Aiheet:
- Yleinen
- Transistorin toiminta
- Transistori kytkimenä
- Transistori vahvistimena
- Transistorin ominaisuus
- Esimerkki piirin ominaisuudella
- Darlington transistori
yleinen:
Transistoreilla on 2 eri sovellusta, niitä käytetään:
- Vahvistin (ajattele äänenvahvistinta)
- Kytkin (transistori voi vaihtaa suuria tehoja erittäin nopeasti ja sitä käytetään mm. auton ohjauslaitteissa).
Transistoreja ohjataan virralla. Esimerkiksi mikroprosessoreissa virta halutaan pitää mahdollisimman alhaisena lämmönkehityksen vuoksi. MOSFETiä käytetään usein tässä.
Transistoreja on 2 tyyppiä, nimittäin NPN- ja PNP-transistori. Nämä on kuvattu alla.
NPN-transistori:
B tarkoittaa "Base", C tarkoittaa "Collector" ja E "Emitter".
NPN-transistorilla nuoli osoittaa poispäin transistorista. Tätä transistoria käytetään usein, kun se on "maapiiri", jossa emitteri on kytketty maahan.
PNP-transistori:
PNP-transistorin kohdalla nuoli osoittaa transistoria kohti. Hyödyllinen muistomerkki PNP:lle on "Arrow to Plate".
Transistorin toiminta:
Autotekniikassa transistoria käytetään useimmiten kytkimenä, joten keskustelemme tästä nyt lisää. Otamme esimerkkinä NPN-transistorin.
Kuvassa pohja vasemmalla, keräimen yläpuolella ja emitterin alapuolella. Kun perusvirta alkaa virrata (sininen nuoli), se seuraa matkaansa emitteriin. Tämä saa myös kollektorivirran virtaamaan emitteriin. Heti kun perusvirta katoaa, myös virta kollektorista emitteriin pysähtyy.
Jos puolet perusvirrasta kulkee, virtaa myös puolet virrasta (verrattuna I max:iin). Siksi on selvästi nähtävissä, että transistorin kautta kytkettävä virta (C:stä E:hen) on täysin riippuvainen B:n korkeudesta.
Transistorilla on aina jännitehäviöitä PN-siirtymän vuoksi. Tukiaseman ja emitterin välillä on 0,7 volttia ja keräimen ja emitterin välillä 0,3 volttia.
Transistori kytkimenä:
Seuraavassa esimerkissä 12 voltin / 5 watin lamppua ohjataan transistorilla. UB1:n (jännitelähde 1) jännite on 12 voltin akun jännite. Lamppu on kytketty maahan. Transistorin kantaa ohjataan UB2:lla; "jännitelähde 2" on 6 volttia.
Häviöjännite Collector – Emitter (UCE) välillä on 0,3 volttia ja Base – Emitter (UBE) välillä 0,7 volttia. Näemme tämän näkyvän alla olevassa laskelmassa. Vahvistuskerroin on asetettu arvoon 200. Tämä voi aina vaihdella. Vahvistuskerroin on perusvirran ja Collector-Emitter-virran välinen suhde.
Piiri on aina rakennettava tietyllä resistanssilla (RB yllä olevassa kaaviossa). Jos tätä vastusta ei olisi olemassa, transistori epäonnistuu välittömästi. Arvo, jonka vastuksella RB pitäisi olla, riippuu kaikista tekijöistä; eli jännitteet sekä UB1:ssä että UB2:ssa ja tarvittava virta komponenteille (vastukset tai lamput) jne. Laskemme nyt kuormitusresistanssin RB.
Kuormitusvastuksen RB laskemiseksi on ensin laskettava lampun läpi kulkeva vastus.
Nyt kun resistanssi RL tunnetaan, kollektorivirta (IC) voidaan laskea.
UCEsat tarkoittaa "kylläisyyttä" tai toisin sanoen; kylläisyys. Heti kun transistori johtaa, pisteiden C ja E (Collector – Emitter) välillä on 0,3 voltin jännitehäviö.
Seuraava vaihe on määrittää perusvirta (IB):
1,5 x IB turvamarginaali (IBK) koskee jokaista transistoripiiriä. Joten IB:n arvo on kerrottava uudelleen luvulla 1,5. Syy tähän selitetään myöhemmin.
Perusvirta on vain 12 % Collector-Emitter -virrasta. Nyt on selvästi nähtävissä, että transistori voidaan muuttaa pienestä bassovirrasta suureksi päävirraksi.
Nyt kun kaikki kaavion virrat ovat tiedossa, resistanssi RB voidaan laskea.
UBE on tukikohdan ja lähettimen välinen jännite. Transistorin johtavasta materiaalista johtuen pisteiden B ja E välillä on aina 0,7 voltin jännitehäviö.
Ei ole olemassa vakiovastuksia, jotka ovat täsmälleen 1,74 k (kilo-ohmia). Joten on valittava vakiovastus, jolla on eri arvo. Valinta on tehtävä saatavilla olevista E12-sarjan vastuksista.
