een overeenkomstig schakelende lage stroom AAN / UIT-signaal bij zijn basisemitter.



Als voorbeeld het volgende De BJT-configuratie kan als schakelaar worden gebruikt voor het omkeren van een ingangssignaal voor een computerlogica-schakeling.

Hier kunt u zien dat de uitgangsspanning Vc tegengesteld is aan de potentiaal die over de basis / emitter van de transistor wordt aangelegd.



Ook is de basis niet verbonden met een vaste gelijkstroombron, in tegenstelling tot op versterkers gebaseerde circuits. De collector heeft een gelijkstroombron die overeenkomt met de voedingsniveaus van het systeem, bijvoorbeeld 5 V en 0 V in dit computertoepassingsgeval.

We zullen het hebben over hoe deze spanningsinversie zou kunnen worden ontworpen om ervoor te zorgen dat het werkpunt correct schakelt van afgesneden naar verzadiging langs de belastingslijn, zoals weergegeven in de volgende afbeelding:

Voor het huidige scenario hebben we in de bovenstaande figuur aangenomen dat IC = ICEO = 0 mA, wanneer IB = 0 uA (een goede benadering met betrekking tot het verbeteren van bouwstrategieën). Laten we bovendien aannemen dat VCE = VCE (sat) = 0 V, in plaats van het gebruikelijke 0,1 tot 0,3 V-niveau.

Nu zal bij Vi = 5 V de BJT worden ingeschakeld, en de ontwerpoverweging moet ervoor zorgen dat de configuratie in hoge mate verzadigd is, met een grootte van IB die meer kan zijn dan de waarde die is geassocieerd met de IB-curve, gezien dicht bij het verzadigingsniveau.

Zoals in de bovenstaande figuur kan worden opgemaakt, vereist deze voorwaarde dat IB groter is dan 50 uA.

Verzadigingsniveaus berekenen

Het collectorverzadigingsniveau voor het weergegeven circuit kan worden berekend met behulp van de formule:

IC (sat) = Vcc / Rc

De grootte van de basisstroom in het actieve gebied net voor het verzadigingsniveau kan worden berekend met behulp van de formule:

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

Dit houdt in dat, om het verzadigingsniveau te implementeren, aan de volgende voorwaarde moet worden voldaan:

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

In de hierboven besproken grafiek, wanneer Vi = 5 V, kan het resulterende IB-niveau op de volgende manier worden geëvalueerd:

Als we de vergelijking 2 testen met deze resultaten, krijgen we:

Dit lijkt perfect te voldoen aan de vereiste voorwaarde. Ongetwijfeld zal elke waarde van IB die hoger is dan 60 uA toegestaan ​​worden over het Q-punt over de lastlijn die extreem dicht bij de verticale as ligt.

Nu, uitgaande van het BJT-netwerk dat in het eerste diagram wordt getoond, terwijl Vi = 0 V, IB = 0 uA, en aangenomen IC = ICEO = 0 mA, zal de vluchtige daling die over RC optreedt, zijn volgens de formule:

VRC = ICRC = 0 V.

Dit geeft ons VC = +5 V voor het eerste diagram hierboven.

Deze BJT-configuratie kan naast computerlogoc-omschakeltoepassingen ook worden geïmplementeerd als een schakelaar met dezelfde extreme punten van de belastingslijn.

Wanneer verzadiging plaatsvindt, heeft de huidige IC de neiging behoorlijk hoog te worden, waardoor de spanning VCE naar een laagste punt daalt.

Dit geeft aanleiding tot een weerstandsniveau over de twee terminals zoals weergegeven in de volgende afbeelding en berekend met behulp van de volgende formule:

R (sat) = VCE (sat) / IC (sat) zoals aangegeven in de volgende afbeelding.

Als we een typische gemiddelde waarde voor de VCE (sat) aannemen, zoals 0,15 V in de bovenstaande formule, krijgen we:

Deze weerstandswaarde over de collector-emitteraansluitingen ziet er vrij klein uit in vergelijking met een serieweerstand in kilo-ohm op de collector-aansluitingen van de BJT.

Nu, wanneer de ingang Vi = 0 V, wordt de BJT-omschakeling afgesneden, waardoor de weerstand over de collectorzender wordt:

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

Dit geeft aanleiding tot een situatie van het type open circuit over de collector-emitteraansluitingen. Als we een typische waarde van 10 uA voor de ICEO beschouwen, is de waarde van de afsnijweerstand als volgt:

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

Deze waarde ziet er aanzienlijk groot uit en komt overeen met een open circuit voor de meeste BJT-configuraties als schakelaar.

Een praktisch voorbeeld oplossen

Bereken de waarden van RB en RC voor een transistorschakelaar die is geconfigureerd als een omvormer hieronder, aangezien ICmax = 10mA

De formule voor het uitdrukken van collectorverzadiging is:

ICsat = Vcc / Rc

∴ 10 mA = 10 V / Rc

∴ Rc = 10 V / 10 mA = 1 kΩ

Ook op verzadigingspunt

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

Laten we voor een gegarandeerde verzadiging IB = 60 μA selecteren en de formule gebruiken

IB = Vi - 0,7 V / RB, we krijgen

RB = 10 V - 0,7 V / 60 μA = 155 kΩ,

Als we het bovenstaande resultaat afronden op 150 kΩ en de bovenstaande formule opnieuw evalueren, krijgen we:

IB = Vi - 0,7 V / RB

= 10 V - 0,7 V / 150 kΩ = 62 μA,

aangezien IB = 62 μA ICsat / βdc = 40 μA

Dit bevestigt dat we RB = 150 kΩ moeten gebruiken

Schakelende transistors berekenen

U zult speciale transistors vinden die schakeltransistors worden genoemd vanwege hun snelle omschakelingssnelheid van het ene spanningsniveau naar het andere.

De volgende afbeelding vergelijkt de tijdsperioden gesymboliseerd als ts, td, tr en tf met de collectorstroom van het apparaat.

Het effect van de tijdsperioden op de reactie van de collectorsnelheid wordt bepaald door de reactie van de collectorstroom, zoals hieronder weergegeven:

De totale tijd die de transistor nodig heeft om over te schakelen van de 'uit' naar de 'aan' -toestand wordt gesymboliseerd als t (aan) en kan worden vastgesteld met de formule:

t (aan) = tr + td

Hier identificeert td de vertraging die optreedt terwijl het ingangsschakelsignaal van status verandert en de transistoruitgang reageert op de verandering. De tijd tr geeft de laatste schakelvertraging aan van 10% tot 90%.

De totale tijd die een bJt nodig heeft van een ingeschakelde toestand naar een uitgeschakelde toestand wordt aangegeven als t (uit) en uitgedrukt door de formule:

t (uit) = ts + tf

ts bepaalt de opslagtijd, terwijl tf de valtijd van 90% tot 10% van de oorspronkelijke waarde identificeert.

Verwijzend naar de bovenstaande grafiek, voor een BJT voor algemeen gebruik, als de collectorstroom Ic = 10 mA, kunnen we zien dat:

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

wat betekent t (aan) = tr + td = 13 ns + 25 ns = 38 ns

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




Een paar: Hoe maak je thuis PCB's Vervolg: Zenerdiodecircuits, kenmerken, berekeningen