emner:
- generelt
- Drift af transistoren
- Transistoren som omskifter
- Transistoren som forstærker
- Transistor karakteristik
- Eksempel på kredsløb med en karakteristik
- Darlington transistor
overordnet:
Transistorer har 2 forskellige applikationer, de bruges som:
- Forstærker (tænk på en lydforstærker)
- Switch (en transistor kan meget hurtigt skifte store kræfter og bruges blandt andet i styreenheder i bilen).
Transistorer styres med strøm. I mikroprocessorer ønsker man for eksempel at holde strømmen så lav som muligt på grund af varmeudvikling. MOSFET'en bruges ofte i dette.
Der er 2 typer transistorer, nemlig NPN og PNP transistor. Disse er beskrevet nedenfor.
NPN transistor:
B står for "Base", C for "Collector" og E for "Emitter".
Med NPN-transistoren peger pilen væk fra transistoren. Denne transistor bruges ofte, når det er et 'jordkredsløb', hvor emitteren er forbundet til jord.
PNP transistor:
Med PNP-transistoren peger pilen mod transistoren. En nyttig mnemonic for PNP er "Arrow to Plate".
Betjening af transistoren:
I bilteknologi bruges transistoren oftest som en switch, så det vil vi nu diskutere nærmere. Vi tager en NPN-transistor som eksempel.
Billedet viser basen til venstre, over opsamleren og under emitteren. Når en grundlæggende strøm begynder at flyde (blå pil), følger den sin vej til emitteren. Dette får også en kollektorstrøm til at strømme til emitteren. Så snart basisstrømmen forsvinder, stopper strømmen fra kollektor til emitter også.
Hvis halvdelen af grundstrømmen løber, vil halvdelen af strømmen (i forhold til I max.) også flyde. Det er derfor tydeligt at se, at den strøm, der skiftes gennem transistoren (fra C til E) er fuldstændig afhængig af højden af B.
En transistor har altid spændingstab på grund af PN-overgangen. Mellem Base og Emitter er det 0,7 Volt og mellem Collector og Emitter 0,3 Volt.
Transistoren som switch:
I det følgende eksempel styres en 12 volt / 5 watt lampe med en transistor. Spændingen på UB1 (spændingskilde 1) er batterispændingen på 12 volt. Lampen er forbundet til jord. Transistorens base styres med UB2; "spændingskilden 2" på 6 volt.
Tabsspændingen mellem Collector – Emitter (UCE) er 0,3 volt, og mellem Base – Emitter (UBE) 0,7 volt. Vi vil se dette afspejlet i nedenstående beregning. Forstærkningsfaktoren er sat til 200. Dette kan altid variere. Forstærkningsfaktoren er forholdet mellem basisstrømmen og Collector-Emitter-strømmen.
Et kredsløb skal altid være konstrueret med en vis modstand (RB i diagrammet ovenfor). Hvis denne modstand ikke var der, ville transistoren straks svigte. Den værdi, som modstanden RB skal have, afhænger af alle faktorer; nemlig spændinger på både UB1 og UB2 og den nødvendige strøm til komponenterne (modstande eller lamper) osv. Vi vil nu beregne belastningsmodstanden RB.
For at beregne belastningsmodstanden RB skal modstanden gennem lampen først beregnes.
Nu hvor modstanden RL er kendt, kan kollektorstrømmen (IC) beregnes.
UCEsat står for "saturation", eller med andre ord; mætning. Så snart transistoren leder, er der et spændingsfald på 0,3 volt mellem punkterne C og E (kollektor – emitter).
Det næste trin er at bestemme basisstrømmen (IB):
En sikkerhedsmargin (IBK) på 1,5 x IB gælder for hvert transistorkredsløb. Så værdien af IB skal ganges igen med 1,5. Årsagen til dette vil blive forklaret senere.
Basisstrømmen er kun 12% af Collector-Emitter-strømmen. Det er nu tydeligt at se, at en transistor kan omdannes til en stor hovedstrøm fra en lille basstrøm.
Nu hvor alle strømme i diagrammet er kendt, kan modstanden RB beregnes.
UBE er spændingen mellem basen og emitteren. På grund af det ledende materiale i transistoren er der altid et spændingsfald på 0,7 Volt mellem punkt B og E.
Der er ingen standardmodstande, der er nøjagtigt 1,74k (Kilo-Ohm). Så der skal vælges en standardmodstand med en anden værdi. Valget skal træffes blandt de tilgængelige modstande fra E12-serien.
Den nødvendige modstand på 1,74k er mellem 1,5k og 1,8k. I så fald skal den lavere modstandsværdi vælges; for 1,5k. Dette er for at sikre, at ældning og slid på komponenterne ikke påvirker strømmene i kredsløbet.
Transistoren som forstærker:
Transistoren kan bruges som forstærker. Basisstrømmen kan ændres ved at dreje et potentiometer. Ved at variere basisstrømmen ændres forstærkningsspændingen og dermed spændingen over kollektor-emitteren.
Transistor karakteristik:
En karakteristik kan laves af en NPN-transistor, se billedet nedenfor:
1. kvadrant (øverst til højre) = UCE – IC
Linjen hælder opad op til 0,3 volt. Dette område er UCEsat (transistormætning). Derefter løber linjen næsten vandret.
2. kvadrant (øverst til venstre) = IB – IC
Forbindelsen mellem UB og IC er angivet her. IC = HFE x IB, med denne karakteristik HFE= 10, så IC er 10 gange så stor som IB. Sikkerhedsfaktoren på IB = 1,5 x IBK er endnu ikke taget i betragtning.
3. kvadrant (nederst til venstre) = UBE – IB
Faldspændingen mellem basen og emitteren af en transistor er tærskelspændingen for en diode. Tærskelspændingen er 0,7 Volt. Fra denne spænding begynder transistoren at lede, og basisstrømmen IB begynder at strømme. Dette kan også føres tilbage til karakteristikken.
Eksempel på kredsløb med en karakteristik:
Nu er det tid til et (simpelt) eksempelkredsløb med tilhørende transistorkarakteristik. IB = 1,5 x IBK er inkluderet her, hvilket resulterer i en vandret linje på aksen af IB. I kredsløbet nedenfor er UB1 batterispændingen og UBE (Base-Emitter voltage) kommer fra en kontakt eller et signal i en kontrolenhed. For at beregne strømmen på UBE skal den aktuelle IC (kollektorstrøm) først beregnes;
Nu ved vi, at der skal strømme en strøm på 15mA på bunden af transistoren for at transistoren (med de nævnte UB1 og RB) kan lede fuldt ud, inklusive sikkerhedsfaktoren. Karakteristikken kan derefter udfyldes:
I denne karakteristik kan det ses, at IB (strømmen på basen) stiger til 10mA. Denne del, fra 0 til 10 mA, beregnes med formlen: IB = IC : HFE. Linjen løber så helt vandret fra 10 til 15mA. Denne del er forstærkningsfaktoren på 1,5 (fra beregningen af IB = 1,5 x IBK). Med en basisstrøm på 15mA flyder en kollektorstrøm (IC) på 1000mA.
Transistorer styres med strøm. I mikroprocessorer ønsker man for eksempel at holde strømmen så lav som muligt på grund af varmeudvikling. Dette omfatter ofte MOSFET anvendt.
Darlington transistor:
En styreenhed sender en basisstrøm til transistoren. En transistor kan gøres ledende af en styreenhed med en strøm på 0,1 til 0,5 mA. Når vi ønsker at styre en aktuator, der kræver en høj strøm, kan ECU'en ikke levere den nødvendige strøm til transistoren. Den primære strøm af en tændspole er cirka 8 ampere. Styrestrømmen skal forstærkes for at gøre transistoren ledende. Dette forårsager et problem: mikroprocessoren kan ikke levere den ønskede strøm til transistoren.
Ved hjælp af en Darlington-transistor kan en lille styrestrøm fra ECU'en bruges til at skifte en stor strøm til aktuatoren.
Darlington-transistoren består af to transistorer, der er forbundet sammen i et hus.
Kollektor-emitterstrømmen af T1 giver basisstrømmen af T2. Dette resulterer i en stor forstærkningsfaktor, fordi forstærkningsfaktorerne for begge transistorer kan multipliceres sammen.
En meget lille basisstrøm på T1 (kun en tiendedel af en milliampere) er ofte tilstrækkelig til at gøre T2 ledende.
Den nuværende forstærkningsfaktor (Hfed) for Darlington-transistoren er ofte mellem 1000 og 10.000. Formlen til at beregne forstærkningsfaktoren for en Darlington-transistor er:
Hfed = Hfe1 * Hfe2
- Fordel: takket være den store strømforstærkningsfaktor (Hfed) kan en lille styrestrøm være tilstrækkelig til at gøre Darlington-transistoren ledende;
- Ulempe: Base-emitter-spændingen i Darlington-kredsløbet er dobbelt så stor som en enkelt transistor. Faldspændingen af Darlington-transistoren er derfor betydeligt større end for en enkelt transistor.
I afsnittet "Udgangssignaler" på siden Interface kredsløb eksempler og anvendelser af Darlington-transistoren er givet.
Relateret side:
