Transistör Anahtar Olarak Nasıl Kullanılır

Elektrik ve elektronik alanındaki ana cihaz, zayıf bir sinyalin pompalardan, borulardan ve diğerlerinden gelen su akışını düzenleyen nozüle benzer şekilde daha fazla akış miktarını düzenlemesine izin veren düzenlenmiş valftir. Bir dönemde, elektrik alanında uygulanan bu düzenlenmiş valf, vakum tüpleriydi. Vakum tüplerinin uygulanması ve kullanımı iyiydi, ancak bununla ilgili komplikasyon büyüktü ve tüpün ömrünü kısaltacak şekilde ısı olarak teslim edilen devasa elektrik gücü tüketimi. Bu sorunu telafi etmek için, transistör, tüm elektrik ve elektronik endüstrisinin gereksinimlerine uyan iyi bir çözüm sağlayan cihazdı. Bu cihaz, 1947 yılında 'William Shockley' tarafından icat edildi. Daha fazla tartışmak için, bir transistör , uygulama anahtar olarak transistör ve birçok özellik.

Transistör nedir?

Bir transistör, üç terminalli yarı iletken bir cihazdır uygulamalar arasında geçiş yapmak, zayıf sinyallerin amplifikasyonu için kullanılabilen ve binlerce ve milyonlarca transistörün birbirine bağlanması ve bilgisayar belleğini oluşturan küçük bir entegre devre / yonga içine yerleştirilmesi. Bir devrenin açılması veya kapanması için kullanılan bir Transistör anahtarı, yani transistörün, düşük olması nedeniyle yalnızca düşük voltaj uygulamaları için elektronik cihazlarda anahtar olarak yaygın olarak kullanıldığı anlamına gelir. güç tüketim. Transistör, kesme ve doygunluk bölgelerinde olduğunda anahtar görevi görür.

BJT Transistör Türleri

Temel olarak, bir transistör iki PN bağlantısından oluşur, bu bağlantılar N tipi veya P tipi sandviç yapılarak oluşturulur. yarı iletken zıt tipteki yarı iletken malzemelerin bir çifti arasındaki malzeme.

Bipolar bağlantı transistörler türlere göre sınıflandırılır

• NPN
• PNP

Transistörün Base adında üç terminali vardır. Verici ve Collector. Verici, yoğun şekilde katkılı bir terminaldir ve elektronları Baz bölgesine yayar. Baz terminali hafifçe katkılıdır ve emitörle enjekte edilen elektronları toplayıcıya geçirir. Kollektör terminali, ara katkılıdır ve Tabandan elektronları toplar.

Bir NPN tipi transistör, yukarıda gösterildiği gibi bir P-tipi katkılı yarı iletken katman arasındaki iki N-tipi katkılı yarı iletken malzemenin bileşimidir. Benzer şekilde, A PNP-tipi transistörler, yukarıda gösterildiği gibi bir N-tipi katkılı yarı iletken tabaka arasındaki iki P-tipi katkılı yarı iletken malzemenin bileşimidir. Hem NPN hem de PNP transistörünün işleyişi aynıdır, ancak önyargı ve güç kaynağı polaritesi açısından farklılık gösterir.

Anahtar Olarak Transistör

Devre kullanıyorsa Bir switc olarak BJT transistörü h, daha sonra transistörün öngerilimi, NPN veya PNP, aşağıda gösterilen I-V karakteristik eğrilerinin her iki tarafında transistörü çalıştıracak şekilde düzenlenir. Bir transistör üç modda, aktif bölge, doygunluk bölgesi ve kesme bölgesinde çalıştırılabilir. Aktif bölgede, transistör bir amplifikatör olarak çalışır. Bir transistör anahtarı olarak iki bölgede çalışır ve bunlar Doygunluk Bölgesi (tamamen AÇIK) ve Kesme Bölgesi (tamamen KAPALI). anahtar devre şeması olarak transistör dır-dir

Anahtar Olarak Transistör

NPN ve PNP transistörlerinin her ikisi de anahtar olarak çalıştırılabilir. Uygulamaların çok azı bir anahtarlama aracı olarak bir güç transistörünü kullanır. Bu durumda, bu transistörü sürmek için başka bir sinyal transistörü kullanma gerekliliği olmayabilir.

Transistörlerin Çalışma Modları

Yukarıdaki özelliklerden gözlemleyebiliriz, eğrilerin altındaki pembe gölgeli alan Kesme Bölgesini ve soldaki mavi alan transistörün Doygunluk bölgesini temsil eder. bu transistör bölgeleri şu şekilde tanımlanır

Kesme Bölgesi

Transistörün çalışma koşulları, sıfır giriş temel akımı (IB = 0), sıfır çıkış toplayıcı akımı (Ic = 0) ve maksimum kollektör voltajıdır (VCE), bu da büyük bir tükenme katmanına neden olur ve cihazdan hiçbir akım geçmez.

Bu nedenle, transistör 'Tamamen KAPALI' konumuna getirilir. Bu nedenle, bir bipolar transistörü anahtar olarak kullanırken kesme bölgesini, NPN transistörlerinin bağlantılarının ters önyargılı olması rahatsız edici olarak tanımlayabiliriz, VB<0.7v and Ic=0. Similarly, for PNP transistors, the emitter potential must be –ve with respect to the base of the transistor.

Kesme Modu

Ardından, iki kutuplu bir transistörü anahtar olarak kullanırken, her iki bağlantı ters taraflı, IC = 0 ve VB olarak kullanıldığında 'kesme bölgesi' veya 'KAPALI modu' tanımlayabiliriz.<0.7v. For a PNP transistor, the Emitter potential must be -ve with respect to the base terminal.

Kesme Bölgesi Özellikleri

Kesme bölgesindeki özellikler şunlardır:

• Hem taban hem de giriş terminalleri topraklanmıştır, yani '0'
• Baz yayıcı bağlantısındaki voltaj seviyesi 0.7v'den az
• Baz yayıcı bağlantısı ters taraflı durumda
• Burada, transistör bir OPEN anahtarı olarak işlev görür
• Transistör tamamen KAPALI olduğunda, kesme bölgesine hareket eder
• Taban kollektör bağlantısı ters taraflı durumda
• Kolektör terminalinde akım akışı olmayacak, yani Ic = 0
• Verici-toplayıcı bağlantısındaki ve çıkış terminallerindeki voltaj değeri '1' dir

Doygunluk Bölgesi

Bu bölgede, transistör, maksimum miktarda temel akım (IB) uygulanacak şekilde önyargılı olacaktır, bu da maksimum kolektör akımı (IC = VCC / RL) ve ardından minimum kollektör-verici voltajı (VCE ~ 0) ile sonuçlanacaktır. düşürmek. Bu durumda, tükenme katmanı, transistörden akan mümkün ve maksimum akım kadar küçük hale gelir. Bu nedenle, transistör 'Tamamen AÇIK' konuma getirilir.

Doygunluk Modu

Anahtar olarak iki kutuplu bir NPN transistör kullanıldığında 'doygunluk bölgesi' veya 'AÇIK mod' tanımı, her iki bağlantı da ileri yönlüdür, IC = Maksimum ve VB> 0.7v. Bir PNP transistörü için Verici potansiyeli Tabana göre + ve olmalıdır. Bu transistörün bir anahtar olarak çalışması .

Doygunluk Bölgesi Özellikleri

doygunluk özellikleri şunlardır:

• Hem baz hem de giriş terminalleri Vcc = 5v'ye bağlıdır
• Baz yayıcı bağlantısındaki voltaj seviyesi 0.7v'den fazla
• Baz yayıcı bağlantısı ileriye dönük durumda
• Burada, transistör bir KAPALI anahtarı olarak işlev görür
• Transistör tamamen KAPALI olduğunda, doygunluk bölgesine hareket eder
• Taban kollektör bağlantısı ileri eğimli durumda
• Kolektör terminalindeki akım akışı Ic = (Vcc / RL)
• Yayıcı-toplayıcı bağlantısındaki ve çıkış terminallerindeki voltaj değeri '0' dır
• Kollektör-yayıcı bağlantısındaki voltaj '0' olduğunda, bu ideal doygunluk koşulu anlamına gelir

ek olarak transistörün anahtar olarak çalışması detaylı olarak aşağıdaki şekilde açıklanabilir:

Anahtar Olarak Transistör - NPN

Transistörün taban kenarında uygulanan voltaj değerine bağlı olarak anahtarlama işlevi gerçekleşir. Verici ile taban kenarları arasında ~ 0.7V olan iyi bir voltaj miktarı olduğunda, kollektördeki yayıcı kenarına voltaj akışı sıfırdır. Dolayısıyla, bu durumdaki transistör bir anahtar görevi görür ve kollektörden geçen akım transistör akımı olarak kabul edilir.

Aynı şekilde giriş terminaline voltaj uygulanmadığında transistör kesme bölgesinde çalışır ve açık devre görevi görür. Bu anahtarlama yönteminde, bağlı yük, bunun bir referans noktası olarak hareket ettiği anahtarlama noktası ile temas halindedir. Dolayısıyla, transistör 'AÇIK' durumuna geçtiğinde, kaynak terminalden zemine yük yoluyla bir akım akışı olacaktır.

Anahtar olarak NPN Transistör

Bu anahtarlama yönteminden açık olmak için bir örnek ele alalım.

Bir transistörün temel direnç değerinin 50kOhm olduğunu, kollektör kenarındaki direncin 0.7kOhm olduğunu ve uygulanan voltajın 5V olduğunu ve beta değerini 150 olarak kabul ettiğini varsayalım. Taban kenarında 0 ile 5V arasında değişen bir sinyal uygulanır. . Bu, 0 ve 5V olan giriş voltajı değerleri değiştirilerek kollektör çıkışının gözlemlenmesine karşılık gelir. Aşağıdaki şemayı düşünün.

Ne zaman V_BU= 0, sonra ben_C= V_DC/ R_C

IC = 5 / 0.7

Yani, kollektör terminalindeki akım 7.1mA

Beta değeri 150 olduğu için Ib = Ic / β

Ib = 7,1 / 150 = 47,3 µA

Yani temel akım 47,3 µA

Yukarıdaki değerlerle, kollektör terminalindeki en yüksek akım değeri, kollektörden emiter gerilimine kadar olan durumda 7,1 mA'dır ve temel akım değeri 47,3 µA'dır. Böylece taban kenarındaki akımın değeri 47,3 µA'nın üzerine çıktığında NPN transistörünün doygunluk bölgesine hareket ettiği kanıtlanmıştır.

Bir transistörün 0V giriş voltajına sahip olduğunu varsayalım. Bu, temel akımın '0' olduğu ve yayıcı bağlantısının topraklandığı zaman, yayıcı ve taban bağlantısının iletim önyargı durumunda olmayacağı anlamına gelir. Yani transistör OFF modundadır ve kollektör kenarındaki voltaj değeri 5V'tur.

Vc = Vcc - (IcRc)

= 5-0

Vc = 5V

Bir transistörün 5V giriş voltajına sahip olduğunu varsayalım. Burada, temel kenardaki akım değeri kullanılarak öğrenilebilir. Kirchhoff’un voltaj prensibi .

Ib = (Vi - Vbe) / Rb

Bir silikon transistör düşünüldüğünde, Vbe = 0.7V'ye sahiptir.

Yani Ib = (5-0.7) / 50

Ib = 56,8µA

Böylelikle taban kenarındaki akım değeri 56.8 µA'nın üzerine çıktığında NPN transistörünün 5V giriş koşulunda doyma bölgesine hareket ettiği kanıtlanmıştır.

Anahtar Olarak Transistör - PNP

Hem PNP hem de NPN transistörleri için anahtarlama işlevselliği benzerdir ancak varyasyon, PNP transistöründe akım akışının temel terminalden olmasıdır. Bu anahtarlama konfigürasyonu, negatif toprak bağlantıları için kullanılır. Burada taban kenar, yayıcı kenara karşılık gelen negatif bir önyargı bağlantısına sahiptir. Baz terminalindeki voltaj daha fazla olduğunda, o zaman bir baz akım akışı olacaktır. Açık olmak gerekirse, çok minimum veya -ve gerilim valfleri mevcut olduğunda, bu, transistörü açık devre değilse veya başka şekilde kısa devre yapar. yüksek empedans .

Bu tip bağlantıda yük, bir referans noktası ile birlikte anahtarlama çıkışı ile bağlantılıdır. PNP transistörü AÇIK durumda olduğunda, kaynaktan yüke ve ardından bir transistör yoluyla toprağa akım akışı olacaktır.

Anahtar olarak PNP Transistör

NPN transistör anahtarlama işleminde olduğu gibi, PNP transistör girişi de taban kenarındadır, oysa yayıcı terminal sabit bir voltajla bağlantılıdır ve kollektör terminali bir yük ile toprağa bağlanır. Aşağıdaki resim devreyi açıklamaktadır.

Burada baz terminal, emitör kenarına ve negatif tarafına bağlandığı tabana ve giriş voltajının pozitif tarafındaki yayıcıya uygun olarak her zaman negatif önyargı durumundadır. Bu, yayıcıya tabandaki gerilimin negatif ve yayıcıdan toplayıcıya giden gerilimin pozitif olduğu anlamına gelir. Dolayısıyla, verici voltajı taban ve kollektör terminallerinden daha pozitif bir seviyeye sahip olduğunda transistör iletkenliği olacaktır. Bu nedenle, tabandaki voltaj diğer terminallerden daha negatif olmalıdır.

Toplayıcı ve temel akımların değerini bilmek için aşağıdaki ifadelere ihtiyacımız var.

Ic = Ie - Ib

Ic = β. Bir

Ub = Ic / β nerede

Bu anahtarlama yönteminden açık olmak için bir örnek ele alalım.

Yük devresinin 120 mA'ya ihtiyacı olduğunu ve transistörün beta değerinin 120 olduğunu varsayalım. O zaman transistörün doygunluk modunda olması için gereken akım değeri

Ib = Ic / β

= 120 mAmps / 100

Ib = 1 mAmp

Yani, 1 mAmp'lik bir temel akım olduğunda, transistör tamamen AÇIK durumdadır. Pratik senaryolarda ise, uygun transistör doygunluğu için yaklaşık yüzde 30-40 daha fazla akım gereklidir. Bu, cihaz için gerekli olan temel akımın 1,3 mAmps olduğu anlamına gelir.

Darlington Transistörün Anahtarlama İşlemi

Birkaç durumda, BJT cihazındaki doğru akım kazancı, yük voltajının veya akımının doğrudan anahtarlanması için çok minimumdur. Bu nedenle, anahtarlama transistörleri kullanılır. Bu durumda, bir anahtarın AÇIK ve KAPALI için küçük bir transistör cihazı ve çıkış transistörünü düzenlemek için artan bir akım değeri dahildir.

Sinyal kazancını artırmak için, iki transistör 'tamamlayıcı kazanç birleştirme konfigürasyonu' şeklinde bağlanır. Bu konfigürasyonda, amplifikasyon faktörü, iki transistörün ürününün sonucudur.

Darlington Transistör

Darlington transistörleri genellikle iki bipolar PNP ve NPN tipi transistörlere dahil edilir, burada bunlar, ilk transistörün kazanç değerinin ikinci transistör cihazının kazanç değeri ile çarpıldığı şekilde bağlanır.

Bu, cihazın minimum temel akım değeri için bile maksimum akım kazancına sahip tek bir transistör olarak çalıştığı sonucu üretir. Darlington anahtar cihazının tüm mevcut kazancı, hem PNP hem de NPN transistörlerinin mevcut kazanç değerlerinin ürünüdür ve bu şu şekilde temsil edilir:

β = β1 × β2

Yukarıdaki noktalarla, maksimum β ve toplayıcı akım değerlerine sahip Darlington transistörleri, potansiyel olarak tek bir transistörün anahtarlanmasıyla ilgilidir.

Örneğin, giriş transistörü 100'lük bir akım kazanç değerine sahipse ve ikincisi 50'lik bir kazanç değerine sahipse, toplam akım kazancı

β = 100 × 50 = 5000

Dolayısıyla, yük akımı 200 mA olduğunda, temel terminalde Darlington transistöründeki akım değeri 200 mA / 5000 = 40 µAmp'dir ve bu, tek bir cihaz için son 1 mAmp ile karşılaştırıldığında büyük bir düşüştür.

Darlington Yapılandırmaları

Darlington transistöründe başlıca iki konfigürasyon türü vardır ve bunlar

Darlington transistörünün anahtar konfigürasyonu, iki cihazın toplayıcı terminallerinin, ikinci transistör cihazının taban kenarı ile bir bağlantıya sahip olan ilk transistörün yayıcı terminaline bağlı olduğunu gösterir. Dolayısıyla, birinci transistörün yayıcı terminalindeki akım değeri, ikinci transistörün giriş akımı olarak oluşacak ve böylece onu Açık duruma getirecektir.

İlki olan giriş transistörü giriş sinyalini baz terminalden alır. Giriş transistörü genel bir şekilde güçlendirilir ve bu, sonraki çıkış transistörlerini sürmek için kullanılır. İkinci cihaz sinyali geliştirir ve bu, maksimum bir akım kazancı değeri ile sonuçlanır. Darlington transistörünün en önemli özelliklerinden biri, tek BJT cihazıyla ilgili olduğunda maksimum akım kazancıdır.

Maksimum voltaj ve akım anahtarlama özelliklerine ek olarak, bir diğer ek fayda, maksimum anahtarlama hızlarıdır. Bu anahtarlama işlemi, cihazın özellikle inverter devreleri, DC motor, aydınlatma devreleri ve step motor düzenleme amaçları için kullanılmasına izin verir.

Transistörü bir anahtar olarak uygularken Darlington transistörlerini kullanırken geleneksel tek BJT tiplerinden daha dikkate alınması gereken varyasyon, taban ve yayıcı bağlantısındaki giriş voltajının silikon tipi cihaz için yaklaşık 1,4 v olan daha fazla olması gerektiğidir. iki PN bağlantısının seri bağlantısı nedeniyle.

Transistörün Anahtar Olarak Yaygın Pratik Uygulamalarından Bazıları

Bir transistörde, temel devrede bir akım akmadığı sürece, kollektör devresinde hiçbir akım akışı olmaz. Bu özellik, bir transistörün anahtar olarak kullanılmasına izin verecektir. Transistör, taban değiştirilerek AÇIK veya KAPALI konuma getirilebilir. Transistörler tarafından çalıştırılan birkaç anahtarlama devresi uygulaması vardır. Burada, transistör anahtarı kullanan birkaç uygulamayı açıklamak için NPN transistörünü düşündüm.

Işıkla Çalışan Anahtar

Devre, anahtar olarak bir transistör kullanılarak, ampulü aydınlık bir ortamda yakmak ve karanlıkta kapatmak ve bir Işık Bağımlı Direnç (LDR) potansiyel bölücüde. Çevre karanlık olduğunda LDR’nin direnci yüksek olur. Ardından transistör KAPALI konuma getirilir. LDR parlak ışığa maruz kaldığında, direnci daha düşük değere düşer ve bu da daha fazla besleme voltajına neden olur ve transistörün temel akımını yükseltir. Şimdi transistör AÇIK konuma getirilir, kolektör akımı akar ve ampul yanar.