Vaadittu 1,74k vastus on 1,5k ja 1,8k välillä. Siinä tapauksessa tulee valita pienempi vastusarvo; hintaan 1,5k. Tällä varmistetaan, että komponenttien ikääntyminen ja kuluminen eivät vaikuta virtapiirin virtoihin.
Transistori vahvistimena:
Transistoria voidaan käyttää vahvistimena. Perusvirtaa voidaan muuttaa kääntämällä potentiometriä. Kantavirtaa muuttamalla vahvistusjännite ja siten kollektori-emitterin yli oleva jännite muuttuu.
Transistorin ominaisuus:
Ominaisuus voidaan tehdä NPN-transistorista, katso alla oleva kuva:
1. kvadrantti (ylhäällä oikealla) = UCE – IC
Linja kallistuu ylöspäin 0,3 volttiin asti. Tämä alue on UCEsat (transistorin kylläisyys). Sen jälkeen viiva kulkee lähes vaakasuorassa.
2. kvadrantti (ylhäällä vasen) = IB – IC
Tässä on osoitettu UB:n ja IC:n välinen yhteys. IC = HFE x IB, tällä ominaisuudella HFE = 10, joten IC on 10 kertaa suurempi kuin IB. Turvakerrointa IB = 1,5 x IBK ei ole vielä otettu huomioon.
3. kvadrantti (alas vasemmalla) = UBE – IB
Transistorin kannan ja emitterin välinen pudotusjännite on diodin kynnysjännite. Kynnysjännite on 0,7 volttia. Tästä jännitteestä transistori alkaa johtaa ja kantavirta IB alkaa virrata. Tämä voidaan myös jäljittää ominaisuuteen.
Esimerkki piiri, jolla on ominaisuus:
Nyt on (yksinkertaisen) esimerkkipiirin aika, johon liittyy transistorin ominaisuus. IB = 1,5 x IBK sisältyy tähän, jolloin tuloksena on vaakasuora viiva IB:n akselilla. Alla olevassa piirissä UB1 on akun jännite ja UBE (Base-Emitter Voltage) tulee ohjauslaitteen kytkimestä tai signaalista. UBE:n virran laskemiseksi on ensin laskettava virran IC (kollektorivirta);
Nyt tiedämme, että 15 mA:n virran täytyy kulkea transistorin pohjassa, jotta transistori (mainittujen UB1:n ja RB:n kanssa) johtaisi täysin, mukaan lukien turvallisuuskerroin. Ominaisuus voidaan sitten täydentää:
Tästä ominaisuudesta voidaan nähdä, että IB (virta tukiasemassa) kasvaa 10 mA:iin. Tämä osa, 0 - 10 mA, lasketaan kaavalla: IB = IC : HFE. Linja kulkee sitten täysin vaakasuunnassa 10 - 15 mA. Tämä osa on vahvistuskerroin 1,5 (laskettaessa IB = 1,5 x IBK). Kun kantavirta on 15 mA, kollektorivirta (IC) kulkee 1000 mA.
Transistoreja ohjataan virralla. Esimerkiksi mikroprosessoreissa virta halutaan pitää mahdollisimman alhaisena lämmönkehityksen vuoksi. Tämä sisältää usein MOSFET sovelletaan.
Darlington-transistori:
Ohjauslaite lähettää kantavirran transistorille. Transistori voidaan saada johtavaksi ohjauslaitteella, jonka virta on 0,1 - 0,5 mA. Kun haluamme ohjata korkeaa virtaa vaativaa toimilaitetta, ECU ei pysty syöttämään tarvittavaa virtaa transistorille. Sytytyspuolan ensiövirta on noin 8 ampeeria. Ohjausvirtaa on vahvistettava, jotta transistori tulee johtavaksi. Tämä aiheuttaa ongelman: mikroprosessori ei pysty syöttämään haluttua virtaa transistorille.
Darlington-transistorin avulla ECU:sta tulevalla pienellä ohjausvirralla voidaan kytkeä suuri virta toimilaitteeseen.
Darlington-transistori koostuu kahdesta transistorista, jotka on yhdistetty yhteen koteloon.
T1:n kollektori-emitterivirta muodostaa T2:n kantavirran. Tämä johtaa suureen vahvistuskertoimeen, koska molempien transistorien vahvistuskertoimet voidaan kertoa yhteen.
Hyvin pieni perusvirta T1 (vain kymmenesosa milliampeerista) riittää usein tekemään T2:sta johtavan.
Darlington-transistorin virran vahvistuskerroin (Hfed) on usein välillä 1000-10.000 XNUMX. Kaava Darlington-transistorin vahvistuskertoimen laskemiseksi on:
Hfed = Hfe1 * Hfe2
- Etu: suuren virranvahvistuskertoimen (Hfed) ansiosta pieni ohjausvirta voi riittää tekemään Darlington-transistorin johtavaksi;
- Haitta: Darlington-piirin kanta-emitterijännite on kaksi kertaa yhden transistorin jännite. Darlington-transistorin pudotusjännite on siis huomattavasti suurempi kuin yksittäisen transistorin.
Sivun "Lähtösignaalit" -osiossa Liitäntäpiirit Esimerkkejä ja sovelluksia Darlington-transistoreista annetaan.
Aiheeseen liittyvä sivu:
