Transistor als schakelaar gebruiken

Het belangrijkste apparaat in het elektrische en elektronische domein is de geregelde klep die een zwak signaal toelaat om de hoeveelheid stroom te regelen, vergelijkbaar met het mondstuk dat de waterstroom regelt van pompen, buizen en andere. Ooit was deze geregelde klep die in het elektrische domein werd geïmplementeerd vacuümbuizen. De implementatie en het gebruik van de vacuümbuizen waren goed, maar de complicatie hiervan was groot en het verbruik van enorm elektrisch vermogen dat werd geleverd als warmte die de levensduur van de buis verkortte. Ter compensatie van dit probleem was de transistor het apparaat dat een goede oplossing bood die past bij de eisen van de hele elektrische en elektronische industrie. Dit apparaat is uitgevonden door 'William Shockley' in het jaar 1947. Om meer te bespreken, laten we ons verdiepen in het gedetailleerde onderwerp van weten wat een transistor , implementeren transistor als schakelaar , en veel kenmerken.

Wat is de transistor?

Een transistor is een halfgeleiderapparaat met drie aansluitingen die kunnen worden gebruikt voor het schakelen van toepassingen, het versterken van zwakke signalen, en in hoeveelheden van duizenden en miljoenen transistors zijn onderling verbonden en ingebed in een kleine geïntegreerde schakeling / chip, die computergeheugens maakt. Een transistorschakelaar, die wordt gebruikt voor het openen of sluiten van een circuit, wat betekent dat de transistor gewoonlijk wordt gebruikt als schakelaar in de elektronische apparaten, alleen voor de laagspanningstoepassingen vanwege de lage kracht consumptie. Transistor werkt als een schakelaar wanneer deze zich in de cutoff- en saturatiegebieden bevindt.

Soorten BJT-transistors

Kortom, een transistor bestaat uit twee PN-overgangen, deze overgangen worden gevormd door het N-type of P-type te klemmen halfgeleider materiaal tussen een paar van het tegenovergestelde type halfgeleidermaterialen.

Bipolaire overgang transistors zijn ingedeeld in typen

• NPN
• PNP

De transistor heeft drie terminals, namelijk Base, Emitter , en Collector. De emitter is een zwaar gedoteerde terminal en zendt de elektronen uit in het basisgebied. De Base-aansluiting is licht gedoteerd en geeft de emitter-geïnjecteerde elektronen door aan de collector. De collectorterminal is tussentijds gedoteerd en verzamelt elektronen van de basis.

Een NPN-type transistor is de samenstelling van twee N-type gedoteerde halfgeleidermaterialen tussen een P-type gedoteerde halfgeleiderlaag zoals hierboven getoond. Evenzo zijn A PNP-type transistors de samenstelling van twee P-type gedoteerde halfgeleidermaterialen tussen een N-type gedoteerde halfgeleiderlaag zoals hierboven getoond. De werking van zowel de NPN- als de PNP-transistor is hetzelfde, maar verschillen in termen van hun voorspanning en polariteit van de voeding.

Transistor als schakelaar

Als het circuit de BJT-transistor als een schakelaar h, dan is de voorspanning van de transistor, ofwel NPN of PNP, ingericht om de transistor aan beide zijden van de hieronder getoonde I-V karakteristieken te laten werken. Een transistor kan worden bediend in drie modi: actief gebied, verzadigingsgebied en afsnijgebied. In het actieve gebied werkt de transistor als versterker. Als transistorschakelaar werkt hij in twee regio's en die zijn Verzadigingsgebied (volledig AAN) en de Afgesneden regio (volledig UIT). De transistor als een schakelschema van een schakelaar is

Transistor als schakelaar

Zowel de typen NPN- als PNP-transistors kunnen als schakelaars worden gebruikt. Er zijn maar weinig toepassingen die een vermogenstransistor gebruiken als schakelhulpmiddel. Tijdens deze toestand is het misschien niet nodig om een ​​andere signaaltransistor te gebruiken om deze transistor aan te sturen.

Bedrijfsmodi van transistors

We kunnen aan de hand van de bovenstaande kenmerken zien dat het roze gearceerde gebied onderaan de curven het afsnijgebied vertegenwoordigt en het blauwe gebied links het verzadigingsgebied van de transistor. deze transistorgebieden worden gedefinieerd als

Afgesneden regio

De bedrijfsomstandigheden van de transistor zijn nul-ingangsbasisstroom (IB = 0), nul-uitgangscollectorstroom (Ic = 0) en maximale collectorspanning (VCE), wat resulteert in een grote uitputtingslaag en er loopt geen stroom door het apparaat.

Daarom wordt de transistor op 'Volledig UIT' geschakeld. Dus we kunnen het afsnijgebied definiëren bij het gebruik van een bipolaire transistor als een schakelaar als zijnde, de knooppunten van NPN-transistors zijn tegengesteld voorgespannen, VB<0.7v and Ic=0. Similarly, for PNP transistors, the emitter potential must be –ve with respect to the base of the transistor.

Afgesneden modus

Vervolgens kunnen we het 'afsnijgebied' of 'UIT-modus' definiëren wanneer een bipolaire transistor als schakelaar wordt gebruikt als zijnde, beide knooppunten omgekeerd voorgespannen, IC = 0 en VB<0.7v. For a PNP transistor, the Emitter potential must be -ve with respect to the base terminal.

Cut-off regiokarakteristieken

De kenmerken in afgesneden regio zijn:

• Zowel de basis- als de ingangsklemmen zijn geaard, wat betekent '0'v
• Het spanningsniveau op de basis-emitterovergang is minder dan 0,7 V.
• De basis-emitterovergang bevindt zich in een omgekeerde toestand
• Hier functioneert de transistor als een OPEN-schakelaar
• Wanneer de transistor volledig UIT is, beweegt hij naar het afsnijgebied
• De basis-collectorovergang bevindt zich in een omgekeerde toestand
• Er zal geen stroom vloeien in de collectorterminal, wat betekent dat Ic = 0
• De spanningswaarde op de emitter-collectorovergang en op de uitgangsklemmen is '1'

Verzadigingsgebied

In dit gebied wordt de transistor voorgespannen zodat de maximale hoeveelheid basisstroom (IB) wordt toegepast, wat resulteert in maximale collectorstroom (IC = VCC / RL) en vervolgens resulteert in de minimale collector-emitterspanning (VCE ~ 0) laten vallen. Bij deze toestand wordt de uitputtingslaag zo klein als de mogelijke en maximale stroom die door de transistor vloeit. Daarom wordt de transistor “Volledig AAN” geschakeld.

Verzadigingsmodus

De definitie van 'verzadigingsgebied' of 'AAN-modus' wanneer een bipolaire NPN-transistor als schakelaar wordt gebruikt, zijn beide knooppunten voorwaarts voorgespannen, IC = Maximum en VB> 0,7 V. Voor een PNP-transistor moet de emitterpotentiaal + ve zijn ten opzichte van de basis. Dit is de werking van de transistor als schakelaar ​

Kenmerken van het verzadigingsgebied

De verzadigingskenmerken zijn:

• Zowel de basis- als de ingangsklemmen zijn verbonden met Vcc = 5v
• Het spanningsniveau op de basis-emitterovergang is meer dan 0,7 V.
• De basis-emitterovergang bevindt zich in voorwaarts voorgespannen toestand
• Hier functioneert de transistor als een GESLOTEN schakelaar
• Wanneer de transistor volledig UIT is, beweegt hij naar het verzadigingsgebied
• De basis-collectorovergang bevindt zich in voorwaartse voorgespannen toestand
• De huidige stroom in de collectorterminal is Ic = (Vcc / RL)
• De spanningswaarde op de emitter-collectorovergang en op de uitgangsklemmen is '0'
• Wanneer de spanning op de collector-emitterovergang ‘0’ is, betekent dit een ideale verzadigingstoestand

tevens de werking van transistor als schakelaar kan in detail worden uitgelegd zoals hieronder:

Transistor als een schakelaar - NPN

Afhankelijk van de aangelegde spanningswaarde aan de basisrand van de transistor vindt er schakelfunctie plaats. Als er een goede hoeveelheid spanning is die ~ 0,7V is tussen de emitter en de basisranden, dan is de stroom van spanning op de collector naar de emitterrand nul. De transistor in deze toestand fungeert dus als een schakelaar en de stroom die door de collector vloeit, wordt beschouwd als de transistorstroom.

Op dezelfde manier, wanneer er geen spanning op de ingangsklem staat, functioneert de transistor in het afsnijgebied en functioneert hij als een open circuit. Bij deze schakelmethode komt de aangesloten belasting in contact met het schakelpunt waar deze als referentiepunt fungeert. Dus wanneer de transistor in de 'AAN'-toestand gaat, zal er een stroom van de bronterminal naar de aarde gaan via belasting.

NPN-transistor als schakelaar

Laten we een voorbeeld bekijken om duidelijk te zijn van deze overstapmethode.

Stel dat een transistor een basisweerstandswaarde heeft van 50kOhm, de weerstand aan de collectorrand 0,7kOhm is en de aangelegde spanning van 5V en beschouwt de bètawaarde als 150. Aan de basisrand wordt een signaal toegepast dat varieert tussen 0 en 5V . Dit komt overeen dat de collectoruitgang wordt waargenomen door de ingangsspanningswaarden te wijzigen die 0 en 5V zijn. Beschouw het volgende diagram.

Toen V_DIT= 0, dan ik_C= V_DC/ R_C

IC = 5 / 0,7

De stroom op de collectorterminal is dus 7,1 mA

Omdat de bètawaarde 150 is, is Ib = Ic / β

Ib = 7,1 / 150 = 47,3 µA

De basisstroom is dus 47,3 µA

Met de bovenstaande waarden is de hoogste stroomwaarde op de collectorterminal 7,1 mA in de toestand dat de collector-tot-emitterspanning nul is en de basisstroomwaarde 47,3 µA. Zo is bewezen dat wanneer de waarde van de stroom aan de basisrand wordt verhoogd tot boven 47,3 µA, de NPN-transistor naar het verzadigingsgebied beweegt.

Stel dat een transistor een ingangsspanning heeft van 0V. Dit betekent dat de basisstroom ‘0’ is en dat wanneer de emitterovergang geaard is, de emitter- en basisovergang zich niet in de doorstuurvoorspanning bevinden. De transistor staat dus in de UIT-modus en de spanningswaarde aan de collectorrand is 5V.

Vc = Vcc - (IcRc)

= 5-0

Vc = 5V

Stel dat een transistor een ingangsspanning heeft van 5V. Hier kan de huidige waarde aan de basisrand worden gekend door te gebruiken Het spanningsprincipe van Kirchhoff ​

Ib = (Vi - Vbe) / Rb

Wanneer een siliciumtransistor wordt beschouwd, heeft deze Vbe = 0,7V

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

Ib = 56,8 µA

Het is dus bewezen dat wanneer de waarde van de stroom aan de basisrand wordt verhoogd tot boven 56,8 µA, de NPN-transistor naar een verzadigingsgebied beweegt bij een ingangsconditie van 5V.

Transistor als een schakelaar - PNP

De schakelfunctie voor zowel de PNP- als de NPN-transistors is vergelijkbaar, maar de variatie is dat in de PNP-transistor de stroom van de basisterminal komt. Deze schakelconfiguratie wordt gebruikt voor de negatieve massaverbindingen. Hier heeft de basisrand een negatieve biasverbinding in overeenstemming met de emitterrand. Wanneer de spanning op de basisaansluiting meer is, zal er een basisstroom vloeien. Voor de duidelijkheid, dat wanneer er een zeer minimale of -ve spanningskleppen bestaan, dit de transistor als kortgesloten zo niet open circuit maakt of anders hoge impedantie ​

Bij dit type verbinding staat de belasting samen met een referentiepunt in verbinding met de schakeluitgang. Wanneer de PNP-transistor AAN staat, zal er stroom vloeien van bron naar belasting en vervolgens naar aarde via een transistor.

PNP-transistor als schakelaar

Net als bij NPN-transistorschakelwerking, bevindt de PNP-transistoringang zich ook op de basisrand, terwijl de emitterterminal in verbinding staat met een vaste spanning en de collectorterminal via een belasting met de aarde is verbonden. De onderstaande afbeelding legt het circuit uit.

Hier bevindt de basisterminal zich altijd in een negatieve voorspanningstoestand in overeenstemming met de emitterrand en de basis waarmee deze is verbonden aan de negatieve kant en de emitter aan de positieve kant van de ingangsspanning. Dit betekent dat de spanning aan de basis naar de emitter negatief is en de spanning op de emitter naar de collector positief. Er zal dus transistorgeleiding zijn wanneer de emitterspanning een positiever niveau heeft dan die van basis- en collectorterminals. De spanning aan de basis zou dus negatiever moeten zijn dan die van andere terminals.

Om de waarde van collector- en basisstromen te kennen, hebben we de onderstaande uitdrukkingen nodig.

Ic = Ie - Ib

Ic = β. een

Waar Ub = Ic / β

Laten we een voorbeeld bekijken om duidelijk te zijn van deze overstapmethode.

Stel dat het belastingscircuit 120 mA nodig heeft en de bètawaarde van de transistor 120 is. Dan is de stroomwaarde die nodig is om de transistor in de verzadigingsmodus te brengen

Ib = Ic / β

= 120 mAmps / 100

Ib = 1 mAmp

Dus als er een basisstroom is van 1 mAmp, dan is de transistor volledig AAN. Terwijl in praktische scenario's ongeveer 30-40 procent van meer stroom nodig is voor een goede transistorverzadiging. Dit betekent dat de basisstroom die nodig is voor het apparaat 1,3 mAmp is.

Schakelwerking van Darlington-transistor

In enkele gevallen is de stroomversterking van gelijkstroom in het BJT-apparaat zeer minimaal voor het direct schakelen van de belastingsspanning of -stroom. Daarom worden schakeltransistors gebruikt. In deze toestand is een klein transistorapparaat inbegrepen voor AAN en UIT van een schakelaar en een verhoogde stroomwaarde voor het regelen van de uitgangstransistor.

Om de signaalversterking te verbeteren, zijn twee transistors aangesloten op de manier van 'complementaire versterkingscompounding-configuratie'. In deze configuratie is de versterkingsfactor het resultaat van het product van twee transistors.

Darlington-transistor

Darlington-transistors worden meestal meegeleverd met twee bipolaire PNP- en NPN-transistors, waar deze zijn verbonden op een manier dat de versterkingswaarde van de initiële transistor wordt vermenigvuldigd met de versterkingswaarde van de tweede transistorinrichting.

Dit levert het resultaat op waarbij het apparaat functioneert als een enkele transistor met maximale stroomversterking, zelfs bij een minimale basisstroomwaarde. De hele huidige winst van het Darlington-schakelapparaat is het product van de huidige versterkingswaarden van zowel PNP- als NPN-transistors en dit wordt weergegeven als:

β = β1 × β2

Met de bovenstaande punten zijn Darlington-transistors met maximale β- en collectorstroomwaarden mogelijk gerelateerd aan het schakelen van een enkele transistor.

Als de ingangstransistor bijvoorbeeld een stroomversterkingswaarde van 100 heeft en de tweede een versterkingswaarde van 50, dan is de totale stroomversterking

β = 100 × 50 = 5000

Dus als de belastingsstroom 200 mA is, dan is de stroomwaarde in de Darlington-transistor aan de basisaansluiting 200 mA / 5000 = 40 µAmps, wat een grote afname is in vergelijking met de vorige 1 mAmp voor een enkel apparaat.

Darlington-configuraties

Er zijn hoofdzakelijk twee configuratietypen in de Darlington-transistor en dat zijn

De schakelaarconfiguratie van de Darlington-transistor toont aan dat de collectorklemmen van de twee apparaten zijn verbonden met de emitteraansluiting van de initiële transistor die een verbinding heeft met de basisrand van het tweede transistorapparaat. De stroomwaarde aan de emitteraansluiting van de eerste transistor zal dus worden gevormd als de ingangsstroom van de tweede transistor deze dus in Aan-toestand maakt.

De ingangstransistor die de eerste is, krijgt zijn ingangssignaal op de basisaansluiting. De ingangstransistor wordt op een algemene manier versterkt en deze wordt gebruikt om de volgende uitgangstransistors aan te sturen. Het tweede apparaat verbetert het signaal en dit resulteert in een maximale waarde van de huidige versterking. Een van de cruciale kenmerken van de Darlington-transistor is de maximale stroomversterking in relatie tot het enkele BJT-apparaat.

Naast het vermogen van maximale spannings- en stroomschakelkarakteristieken, is het andere extra voordeel de maximale schakelsnelheden. Door deze schakelhandeling kan het apparaat specifiek worden gebruikt voor invertercircuits, DC-motoren, verlichtingscircuits en stappenmotorregelingen.

De variatie waarmee rekening moet worden gehouden bij het gebruik van Darlington-transistors dan die van conventionele enkele BJT-typen bij het implementeren van de transistor als een schakelaar, is dat de ingangsspanning aan de basis- en emitterovergang meer moet zijn, wat bijna 1,4 V is voor een siliciumtype apparaat, zoals vanwege een serieschakeling van de twee PN-overgangen.

Enkele van de meest voorkomende praktische toepassingen van transistor als schakelaar

In een transistor kan er, tenzij er een stroom vloeit in het basiscircuit, geen stroom vloeien in het collectorcircuit. Met deze eigenschap kan een transistor als schakelaar worden gebruikt. De transistor kan AAN of UIT worden geschakeld door de basis te veranderen. Er zijn een paar toepassingen van schakelcircuits die worden bediend door transistors. Hier heb ik de NPN-transistor overwogen om een ​​paar toepassingen uit te leggen die transistorschakelaar gebruiken.

