Tárgyak:
- Általános
- A tranzisztor működése
- A tranzisztor, mint kapcsoló
- A tranzisztor, mint erősítő
- Tranzisztor karakterisztika
- Példa áramkör karakterisztikával
- Darlington tranzisztor
összesen:
A tranzisztoroknak 2 különböző alkalmazása van, ezek a következők:
- Erősítő (gondolj egy hangerősítőre)
- Kapcsoló (a tranzisztor nagyon gyorsan tud nagy teljesítményeket kapcsolni, és többek között az autó vezérlőberendezéseiben használják).
A tranzisztorokat árammal vezérlik. A mikroprocesszorokban például a hőfejlődés miatt az áramerősséget a lehető legalacsonyabb szinten akarják tartani. A MOSFET-et gyakran használják erre.
Kétféle tranzisztor létezik, nevezetesen az NPN és a PNP tranzisztor. Ezeket az alábbiakban ismertetjük.
NPN tranzisztor:
A B a „Base”, a C a „Collector” és az E az „Emitter” rövidítése.
Az NPN tranzisztornál a nyíl a tranzisztortól távolabb mutat. Ezt a tranzisztort gyakran használják „földelő áramkör”-ben, ahol az Emitter a földhöz van kötve.
PNP tranzisztor:
A PNP tranzisztornál a nyíl a tranzisztor felé mutat. A PNP hasznos mnemoniája az „Arrow to Plate”.
A tranzisztor működése:
Az autóiparban a tranzisztort leggyakrabban kapcsolóként használják, ezért most ezt tárgyaljuk tovább. Vegyünk példának egy NPN tranzisztort.
A képen az alap látható a bal oldalon, a kollektor felett és az Emitter alatt. Amikor egy alapáram elkezd folyni (kék nyíl), az követi az utat az Emitterhez. Ez azt is okozza, hogy kollektoráram áramlik az Emitterhez. Amint az alapáram eltűnik, a kollektortól az emitterig terjedő áram is leáll.
Ha az alapáram fele folyik, akkor az áram fele (I max.-hoz képest) is folyik. Ezért jól látható, hogy a tranzisztoron átkapcsolt áram (C-ből E-be) teljesen függ a B magasságától.
Egy tranzisztornak mindig van feszültségvesztesége a PN átmenet miatt. Az alap és az emitter között 0,7 volt, a kollektor és az emitter között pedig 0,3 volt.
A tranzisztor, mint kapcsoló:
A következő példában egy 12 voltos / 5 wattos lámpát tranzisztorral vezérelnek. Az UB1 feszültsége (1. feszültségforrás) az akkumulátor 12 voltos feszültsége. A lámpa földelve van csatlakoztatva. A tranzisztor alapját UB2 vezérli; „a 2. feszültségforrás” 6 volt.
A veszteségi feszültség a Collector – Emitter (UCE) között 0,3 volt, az alap – Emitter (UBE) között pedig 0,7 volt. Ezt látni fogjuk az alábbi számításban. Az erősítési tényező 200. Ez mindig változhat. Az erősítési tényező az alapáram és a Collector-Emitter áram aránya.
Az áramkört mindig egy bizonyos ellenállással kell megépíteni (RB a fenti ábrán). Ha ez az ellenállás nem lenne ott, a tranzisztor azonnal meghibásodik. Az RB ellenállás értéke minden tényezőtől függ; nevezetesen az UB1 és az UB2 feszültségei és a szükséges áramerősség az alkatrészekhez (ellenállások vagy lámpák), stb. Most kiszámítjuk az RB terhelési ellenállást.
Az RB terhelési ellenállás kiszámításához először a lámpán keresztüli ellenállást kell kiszámítani.
Most, hogy az RL ellenállás ismert, a kollektoráram (IC) kiszámítható.
Az UCEsat a „telítettség” rövidítése, vagy más szavakkal; telítettség. Amint a tranzisztor vezet, 0,3 voltos feszültségesés van a C és E pontok között (Collector – Emitter).
A következő lépés az alapáram (IB) meghatározása:
Minden tranzisztoráramkörre 1,5 x IB biztonsági ráhagyás (IBK) vonatkozik. Tehát az IB értékét ismét meg kell szorozni 1,5-tel. Ennek okát a későbbiekben ismertetjük.
Az alapáram mindössze 12%-a a Collector-Emitter áramnak. Most már jól látható, hogy egy tranzisztort kis basszus áramból nagy főárammá lehet alakítani.
Most, hogy a diagramban szereplő összes áram ismert, az RB ellenállás kiszámítható.
Az UBE az alap és az emitter közötti feszültség. A tranzisztorban lévő vezető anyag miatt a B és E pontok között mindig 0,7 V feszültségesés van.
Nincsenek olyan szabványos ellenállások, amelyek pontosan 1,74k (kilo-Ohm) lennének. Tehát más értékű szabványos ellenállást kell választani. A választást az E12 sorozat elérhető ellenállásai közül kell kiválasztani.
A szükséges 1,74k ellenállás 1,5k és 1,8k között van. Ebben az esetben az alacsonyabb ellenállási értéket kell választani; 1,5 ezerért. Ez annak biztosítására szolgál, hogy az alkatrészek öregedése és kopása ne befolyásolja az áramkör áramait.
A tranzisztor, mint erősítő:
A tranzisztor erősítőként használható. Az alapáram potenciométer elforgatásával változtatható. Az alapáram változtatásával az erősítési feszültség, és így a kollektor-emitter feszültsége is változik.
A tranzisztor jellemzői:
Az NPN tranzisztorból karakterisztika készíthető, lásd az alábbi képet:
1. kvadráns (jobbra fent) = UCE – IC
A vezeték 0,3 V-ig felfelé dől. Ez a terület UCEsat (tranzisztor telítettség). Ezután a vonal szinte vízszintesen fut.
2. kvadráns (balra fent) = IB – IC
Itt látható az UB és az IC közötti kapcsolat. IC = HFE x IB, ezzel a karakterisztikával HFE= 10, tehát az IC 10-szer akkora, mint az IB. Az IB = 1,5 x IBK biztonsági tényezőt még nem vették figyelembe.
3. kvadráns (balra lent) = UBE – IB
A tranzisztor bázisa és emittere közötti esési feszültség a dióda küszöbfeszültsége. A küszöbfeszültség 0,7 Volt. Ettől a feszültségtől a tranzisztor vezetni kezd, és az IB alapáram folyni kezd. Ez is a jellemzőre vezethető vissza.
Példa áramkör karakterisztikával:
Most itt az ideje egy (egyszerű) példaáramkörnek egy hozzárendelt tranzisztor karakterisztikával. Ide tartozik az IB = 1,5 x IBK, ami egy vízszintes vonalat eredményez az IB tengelyén. Az alábbi áramkörben az UB1 az akkumulátor feszültsége, az UBE (Base-Emitter feszültség) pedig egy kapcsolóból vagy egy vezérlőeszköz jeléből származik. Az UBE áramának kiszámításához először ki kell számítani az aktuális IC-t (kollektoráramot);
Most már tudjuk, hogy a tranzisztor alján 15mA áramnak kell folynia ahhoz, hogy a tranzisztor (az említett UB1-el és RB-vel) teljesen vezessen, beleértve a biztonsági tényezőt is. A karakterisztikát ezután ki lehet egészíteni:
Ezen a jellemzőn látható, hogy az IB (áram a bázison) 10mA-re nő. Ezt a 0 és 10 mA közötti részt a következő képlettel számítjuk ki: IB = IC : HFE. A vezeték ezután teljesen vízszintesen fut 10 és 15 mA között. Ez a rész az 1,5 erősítési tényező (az IB = 1,5 x IBK számításából). 15 mA alapáram mellett 1000 mA kollektoráram (IC) folyik.
A tranzisztorokat árammal vezérlik. A mikroprocesszorokban például a hőfejlődés miatt az áramerősséget a lehető legalacsonyabb szinten akarják tartani. Ez gyakran magában foglalja a MOSFET alkalmazott.
Darlington tranzisztor:
Egy vezérlőeszköz bázisáramot küld a tranzisztornak. A tranzisztort 0,1-0,5 mA áramerősségű vezérlőkészülékkel lehet vezetőképessé tenni. Ha nagy áramot igénylő működtetőt akarunk vezérelni, az ECU nem tudja biztosítani a szükséges áramot a tranzisztor számára. A gyújtótekercs primer árama körülbelül 8 amper. A vezérlőáramot fel kell erősíteni, hogy a tranzisztor vezetőképes legyen. Ez problémát okoz: a mikroprocesszor nem tudja biztosítani a kívánt áramot a tranzisztor számára.
Darlington tranzisztor segítségével az ECU-ból érkező kis vezérlőáram nagy áramot kapcsolhat az aktuátorra.
A Darlington tranzisztor két tranzisztorból áll, amelyek egy házban vannak összekapcsolva.
A T1 kollektor-emitter árama adja a T2 bázisáramát. Ez nagy erősítési tényezőt eredményez, mivel mindkét tranzisztor erősítési tényezője összeszorozható.
Egy nagyon kis T1 alapáram (csak egytized milliamper) gyakran elegendő ahhoz, hogy T2 vezetőképes legyen.
A Darlington tranzisztor áramerősítési tényezője (Hfed) gyakran 1000 és 10.000 XNUMX között van. A Darlington-tranzisztor erősítési tényezőjének kiszámítására szolgáló képlet a következő:
Hfed = Hfe1 * Hfe2
- Előny: a nagy áramerősítési tényezőnek (Hfed) köszönhetően kis vezérlőáram is elegendő lehet a Darlington tranzisztor vezetőképessé tételéhez;
- Hátránya: A Darlington-áramkör alap-emitter feszültsége kétszerese egy tranzisztoron. A Darlington tranzisztor esési feszültsége ezért lényegesen nagyobb, mint egyetlen tranzisztoré.
Az oldal „Kimeneti jelek” szakaszában Interfész áramkörök a Darlington tranzisztor példáit és alkalmazásait mutatjuk be.
Kapcsolódó oldal:
