Předměty:
- obecný
- Činnost tranzistoru
- Tranzistor jako spínač
- Tranzistor jako zesilovač
- Tranzistorová charakteristika
- Příklad zapojení s charakteristikou
- Darlingtonův tranzistor
Obecné:
Tranzistory mají 2 různé aplikace, používají se jako:
- Zesilovač (přemýšlejte o audio zesilovači)
- Spínač (tranzistor dokáže velmi rychle spínat velké výkony a používá se mimo jiné v ovládacích zařízeních v autě).
Tranzistory jsou řízeny proudem. Například v mikroprocesorech se chce udržovat proud co nejnižší kvůli vývoji tepla. V tomto se často používá MOSFET.
Existují 2 typy tranzistorů, a to tranzistor NPN a tranzistor PNP. Ty jsou popsány níže.
NPN tranzistor:
B znamená „základnu“, C znamená „kolektor“ a E znamená „emitor“.
U tranzistoru NPN ukazuje šipka od tranzistoru. Tento tranzistor se často používá, když se jedná o „zemní obvod“, kde je emitor připojen k zemi.
PNP tranzistor:
U tranzistoru PNP ukazuje šipka směrem k tranzistoru. Užitečná mnemotechnická pomůcka pro PNP je „Arrow to Plate“.
Provoz tranzistoru:
V automobilové technice se tranzistor nejčastěji používá jako spínač, proto to nyní probereme dále. Jako příklad si vezmeme tranzistor NPN.
Obrázek ukazuje základnu vlevo, nad kolektorem a pod emitorem. Když začne protékat základní proud (modrá šipka), sleduje jeho cestu k emitoru. To také způsobí, že kolektorový proud protéká do emitoru. Jakmile základní proud zmizí, zastaví se také proud z kolektoru do emitoru.
Poteče-li polovina základního proudu, poteče i poloviční proud (oproti I max.). Je tedy jasně vidět, že proud spínaný tranzistorem (z C do E) je zcela závislý na výšce B.
Tranzistor má vždy napěťové ztráty v důsledku přechodu PN. Mezi základnou a emitorem je 0,7 voltu a mezi kolektorem a emitorem 0,3 voltu.
Tranzistor jako spínač:
V následujícím příkladu je 12V / 5W lampa řízena tranzistorem. Napětí UB1 (zdroj napětí 1) je napětí baterie 12 voltů. Lampa je připojena k zemi. Báze tranzistoru je řízena UB2; „zdroj napětí 2“ 6 voltů.
Ztrátové napětí mezi kolektorem – emitorem (UCE) je 0,3 voltu a mezi bází – emitorem (UBE) 0,7 voltu. To uvidíme ve výpočtu níže. Faktor zesílení je nastaven na 200. Vždy se může lišit. Faktor zesílení je poměr mezi základním proudem a proudem kolektor-emitor.
Obvod musí být vždy konstruován s určitým odporem (RB ve schématu výše). Pokud by tam tento odpor nebyl, tranzistor by okamžitě selhal. Hodnota, kterou by měl mít odpor RB, závisí na všech faktorech; jmenovitě napětí na UB1 i UB2 a požadovaný proud pro součástky (rezistory nebo lampy) atd. Nyní vypočítáme zatěžovací odpor RB.
Pro výpočet zátěžového odporu RB je třeba nejprve vypočítat odpor procházející lampou.
Nyní, když je znám odpor RL, lze vypočítat kolektorový proud (IC).
UCEsat znamená „saturation“ nebo jinými slovy; nasycení. Jakmile je tranzistor vodivý, dojde mezi body C a E (kolektor – emitor) k poklesu napětí o 0,3 voltu.
Dalším krokem je stanovení základního proudu (IB):
Pro každý tranzistorový obvod platí bezpečnostní rezerva (IBK) 1,5 x IB. Takže hodnotu IB je třeba znovu vynásobit 1,5. Důvod bude vysvětlen později.
Základní proud je pouze 12 % proudu kolektor-emitor. Nyní je jasně vidět, že tranzistor může být přeměněn na velký hlavní proud z malého basového proudu.
Nyní, když jsou známy všechny proudy v diagramu, lze vypočítat odpor RB.
UBE je napětí mezi základnou a emitorem. Vlivem vodivého materiálu v tranzistoru je mezi body B a E vždy úbytek napětí 0,7 Voltu.
Neexistují žádné standardní rezistory, které jsou přesně 1,74k (kilo-ohm). Je tedy třeba zvolit standardní rezistor s jinou hodnotou. Výběr je třeba provést z dostupných rezistorů řady E12.
Požadovaný odpor 1,74k je mezi 1,5k a 1,8k. V takovém případě by měla být zvolena nižší hodnota odporu; za 1,5 tis. To má zajistit, že stárnutí a opotřebení součástí neovlivní proudy v obvodu.
Tranzistor jako zesilovač:
Tranzistor lze použít jako zesilovač. Základní proud lze změnit otáčením potenciometru. Změnou proudu báze se změní napětí zesílení a tím i napětí na kolektoru-emitoru.
Charakteristika tranzistoru:
Charakteristiku lze vytvořit z tranzistoru NPN, viz obrázek níže:
1. kvadrant (vpravo nahoře) = UCE – IC
Linka se svažuje nahoru až do 0,3 voltu. Tato oblast je UCEsat (saturace tranzistoru). Poté linka běží téměř vodorovně.
2. kvadrant (vlevo nahoře) = IB – IC
Zde je naznačeno spojení mezi UB a IC. IC = HFE x IB, s touto charakteristikou HFE = 10, takže IC je 10krát větší než IB. Bezpečnostní faktor IB = 1,5 x IBK nebyl dosud zohledněn.
3. kvadrant (vlevo dole) = UBE – IB
Pokles napětí mezi bází a emitorem tranzistoru je prahové napětí diody. Prahové napětí je 0,7 V. Od tohoto napětí začne tranzistor vést a bází začne téct proud IB. To lze také vysledovat zpět k charakteristice.
Příklad obvodu s charakteristikou:
Nyní je čas na (jednoduchý) příklad obvodu s přidruženou tranzistorovou charakteristikou. Je zde zahrnut IB = 1,5 x IBK, což vede k vodorovné linii na ose IB. V níže uvedeném obvodu je UB1 napětí baterie a UBE (Base-Emitter voltage) pochází ze spínače nebo signálu v řídicím zařízení. Pro výpočet proudu na UBE je třeba nejprve vypočítat aktuální IC (kolektorový proud);
Nyní víme, že na bázi tranzistoru musí protékat proud 15mA, aby tranzistor (se zmíněnými UB1 a RB) plně vedl včetně bezpečnostního faktoru. Charakteristiku lze poté doplnit:
Na této charakteristice je vidět, že IB (proud na bázi) se zvyšuje na 10mA. Tato část, od 0 do 10 mA, se vypočítá podle vzorce: IB = IC : HFE. Linka pak běží zcela horizontálně od 10 do 15mA. Tato část je faktor zisku 1,5 (z výpočtu IB = 1,5 x IBK). Při základním proudu 15mA protéká kolektorový proud (IC) 1000mA.
Tranzistory jsou řízeny proudem. Například v mikroprocesorech se chce udržovat proud co nejnižší kvůli vývoji tepla. To často zahrnuje MOSFET aplikovaný.
Darlingtonův tranzistor:
Řídicí zařízení posílá základní proud do tranzistoru. Tranzistor může být vodivý řídicím zařízením s proudem 0,1 až 0,5 mA. Když chceme ovládat akční člen, který vyžaduje vysoký proud, ECU nemůže dodat požadovaný proud pro tranzistor. Primární proud zapalovací cívky je přibližně 8 ampérů. Řídicí proud bude muset být zesílen, aby byl tranzistor vodivý. To způsobuje problém: mikroprocesor nemůže dodávat požadovaný proud pro tranzistor.
Pomocí Darlingtonova tranzistoru lze malým řídicím proudem z ECU spínat velký proud do akčního členu.
Darlingtonův tranzistor se skládá ze dvou tranzistorů spojených dohromady v jednom pouzdře.
Proud kolektor-emitor T1 poskytuje základní proud T2. To má za následek velký faktor zesílení, protože faktory zesílení obou tranzistorů lze společně násobit.
Velmi malý základní proud T1 (pouze jedna desetina miliampéru) často postačuje k tomu, aby byl T2 vodivý.
Současný faktor zesílení (Hfed) Darlingtonova tranzistoru je často mezi 1000 a 10.000 XNUMX. Vzorec pro výpočet faktoru zesílení Darlingtonova tranzistoru je:
Hfed = Hfe1 * Hfe2
- Výhoda: díky velkému faktoru proudového zesílení (Hfed) může stačit malý řídicí proud k tomu, aby byl Darlingtonův tranzistor vodivý;
- Nevýhoda: Napětí báze-emitor Darlingtonova obvodu je dvakrát větší než u jednoho tranzistoru. Pokles napětí Darlingtonova tranzistoru je proto podstatně větší než u jednoho tranzistoru.
V části „Výstupní signály“ na stránce Obvody rozhraní jsou uvedeny příklady a aplikace Darlingtonova tranzistoru.
Související stránka:
