Com utilitzar el transistor com a commutador

Com utilitzar el transistor com a commutador

El dispositiu principal del domini elèctric i electrònic és la vàlvula regulada que permet a un senyal feble regular la major quantitat de flux similar al filtre que regula el flux d’aigua de les bombes, tubs i altres. En un moment, aquesta vàlvula regulada que es va implementar en el domini elèctric eren tubs de buit. La implementació i la utilització dels tubs de buit van ser bones, però la complicació amb això va ser gran i el consum d'energia elèctrica enorme que es va subministrar com a calor que va truncar el període de vida del tub. En compensació a aquest problema, el transistor va ser el dispositiu que va proporcionar una bona solució que s'adapta als requisits de tota la indústria elèctrica i electrònica. Aquest dispositiu va ser inventat per 'William Shockley' l'any 1947. Per parlar més, aprofundim en el tema detallat de saber què és un transistor , implementació transistor com a interruptor , i moltes característiques.



Què és el transistor?

Un transistor és un dispositiu semiconductor de tres terminals que es pot utilitzar per a aplicacions de commutació, amplificació de senyals febles i en quantitats de milers i milions de transistors estan interconnectats i incrustats en un petit circuit integrat / xip, que fabrica memòries informàtiques. Un commutador de transistor, que s’utilitza per obrir o tancar un circuit, que significa que el transistor s’utilitza habitualment com a commutador en els dispositius electrònics només per a aplicacions de baixa tensió a causa de la seva baixa poder consum. El transistor funciona com a interruptor quan es troba en regions de tall i saturació.


Tipus de transistors BJT

Bàsicament, un transistor està format per dues unions PN, aquestes unions es formen mitjançant un sandvitx de tipus N o tipus P semiconductor material entre un parell del tipus oposat de materials semiconductors.





Unió bipolar els transistors es classifiquen en tipus

  • NPN
  • PNP

El transistor té tres terminals, a saber, Base, Emissor , i Col·leccionista. L’emissor és un terminal fortament dopat i emet electrons a la regió base. El terminal Base està lleugerament dopat i fa passar els electrons injectats per l’emissor al col·lector. El terminal del col·lector es dopa de manera intermèdia i recull electrons de la base.



Un transistor de tipus NPN és la composició de dos materials semiconductors dopats de tipus N entre una capa de semiconductor dopat de tipus P, tal com es mostra més amunt. De la mateixa manera, els transistors de tipus PNP són la composició de dos materials semiconductors dopats de tipus P entre una capa de semiconductor dopat de tipus N, tal com es mostra més amunt. El funcionament del transistor NPN i PNP és el mateix, però difereix en termes de polarització i polaritat de la font d'alimentació.


Transistor com a commutador

Si el circuit utilitza el fitxer Transistor BJT com a commutador h, llavors la polarització del transistor, ja sigui NPN o PNP, es disposa per fer funcionar el transistor a banda i banda de les corbes de característiques I-V que es mostren a continuació. Un transistor es pot operar en tres modes: regió activa, regió de saturació i regió de tall. A la regió activa, el transistor funciona com a amplificador. Com a commutador de transistor, funciona en dues regions i aquestes són Regió de saturació (totalment activat) i el fitxer Regió de tall (totalment apagat). El transistor com a diagrama de circuit de commutació és

Transistor com a commutador

Transistor com a commutador

Tant els transistors NPN com PNP es poden operar com a commutadors. Poques de les aplicacions utilitzen un transistor de potència com a eina de commutació. Durant aquesta condició, potser no hi haurà cap requisit d'utilitzar un altre transistor de senyal per accionar aquest transistor.

Modes de funcionament dels transistors

Podem observar per les característiques anteriors, la zona ombrejada de color rosa a la part inferior de les corbes representa la regió de tall i la zona blava a l’esquerra representa la regió de saturació del transistor. aquestes regions de transistors es defineixen com

Regió de tall

Les condicions de funcionament del transistor són el corrent base d’entrada zero (IB = 0), el corrent zero del col·lector de sortida (Ic = 0) i la tensió màxima del col·lector (VCE), que provoca una gran capa d’esgotament i no hi circula corrent pel dispositiu.

Per tant, el transistor es commuta a “Totalment apagat”. Per tant, podem definir la regió de tall quan s’utilitza un transistor bipolar com a commutador, ja que molesta les unions dels transistors NPN amb polarització inversa, VB<0.7v and Ic=0. Similarly, for PNP transistors, the emitter potential must be –ve with respect to the base of the transistor.

Mode de tall

Mode de tall

A continuació, podem definir la 'regió de tall' o el 'mode OFF' quan s'utilitza un transistor bipolar com a commutador, ambdues juntes polaritzades inversament, IC = 0 i VB<0.7v. For a PNP transistor, the Emitter potential must be -ve with respect to the base terminal.

Característiques de la regió de tall

Les característiques de la regió de tall són:

  • Tant els terminals de la base com els d’entrada estan connectats a terra, cosa que significa ‘0’v
  • El nivell de tensió a la unió base-emissor és inferior a 0,7 v
  • La unió base-emissor es troba en condicions de polarització inversa
  • Aquí, el transistor funciona com un interruptor OPEN
  • Quan el transistor està completament APAGAT, es mou cap a la regió de tall
  • La unió base-col·lector es troba en condicions de polarització inversa
  • No hi haurà flux de corrent al terminal del col·lector que significa Ic = 0
  • El valor de la tensió a la unió emissor-col·lector i als terminals de sortida és ‘1’

Regió de saturació

En aquesta regió, el transistor es polaritzarà de manera que s’apliqui la quantitat màxima de corrent base (IB), donant lloc a una intensitat màxima del col·lector (IC = VCC / RL) i donant lloc a la tensió mínima del col·lector-emissor (VCE ~ 0) tirar. En aquesta condició, la capa d’esgotament es fa tan petita com sigui possible el màxim i corrent que circula pel transistor. Per tant, el transistor està engegat “Totalment ON”.

Mode de saturació

Mode de saturació

La definició de 'regió de saturació' o 'mode ON' quan s'utilitza un transistor NPN bipolar com a commutador, les dues unions estan esbiaixades cap endavant, IC = màxim i VB> 0,7v. Per a un transistor PNP, el potencial de l'emissor ha de ser + ve respecte a la base. Aquest és el funcionament del transistor com a interruptor .

Característiques de la regió de saturació

El característiques de saturació són:

  • Tant els terminals base com els d'entrada estan connectats a Vcc = 5v
  • El nivell de tensió a la unió base-emissor és superior a 0,7 v
  • La unió base-emissor es troba esbiaixada cap endavant
  • Aquí, el transistor funciona com un interruptor TANCAT
  • Quan el transistor està completament APAGAT, es mou cap a la regió de saturació
  • La unió base-col·lector es troba esbiaixada cap endavant
  • El flux de corrent al terminal del col·lector és Ic = (Vcc / RL)
  • El valor de la tensió a la unió emissor-col·lector i als borns de sortida és ‘0’
  • Quan el voltatge a la unió col·lector-emissor és ‘0’, això significa un estat de saturació ideal

A més, el funcionament del transistor com a interruptor es pot explicar detalladament a continuació:

Transistor com a commutador - NPN

Depenent del valor de tensió aplicat a la vora base del transistor, té lloc la funcionalitat de commutació. Quan hi ha una bona quantitat de voltatge que és de ~ 0,7 V entre l'emissor i les vores de la base, el flux de tensió al col·lector cap a la vora de l'emissor és nul. Per tant, el transistor en aquesta condició funciona com a commutador i el corrent que circula pel col·lector es considera el corrent del transistor.

De la mateixa manera, quan no s’aplica cap tensió al terminal d’entrada, el transistor funciona a la regió de tall i funciona com un circuit obert. En aquest mètode de commutació, la càrrega connectada està en contacte amb el punt de commutació on actua com a punt de referència. Per tant, quan el transistor es traslladi a la condició ‘ON’, hi haurà un flux de corrent des del terminal font cap a terra via la càrrega.

Transistor NPN com a commutador

Transistor NPN com a commutador

Per tenir clar aquest mètode de commutació, considerem un exemple.

