Com utilitzar transistors

Si heu entès bé com utilitzar transistors en circuits, és possible que ja hàgiu conquerit la meitat de l'electrònica i els seus principis. En aquest post fem un esforç en aquesta direcció.

Introducció

Els transistors són dispositius semiconductors de 3 terminals capaços de conduir una potència relativament alta a través dels seus dos terminals, en resposta a una entrada de potència significativament baixa al tercer terminal.

Els transistors són bàsicament de dos tipus: transistor d'unió bipolar (BJT), i transistor d'efecte de camp metall – òxid – semiconductor ( MOSFET )

Per a un BJT, els 3 terminals es designen com a base, emissor i col·lector. Un senyal de baixa potència a través del terminal base / emissor permet al transistor canviar una càrrega de potència comparativament alta a través del terminal del col·lector.

Per als MOSFET, es designen com a porta, font, drenatge. Un senyal de baixa potència a través del terminal Gate / Source permet al transistor canviar una càrrega de potència comparativament alta a través del terminal del col·lector.

Per qüestions de simplicitat, parlarem dels BJT aquí, ja que la seva característica és menys complexa en comparació amb els MOSFET.

Els transistors (BJT) són els components bàsics de tots dispositius semiconductors trobat avui. Si no hi hagués transistors no hi hauria cap CI ni cap altre component semiconductor. Fins i tot els circuits integrats estan formats per milers de transistors molt units que constitueixen les característiques del xip en particular.

Els nous aficionats a l’electrònica solen tenir dificultats per gestionar aquests components útils i configurar-los com a circuits per a una aplicació prevista.

Aquí estudiarem les funcions i la manera de manipular i implementar transistors bipolars en circuits pràctics.

Com utilitzar transistors com un commutador

Transistors bipolars generalment són un component electrònic actiu de tres cables que funcionen fonamentalment com a commutador per encendre o apagar l’alimentació a una càrrega externa o una etapa electrònica associada del circuit.

A continuació es pot veure un exemple clàssic, on es connecta un transistor com a amplificador d’emissor comú :

Aquest és el mètode estàndard d'utilitzar qualsevol transistor com un interruptor per controlar una càrrega determinada. Podeu veure quan s’aplica una petita tensió externa a la base, el transistor s’encén i condueix un corrent més intens a través dels terminals de l’emissor del col·lector, encenent una càrrega més gran.

El valor de la resistència base es pot calcular mitjançant la fórmula:

R_b= (Subministrament base V_b- Voltatge frontal de l’emissor base) x hFE / corrent de càrrega

Recordeu també que el negatiu o la línia de terra de la tensió externa han d’estar connectats amb la línia de terra del transistor o l’emissor, en cas contrari la tensió externa no tindrà cap efecte sobre el transistor.

Ús del transistor com a controlador de relé

Ja he explicat en una de les meves publicacions anteriors sobre com fer un circuit de control de transistor .

Bàsicament utilitza la mateixa configuració que es mostra a dalt. Aquí teniu el circuit estàndard per al mateix:

Si esteu confós sobre el relé, podeu consultar aquest article complet que explica tot sobre les configuracions de relés .

Utilitzant el transistor per reduir la llum

La configuració següent mostra com es pot utilitzar un transistor com a regulador de llum mitjançant un circuit seguidor emissor .

Es pot veure com la resistència variable o el pot varia, la intensitat de la làmpada també varia. Nosaltres en diem emissor-seguidor , perquè la tensió a l’emissor o a través de la bombeta segueix la tensió a la base del transistor.

Per ser precisos, la tensió de l'emissor serà només 0,7 V per darrere de la tensió base. Per exemple, si la tensió base és de 6 V, l’emissor serà de 6 - 0,7 = 5,3 V, etc. La diferència de 0,7 V es deu a la caiguda mínima de tensió directa del transistor a través de l’emissor base.

Aquí, la resistència del pot juntament amb la resistència de 1 K formen una xarxa divisòria resistiva a la base del transistor. A mesura que es mou el botó lliscant, es canvia el voltatge a la base del transistor i, en conseqüència, altera la tensió de l'emissor a través de la làmpada i la intensitat de la làmpada canvia en conseqüència.

Ús del transistor com a sensor

A partir de les discussions anteriors, podríeu haver observat que el transistor està fent una cosa crucial en totes les aplicacions. Bàsicament, està amplificant el voltatge a la seva base permetent canviar un gran corrent a través del seu emissor de col·lector.

Aquesta característica d'amplificació també s'utilitza quan s'utilitza un transistor com a sensor. L'exemple següent mostra com es pot utilitzar per detectar la diferència de llum ambiental i activar / desactivar un relé en conseqüència.

Aquí també LDR i els 300 ohm / 5 k predefinit forma un divisor de potencial a la base del transistor.

Els 300 ohms en realitat no són necessaris. S'inclou per assegurar-se que la base del transistor no està mai completament connectada a terra i, per tant, mai no està totalment inhabilitada ni apagada. També garanteix que el corrent a través de l'LDR no pugui superar mai un límit mínim determinat, per més brillant que sigui la intensitat de la llum a l'LDR.

Quan és fosc, el LDR té una alta resistència que és moltes vegades superior al valor combinat dels 300 ohms i els 5 K predefinits.

A causa d'això, la base del transistor obté més tensió lateral a terra (negativa) que la tensió positiva, i la seva conducció del col·lector / emissor roman apagada.

Tanmateix, quan cau prou llum sobre el LDR, la seva resistència cau fins a uns quants quilograms.

Això permet que la tensió base del transistor pugi molt per sobre de la marca de 0,7 V. Ara el transistor es polaritza i engega la càrrega del col·lector, és a dir, el relé.

Com podeu veure, també en aquesta aplicació els transistors amplifiquen bàsicament la petita tensió de base de manera que es podria encendre una càrrega més gran al seu col·lector.

El LDR es pot substituir per altres sensors com un termistor per a la detecció de calor, a sensor d'aigua per a la detecció de l'aigua, a fotodiode per a la detecció de feixos IR, etc.

Pregunta per a vosaltres: Què passa si la posició del LDR i el preajustat de 300/5 K s’intercanvien?

Paquets de transistors

Els transistors normalment es reconeixen pel seu paquet extern en què es pot incloure el dispositiu concret. Els tipus de paquets més habituals en què s’inclouen aquests dispositius útils són el T0-92, TO-126, TO-220 i TO-3. Intentarem entendre totes aquestes especificacions dels transistors i també aprendrem a utilitzar-les en circuits pràctics.

Descripció dels transistors TO-92 de senyal petit:

Els transistors com BC547, BC557, BC546, BC548, BC549, etc., pertanyen a aquesta categoria.

Aquests són els més elementals del grup i s’utilitzen per a aplicacions que impliquen baixos voltatges i corrents. Curiosament, aquesta categoria de transistors s’utilitza de manera més àmplia i universal en circuits electrònics a causa dels seus paràmetres versàtils.

Normalment, aquests dispositius estan dissenyats per manejar tensions entre 30 i 60 volts a través del seu col·lector i emissor.

El voltatge base no és superior a 6, però es pot activar fàcilment amb un nivell de voltatge tan baix com 0,7 volts a la seva base. Tanmateix, el corrent s’ha de limitar a 3 mA aproximadament.

Els tres cables d’un transistor TO-92 es poden identificar de la manera següent:

Mantenint la cara impresa cap a nosaltres, el cable dret és l’emissor, el central és la base i la cama lateral esquerra és el col·lector del dispositiu.

ACTUALITZACIÓ: Voleu saber com utilitzar transistors amb Arduino? Llegiu-lo aquí

Com configurar un transistor TO-92 en els dissenys pràctics

Els transistors són principalment de dos tipus, un tipus NPN i un tipus PNP, tots dos són complementaris entre si. Bàsicament, tots dos es comporten de la mateixa manera, però en les direccions i referències oposades.

Per exemple, un dispositiu NPN requerirà un activador positiu respecte al terra mentre que un dispositiu PNP requerirà un activador negatiu en referència a una línia de subministrament positiva per implementar els resultats especificats.

Els tres cables del transistor explicats anteriorment s’han d’assignar amb entrades i sortides especificades per fer-lo funcionar per a una aplicació particular que, òbviament, és per canviar un paràmetre.

Els conductors s’han d’assignar amb els següents paràmetres d’entrada i sortida:

El l’emissor de qualsevol transistor és el pinout de referència del dispositiu , és a dir, cal assignar-li la referència de subministrament comuna especificada perquè els dos cables restants puguin funcionar amb referència a ella.

Un transistor NPN sempre necessitarà un subministrament negatiu com a referència, connectat al cable de l’emissor per al seu bon funcionament, mentre que per a un PNP serà la línia de subministrament positiva del seu emissor.

El col·lector és el conductor de càrrega d’un transistor i la càrrega que cal canviar s’introdueix al col·lector d’un transistor (vegeu la figura).

El base d’un transistor és el terminal d'activació que s'ha d'aplicar amb un nivell de voltatge petit perquè el corrent a través de la càrrega pugui passar, a través de la línia emissora, completant el circuit i fent funcionar la càrrega.

L'eliminació del subministrament del disparador a la base apaga immediatament la càrrega o simplement el corrent del col·lector i dels terminals de l'emissor.

Descripció dels transistors de potència TO-126 i TO-220:

Són transistors de potència de tipus mitjà que s’utilitzen per a aplicacions que requereixen canviar transformadors, làmpades, etc. de càrregues relativament potents i per conduir dispositius TO-3, per exemple, són BD139, BD140, BD135, etc.

Identificació de pinouts de BJT

El s’identifiquen els pinout de la següent manera:

Sostenint el dispositiu amb la superfície impresa mirant cap amunt, el cable lateral dret és l’emissor, el cable central és el col·lector i el cable esquerre és la base.

El principi de funcionament i activació és exactament similar al que s’explica a la secció anterior.

El dispositiu funciona amb càrregues des de 100 mA fins a 2 amperes a través del col·lector fins a l'emissor.

El disparador base pot ser d'1 a 5 volts amb corrents que no superin els 50 mA, depenent de la potència de les càrregues a canviar.

Descripció dels transistors de potència TO-3:

Es poden veure en paquets metàl·lics com es mostra a la figura. Els exemples habituals de transistors de potència TO-3 són 2N3055, AD149, BU205, etc.

Els cables d’un paquet TO-3 es poden identificar de la següent manera:

Manteniu el costat principal del dispositiu cap a vosaltres de manera que la part metàl·lica que hi ha al costat dels cables amb una àrea més gran es mantingui cap amunt (vegeu la figura), el cable dret és la base, el cable esquerre és l’emissor mentre el cos metàl·lic del dispositiu forma el col·leccionista del paquet.

La funció i el principi de funcionament són gairebé el mateix que el que s’explica per al transistor de senyal petit, tot i que les especificacions de potència augmenten proporcionalment tal com s’indica a continuació:

La tensió del col·lector-emissor pot estar entre 30 i 400 volts i el corrent entre 10 i 30 amperes.

L'activador base ha de ser òptimament al voltant dels 5 volts, amb nivells de corrent de 10 a 50 mA en funció de la magnitud de la càrrega que s'hagi d'executar. El corrent d’activació base és directament proporcional al corrent de càrrega.

Teniu preguntes més específiques? Pregunteu-los a través dels vostres comentaris, estic aquí per solucionar-los tots per vosaltres.