Kinakalkula ang Transistor bilang isang Lumipat

Kahit na ang mga transistors (BJTs) ay popular na ginagamit para sa paggawa ng mga amplifier circuit, maaari ding epektibo itong magamit para sa paglipat ng mga application.

Isang switch ng transistor ay isang circuit kung saan ang kolektor ng transistor ay nakabukas ON / OFF na may medyo mas malaking kasalukuyang bilang tugon sa isang nararapat na paglipat ng mababang kasalukuyang ON / OFF signal sa base emitter nito.

Bilang halimbawa, ang sumusunod Ang pagsasaayos ng BJT ay maaaring magamit bilang isang switch para sa pag-invert ng isang input signal para sa isang computer logic circuit.

Mahahanap mo rito na ang output voltage Vc ay kabaligtaran sa potensyal na inilapat sa base / emitter ng transistor.

Gayundin, ang base ay hindi konektado sa anumang nakapirming mapagkukunan ng DC, hindi katulad ng mga circuit na batay sa amplifier. Ang kolektor ay may mapagkukunan ng DC na tumutugma sa mga antas ng supply ng system, halimbawa 5 V at 0 V sa kasong application ng computer na ito.

Pag-uusapan natin ang tungkol sa kung paano ang disenyo ng boltahe na ito ay maaaring idisenyo upang matiyak na ang operating point ay wastong lumipat mula sa cut off sa saturation kasama ang linya ng pag-load tulad ng ipinakita sa sumusunod na pigura

Para sa kasalukuyang sitwasyon, sa itaas na pigura na ipinapalagay namin na ang IC = ICEO = 0 mA, kapag ang IB = 0 uA (isang mahusay na pamamaraang tungkol sa pagpapahusay ng mga diskarte sa konstruksyon). Bilang karagdagan ipalagay natin na ang VCE = VCE (sat) = 0 V, sa halip na ang karaniwang 0.1 hanggang 0.3 V na antas.

Ngayon, sa Vi = 5 V ang BJT ay lilipat SA, at ang pagsasaalang-alang sa disenyo ay dapat tiyakin na ang pagsasaayos ay lubos na puspos, sa pamamagitan ng isang kalakhang IB na maaaring higit sa halagang nauugnay sa IB curve na nakikita malapit sa antas ng saturation.

Tulad ng maaaring maalam sa nasa itaas na pigura, ang mga kundisyong ito ay tumatawag sa IB na mas malaki sa 50 uA.

Kinakalkula ang Mga Antas ng saturation

Ang antas ng saturation ng kolektor para sa ipinakitang circuit ay maaaring kalkulahin gamit ang formula:

IC (sat) = Vcc / Rc

Ang laki ng kasalukuyang base sa aktibong rehiyon bago ang antas ng saturation ay maaaring kalkulahin gamit ang formula:

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

Ipinapahiwatig nito na, upang maipatupad ang antas ng saturation, ang sumusunod na kondisyon ay dapat matugunan:

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

Sa grap na tinalakay sa itaas, kapag ang Vi = 5 V, ang nagresultang antas ng IB ay maaaring masuri sa sumusunod na pamamaraan:

Kung susubukan namin ang equation 2 sa mga resulta na makukuha namin:

Lumilitaw na ito ay perpektong nagbibigay-kasiyahan sa kinakailangang kondisyon. Walang alinlangan, ang anumang halaga ng IB na mas mataas sa 60 uA ay pinapayagan na pumasok sa buong Q-point sa ibabaw ng linya ng pag-load na nakatayo nang malapit sa patayong axis.

Ngayon, paglabas sa network ng BJT na ipinakita sa unang diagram, habang ang Vi = 0 V, IB = 0 uA, at asuming IC = ICEO = 0 mA, ang pagbagsak ng volatge na nagaganap sa buong RC ay magiging ayon sa pormula:

VRC = ICRC = 0 V.

Nagbibigay ito sa amin ng VC = +5 V para sa unang diagram sa itaas.

Bilang karagdagan sa mga aplikasyon ng paglipat ng logoc ng computer, ang pagsasaayos ng BJT na ito ay maaari ring ipatupad tulad ng isang switch gamit ang parehong matinding mga punto ng linya ng pag-load.

Kapag nagaganap ang saturation, ang kasalukuyang IC ay may kaugaliang maging mataas, na tumutugma sa pagbaba ng boltahe VCE sa isang pinakamababang punto.

Nagbibigay ito ng antas ng paglaban sa dalawang mga terminal tulad ng inilalarawan sa sumusunod na pigura at kinakalkula gamit ang sumusunod na pormula:

R (sat) = VCE (sat) / IC (sat) tulad ng ipinahiwatig sa sumusunod na pigura.

Kung ipinapalagay namin ang isang karaniwang average na halaga para sa VCE (sat) tulad ng 0.15 V sa pormula sa itaas, makakakuha kami ng:

Ang halagang paglaban sa mga terminal ng emitter ng kolektor ay mukhang maliit kung ihinahambing sa isang serye ng paglaban sa kilo Ohms sa mga terminal ng kolektor ng BJT.

Ngayon, kapag ang input na Vi = 0 V, ang paglipat ng BJT ay mapuputol na sanhi ng paglaban sa kolektor ng emitter na:

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

Nagbibigay ito ng isang bukas na uri ng circuit ng sitwasyon sa mga terminal ng emitter ng kolektor. Kung isasaalang-alang namin ang isang tipikal na halagang 10 uA para sa ICEO, ang halaga ng cut off na paglaban ay ibibigay sa ibaba:

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

Ang halagang ito ay mukhang makabuluhang malaki at katumbas ng isang bukas na circuit para sa karamihan ng pagsasaayos ng BJT bilang isang switch.

Paglutas ng Isang praktikal na Halimbawa

Kalkulahin ang mga halaga ng RB at RC para sa isang transistor switch na naka-configure tulad ng isang inverter sa ibaba, na ibinigay na ICmax = 10mA

Ang formula para sa pagpapahayag ng saturation ng kolektor ay:

ICsat = Vcc / Rc

∴ 10 mA = 10 V / Rc

∴ Rc = 10 V / 10 mA = 1 kΩ

Gayundin, sa punto ng saturation

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

Para sa garantisadong saturation piliin natin ang IB = 60 μA, at sa pamamagitan ng paggamit ng formula

IB = Vi - 0.7 V / RB, nakukuha natin

RB = 10 V - 0.7 V / 60 μA = 155 kΩ,

Ang pag-ikot ng resulta sa itaas sa 150 kΩ, at suriin muli ang formula sa itaas nakukuha namin:

IB = Vi - 0.7 V / RB

= 10 V - 0.7 V / 150 kΩ = 62 μA,

mula noong IB = 62 μA > ICsat / βdc = 40 μA

Kinukumpirma nito ang kailangan naming gamitin RB = 150 kΩ

Kinakalkula ang Mga Lumilipat na Transistor

Mahahanap mo ang mga espesyal na transistor na tinatawag na switching transistors dahil sa kanilang mabilis na rate ng paglipat mula sa isang antas ng boltahe patungo sa isa pa.

Kinukumpara ng sumusunod na Larawan ang mga tagal ng oras na sinimbolo bilang ts, td, tr, at tf sa kasalukuyang kolektor ng aparato.

Ang epekto ng mga tagal ng oras sa tugon ng bilis ng kolektor ay tinukoy ng kasalukuyang tugon ng kolektor tulad ng ipinakita sa ibaba:

Ang kabuuang oras na kinakailangan para lumipat ang transistor mula sa 'off' hanggang sa 'on' na estado ay sinasagisag bilang t (on) at maaaring maitaguyod ng pormula:

t (on) = tr + td

Dito kinikilala ang pagkaantala na nangyayari habang ang input switching signal ay nagbabago ng estado at ang output ng transistor ay tumutugon sa pagbabago. Ipinapahiwatig ng time tr ang pangwakas na pagkaantala ng paglipat mula 10% hanggang 90%.

Ang kabuuang oras na kinuha ng isang bJt mula sa isang naka-ON na estado sa naka-OFF na estado ay ipinahiwatig bilang t (off), at ipinahayag ng pormula:

t (off) = ts + tf

Tinutukoy ng ts ang oras ng pag-iimbak, habang kinikilala ng tf ang oras ng taglagas mula 90% hanggang 10% ng orihinal na halaga.

Refferrng sa nasa itaas na grap, para sa isang pangkalahatang layunin BJT, kung ang kasalukuyang kolektor ng Ic = 10 mA, maaari nating makita iyon:

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

na nangangahulugang t (on) = tr + td = 13 ns + 25 ns = 38 ns

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