Suposem que un transistor té un valor de resistència de base de 50kOhm, la resistència a la vora del col·lector és de 0,7kOhm i la tensió aplicada és de 5V i es considera que el valor beta és 150. A la vora de base, s’aplica un senyal que varia entre 0 i 5V. . Això correspon que la sortida del col·lector s’observa modificant els valors de la tensió d’entrada que són 0 i 5V. Considereu el diagrama següent.

Quan VAIX.= 0, llavors joC= VCC/ RC

IC = 5 / 0,7

Per tant, el corrent al terminal del col·lector és de 7,1 mA

Com que el valor beta és 150, llavors Ib = Ic / β

Ib = 7,1 / 150 = 47,3 µA

Per tant, el corrent base és de 47,3 µA

Amb els valors anteriors, el valor més alt de corrent al terminal del col·lector és de 7,1 mA en la condició que el voltatge del col·lector a l’emissor sigui zero i el valor de corrent base sigui de 47,3 µA. Així, es va demostrar que quan el valor del corrent a la vora base augmenta per sobre de 47,3 µA, el transistor NPN es mou a la regió de saturació.

Suposem que un transistor té una tensió d’entrada de 0V. Això vol dir que el corrent base és ‘0’ i, quan la unió de l’emissor està connectada a terra, l’emissor i la unió base no estaran en condicions de biaix d’enviament. Per tant, el transistor està en mode OFF i el valor de la tensió a la vora del col·lector és de 5V.

Vc = Vcc - (IcRc)

= 5-0

Vc = 5V

Suposem que un transistor té una tensió d’entrada de 5V. Aquí es pot conèixer el valor actual a la vora de la base utilitzant Principi de tensió de Kirchhoff .

Ib = (Vi - Vbe) / Rb

Quan es considera un transistor de silici, té Vbe = 0,7V

Per tant, Ib = (5-0.7) / 50

Ib = 56,8µA

Així, es va demostrar que quan el valor del corrent a la vora de la base augmenta per sobre de 56,8 µA, el transistor NPN es mou a una regió de saturació amb una condició d’entrada de 5V.

Transistor com a commutador - PNP

La funcionalitat de commutació dels transistors PNP i NPN és similar, però la variació és que en el transistor PNP, el flux de corrent prové del terminal base. Aquesta configuració de commutació s’utilitza per a les connexions de terra negatives. Aquí, la vora base té una connexió de biaix negativa en correspondència amb la vora de l'emissor. Quan la tensió al terminal base sigui més -ve, hi haurà un flux de corrent base. Per quedar clar, que quan existeixen unes vàlvules de tensió mínima o v, això fa que el transistor sigui curtcircuitat si no és obert o bé alta impedància .

En aquest tipus de connexió, la càrrega està relacionada amb la sortida de commutació juntament amb un punt de referència. Quan el transistor PNP estigui en ON, hi haurà un flux de corrent de la font a la càrrega i després a la terra a través d’un transistor.

Transistor PNP com a commutador

Transistor PNP com a commutador

Igual que a l’operació de commutació de transistors NPN, l’entrada de transistor PNP també es troba a la vora de la base, mentre que el terminal de l’emissor està connectat a una tensió fixa i el terminal del col·lector està connectat a terra mitjançant una càrrega. La imatge següent explica el circuit.

Aquí el terminal base sempre es troba en una condició de biaix negatiu en correspondència amb la vora de l'emissor i la base que va connectar al costat negatiu i l'emissor al costat positiu de la tensió d'entrada. Això significa que el voltatge a la base de l'emissor és negatiu i el voltatge de l'emissor al col·lector és positiu. Per tant, hi haurà conductivitat del transistor quan la tensió de l’emissor tingui un nivell més positiu que el dels terminals base i col·lector. Per tant, la tensió a la base ha de ser més negativa que la d'altres terminals.

Per conèixer el valor dels corrents de base i de col·lector, necessitem les expressions següents.

Ic = Ie - Ib

Ic = β. Un

On Ub = Ic / β

Per tenir clar aquest mètode de commutació, considerem un exemple.

Suposem que el circuit de càrrega necessita 120 mA i que el valor beta del transistor és de 120. Aleshores, el valor actual que cal que el transistor estigui en mode de saturació és

Ib = Ic / β

= 120 mAmps / 100

Ib = 1 mAmp

Per tant, quan hi ha un corrent base d’1 mAmp, el transistor està completament en estat ON. Mentre que en escenaris pràctics, aproximadament un 30-40 per cent de més corrent és necessari per a una saturació adequada del transistor. Això significa que el corrent base necessari per al dispositiu és de 1,3 mAmps.

Operació de commutació del transistor Darlington

En alguns casos, el guany de corrent de corrent continu al dispositiu BJT és molt mínim per a la commutació directa de la tensió o corrent de càrrega. Per això, s'utilitzen transistors de commutació. En aquesta condició, s'inclou un dispositiu de transistor petit per activar i apagar un commutador i augmentar el valor de corrent per regular el transistor de sortida.

Per tal de millorar el guany del senyal, es connecten dos transistors de manera que es fa una 'configuració de composició de guany complementària'. En aquesta configuració, el factor d'amplificació és el resultat del producte de dos transistors.

Transistor de Darlington

Transistor de Darlington

Transistors de Darlington generalment s’inclouen amb dos tipus de transistors PNP i NPN bipolars on es connecten de la manera que es multiplica el valor de guany del transistor inicial amb el valor de guany del segon dispositiu de transistor.

Això produeix el resultat quan el dispositiu funciona com un transistor únic amb un guany de corrent màxim fins i tot per a un valor de corrent base mínim. Tot el guany actual del dispositiu de commutació de Darlington és el producte dels valors de guany actuals dels transistors PNP i NPN, representats com:

β = β1 × β2

Amb els punts anteriors, els transistors de Darlington amb valors màxims de corrent β i de col·lector estan potencialment relacionats amb la commutació d’un transistor únic.

Per exemple, quan el transistor d’entrada té un valor de guany de corrent de 100 i el segon té un valor de guany de 50, el guany de corrent total és

β = 100 × 50 = 5000

Per tant, quan el corrent de càrrega és de 200 mA, el valor actual del transistor Darlington al terminal base és de 200 mA / 5000 = 40 µAmps, cosa que suposa un gran descens en comparació amb l’últim 1 mAmp d’un sol dispositiu.

Configuracions de Darlington

Hi ha principalment dos tipus de configuració en el transistor de Darlington i aquests sí

La configuració del commutador del transistor Darlington demostra que els terminals de col·lecció dels dos dispositius estan connectats amb el terminal emissor del transistor inicial que té una connexió amb la vora base del segon dispositiu de transistor. Per tant, el valor de corrent al terminal emissor del primer transistor es formarà a mesura que el corrent d’entrada del segon transistor el converteixi en estat On.

El transistor d'entrada que és el primer rep el seu senyal d'entrada al terminal base. El transistor d’entrada s’amplifica de manera general i s’utilitza per accionar els propers transistors de sortida. El segon dispositiu millora el senyal i es tradueix en un valor màxim de guany de corrent. Una de les característiques crucials del transistor Darlington és el seu màxim guany de corrent quan es relaciona amb el dispositiu BJT únic.

A més de la capacitat de commutació de tensió i corrent màximes, l’altre avantatge afegit són les seves velocitats de commutació màximes. Aquesta operació de commutació permet utilitzar el dispositiu específicament per a circuits inverter, motors de corrent continu, circuits d'il·luminació i regulació del motor pas a pas.

La variació a tenir en compte quan s’utilitzen transistors Darlington que la dels tipus convencionals BJT individuals quan s’implementa el transistor com a commutador és que la tensió d’entrada a la base i la unió de l’emissor necessita ser més, que és gairebé 1,4 v per al tipus de dispositiu de silici, com a causa d'una connexió en sèrie de les dues unions PN.

Algunes de les aplicacions pràctiques més habituals del transistor com a commutador

En un transistor, tret que flueixi un corrent al circuit base, no hi pot fluir cap corrent al circuit col·lector. Aquesta propietat permetrà utilitzar un transistor com a commutador. El transistor es pot encendre o apagar canviant la base. Hi ha algunes aplicacions de circuits de commutació operats per transistors. Aquí, vaig considerar el transistor NPN per explicar algunes aplicacions que utilitzen el commutador de transistor.

Interruptor de llum

El circuit està dissenyat mitjançant un transistor com a interruptor, per encendre la bombeta en un entorn brillant i apagar-la a la foscor i Resistència dependent de la llum (LDR) en el divisor potencial. Quan l’entorn s’enfosqueix La resistència de LDR es fa alt. A continuació, el transistor s'apaga. Quan el LDR està exposat a la llum brillant, la seva resistència cau a un valor inferior, cosa que provoca una major tensió d'alimentació i augmenta el corrent base del transistor. Ara el transistor està engegat, el corrent del col·lector flueix i la bombeta s’encén.

Interruptor de calor

Un component important del circuit d’un interruptor que funciona amb calor és el termistor. El termistor és un tipus de resistència que respon en funció de la temperatura circumdant. La seva resistència augmenta quan la temperatura és baixa i viceversa. Quan s’aplica calor al termistor, la seva resistència baixa i augmenta el corrent base seguit d’un augment més gran del corrent del col·lector i la sirena bufarà. Aquest circuit en concret és adequat com a sistema d'alarma contra incendis .

Interruptor de calor

Interruptor de calor

Control del motor de corrent continu (controlador) en cas d’altes tensions

Tingueu en compte que no s’aplica cap tensió al transistor, aleshores el transistor s’apaga i no hi fluirà cap corrent. Per tant el relleu roman en estat OFF. Alimentació del motor de corrent continu s’alimenta des del terminal normalment tancat (NC) del relé, de manera que el motor girarà quan el relé estigui en estat OFF. L’aplicació d’alta tensió a la base del transistor BC548 provoca l’encès del transistor i de la bobina del relé.

Exemple pràctic

Aquí, coneixerem el valor del corrent base que es requereix per convertir un transistor completament en condició ON on la càrrega necessita un corrent de 200mA quan el valor d’entrada augmenta a 5v. A més, coneixeu el valor de Rb.

El valor actual del transistor és de

Ib = Ic / β considerar β = 200

Ib = 200mA / 200 = 1mA

El valor de resistència base del transistor és Rb = (Vin - Vbe) / Ib

Rb = (5 - 0,7) / 1 × 10-3

Rb = 4,3 kΩ

Els commutadors de transistors s’utilitzen àmpliament en múltiples aplicacions, com ara la interfície d’equips de voltatge de gran corrent o d’alt valor, com ara motors, relés o llums, al valor mínim de voltatge, IC digitals o s’utilitzen en portes lògiques, com ara portes AND o OR. A més, quan la sortida subministrada des de la porta lògica és de + 5 v, mentre que el dispositiu que s’ha de regular pot necessitar una tensió de 12 o fins i tot 24 v de la tensió d’alimentació.

O la càrrega com el motor de corrent continu pot requerir que es controli la seva velocitat a través d’alguns impulsos continus. Els interruptors de transistor permeten que aquesta operació sigui més ràpida i senzilla que la dels interruptors mecànics tradicionals.

Per què utilitzar el transistor en lloc de canviar?

Mentre s’implementa un transistor en lloc d’un commutador, fins i tot una quantitat mínima de corrent base regula un corrent de càrrega superior al terminal del col·lector. Utilitzant transistors en el lloc del commutador, aquests dispositius són compatibles amb relés i solenoides. Mentre que en el cas que es vulguin regular nivells més elevats de corrents o tensions, s’utilitzen transistors de Darlington.

En general, en resum, són poques les condicions que s’apliquen mentre s’utilitza el transistor com a interruptor

  • Mentre es fa servir BJT com a commutador, s’ha d’utilitzar les condicions d’ACTIVACIÓ incompleta o ON completes.
  • Mentre s’utilitza un transistor com a commutador, un valor mínim del corrent base regula l’augment del corrent de càrrega del col·lector.
  • Mentre implementeu transistors per canviar com a relés i solenoides, és millor utilitzar díodes de volant.
  • Per regular valors més grans de tensió o corrents, els transistors de Darlington funcionen en el millor dels casos.

I, aquest article ha proporcionat informació completa i clara del transistor, les regions de funcionament, el funcionament com un commutador, les característiques i les aplicacions pràctiques. L’altre tema crucial i relacionat que es coneix és el que és commutador de transistor lògic digital i el seu funcionament, el diagrama de circuits?