Isıyla Çalışan Anahtar

Isıyla çalışan bir anahtarın devresindeki önemli bir bileşen termistördür. Termistör bir direnç türüdür bu, ortam sıcaklığına bağlı olarak yanıt verir. Sıcaklık düşük olduğunda direnci artar ve bunun tersi de geçerlidir. Termistöre ısı uygulandığında direnci düşer ve taban akımı artar, ardından kollektör akımında daha büyük bir artış olur ve siren patlar. Bu özel devre bir yangın alarm sistemi olarak uygundur .

Isıyla Çalışan Anahtar

Yüksek Gerilim Durumunda DC Motor Kontrolü (sürücü)

Transistöre voltaj uygulanmadığını düşünün, ardından transistör KAPALI hale gelir ve içinden akım geçmez. Bu nedenle röle KAPALI durumda kalır. DC motora güç rölenin Normalde Kapalı (NC) terminalinden beslenir, bu nedenle röle KAPALI durumdayken motor dönecektir. BC548 transistörünün tabanına yüksek voltaj uygulanması, transistörün AÇIK konuma gelmesine ve röle bobininin enerjilenmesine neden olur.

Pratik Örnek

Burada, giriş değeri 5v'ye yükseltildiğinde yükün 200mA'lık bir akıma ihtiyaç duyduğu bir transistörü tamamen AÇIK duruma getirmek için gereken temel akımın değerini bileceğiz. Ayrıca, Rb'nin değerini bilin.

Transistörün temel akım değeri

Ib = Ic / β β = 200 düşünün

Ib = 200mA / 200 = 1mA

Transistörün temel direnç değeri Rb = (Vin - Vbe) / Ib'dir.

Rb = (5 - 0.7) / 1 × 10^-3

Rb = 4.3kΩ

Transistör anahtarları, motorlar, röleler veya ışıklar gibi yüksek akım veya yüksek değerli voltaj ekipmanını minimum voltaj değerine, dijital IC’lere bağlamak veya AND geçitleri veya OR gibi mantıksal kapılarda kullanmak gibi birçok uygulamada yaygın olarak kullanılmaktadır. Ayrıca, mantık geçidinden gönderilen çıkış + 5v iken, düzenlenmesi gereken cihazın 12v veya hatta 24v besleme voltajına ihtiyacı olabilir.

Veya DC Motor gibi bir yük, hızının bazı sürekli darbelerle izlenmesini gerektirebilir. Transistör anahtarları, bu işlemin geleneksel mekanik anahtarlara kıyasla daha hızlı ve daha basit olmasına izin verir.

Neden Switch Yerine Transistör Kullanılmalı?

Bir anahtar yerine bir transistör uygularken, minimum miktarda taban akımı bile kolektör terminalinde daha yüksek bir yük akımını düzenler. Anahtar yerine transistörler kullanan bu cihazlar röleler ve solenoidler ile desteklenir. Daha yüksek seviyelerde akımların veya voltajların düzenleneceği durumda ise, Darlington transistörleri kullanılır.

Özetle, transistörü anahtar olarak çalıştırırken uygulanan koşullardan birkaçı

• BJT'yi bir anahtar olarak kullanırken, tamamlanmamış AÇIK veya tam AÇIK koşulları çalıştırılmalıdır.
• Bir transistörü bir anahtar olarak kullanırken, minimum bir temel akım değeri, artan kolektör yük akımını düzenler.
• Transistörleri röle ve solenoid olarak değiştirmek için uygularken, volan diyotları kullanmak daha iyidir.
• Gerilim veya akımların daha büyük değerlerini düzenlemek için Darlington transistörleri en iyi şekilde çalışır.

Ve bu makale, transistör, çalışma bölgeleri, anahtar gibi çalışma, özellikler, pratik uygulamalar hakkında kapsamlı ve net bilgiler sağlamıştır. Bilinmesi gereken diğer önemli ve ilgili konu, dijital mantık transistör anahtarı ve çalışma, devre şeması?