Licht bediende schakelaar

Het circuit is ontworpen door een transistor als schakelaar te gebruiken, om de lamp in een heldere omgeving aan te steken en uit te schakelen in het donker en een Lichtafhankelijke weerstand (LDR) in de potentiële verdeler. Als de omgeving donker is LDR's weerstand wordt hoog. Vervolgens wordt de transistor uitgeschakeld. Wanneer de LDR wordt blootgesteld aan het heldere licht, daalt de weerstand naar een lagere waarde, wat resulteert in meer voedingsspanning en een verhoging van de basisstroom van de transistor. Nu is de transistor ingeschakeld, vloeit de collectorstroom en gaat de lamp branden.

Door warmte bediende schakelaar

Een belangrijk onderdeel in het circuit van een door warmte bediende schakelaar is de thermistor. De thermistor is een soort weerstand dat reageert afhankelijk van de omgevingstemperatuur. De weerstand neemt toe als de temperatuur laag is en vice versa. Wanneer warmte wordt toegepast op de thermistor, daalt de weerstand en neemt de basisstroom toe, gevolgd door een grotere toename van de collectorstroom en zal de sirene blazen. Dit specifieke circuit is geschikt als brandmeldinstallatie ​

Door warmte bediende schakelaar

DC-motorbesturing (driver) in het geval van hoge spanningen

Bedenk dat er geen spanning op de transistor staat, dan wordt de transistor UIT en loopt er geen stroom doorheen. Vandaar het relais blijft in de UIT-toestand. Stroom naar de DC-motor wordt gevoed door de normaal gesloten (NC) klem van het relais, zodat de motor zal draaien wanneer het relais in de UIT-stand staat. Het aanleggen van hoge spanning aan de basis van transistor BC548 zorgt ervoor dat de transistor AAN wordt gezet en de relaisspoel wordt bekrachtigd.

Praktisch voorbeeld

Hier gaan we de waarde kennen van de basisstroom die nodig is om een ​​transistor volledig in AAN-toestand te brengen, waarbij de belasting een stroom van 200mA nodig heeft wanneer de ingangswaarde wordt verhoogd tot 5v. Ken ook de waarde van Rb.

De basis huidige waarde van transistor is

Ib = Ic / β beschouw β = 200

Ib = 200mA / 200 = 1mA

De basisweerstandswaarde van de transistor is Rb = (Vin - Vbe) / Ib

Rb = (5 - 0,7) / 1 × 10^-3

Rb = 4,3 kΩ

Transistorschakelaars worden veel gebruikt in meerdere toepassingen, zoals het koppelen van enorme stroom of hoge waarde van spanningsapparatuur zoals motoren, relais of lichten tot de minimale waarde van spanning, digitale IC's of worden gebruikt in logische poorten zoals EN-poorten of OF. Ook wanneer de output geleverd door de logische poort + 5v is, terwijl het apparaat dat moet worden geregeld, misschien 12v of zelfs 24v van de voedingsspanning nodig heeft.

Of de belasting zoals DC-motor kan nodig hebben om zijn snelheid te laten bewaken via een aantal continue pulsen. Met transistorschakelaars is deze handeling sneller en eenvoudiger dan in vergelijking met traditionele mechanische schakelaars.

Waarom een ​​transistor gebruiken in plaats van een switch?

Bij het implementeren van een transistor in de plaats van een schakelaar, regelt zelfs een minimale hoeveelheid basisstroom een ​​hogere belastingsstroom in de collectorterminal. Met behulp van transistors in plaats van schakelaar worden deze apparaten ondersteund met relais en solenoïdes. Terwijl in het geval dat hogere niveaus van stromen of spanningen moeten worden geregeld, Darlington-transistors worden gebruikt.

Over het geheel genomen, als samenvatting, zijn er maar een paar van de voorwaarden die worden toegepast terwijl de transistor als een schakelaar werkt

• Tijdens het gebruik van BJT als schakelaar, moet dan ofwel onvolledig AAN of volledig AAN worden bediend.
• Bij gebruik van een transistor als schakelaar, regelt een minimale waarde van de basisstroom een ​​verhoogde collectorbelastingsstroom.
• Bij het implementeren van transistors om te schakelen als relais en solenoïdes, is het beter om vliegwieldiodes te gebruiken.
• Om grotere waarden van spanning of stromen te regelen, werken de Darlington-transistors op zijn best.

En dit artikel heeft uitgebreide en duidelijke informatie gegeven over transistor, werkregio's, werkend als een schakelaar, kenmerken, praktische toepassingen. Het andere cruciale en gerelateerde onderwerp dat bekend moet zijn, is wat is digitale logische transistorschakelaar en zijn werking, schakelschema?