Emner:
- Algemeen
- Drift av transistoren
- Transistoren som en bryter
- Transistoren som forsterker
- Transistorkarakteristikk
- Eksempel på krets med en karakteristikk
- Darlington transistor
generelle:
Transistorer har 2 forskjellige bruksområder, de brukes som:
- Forsterker (tenk på en lydforsterker)
- Switch (en transistor kan bytte store krefter veldig raskt og brukes i blant annet kontrollenheter i bilen).
Transistorer styres med strøm. I mikroprosessorer ønsker man for eksempel å holde strømmen så lav som mulig på grunn av varmeutvikling. MOSFET brukes ofte i dette.
Det 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 peker pilen bort fra transistoren. Denne transistoren brukes ofte når det er en 'jordkrets', hvor emitteren er koblet til jord.
PNP transistor:
Med PNP-transistoren peker pilen mot transistoren. En nyttig mnemonikk for PNP er "Pil til plate".
Drift av transistoren:
I bilteknologi brukes transistoren oftest som en bryter, så vi skal nå diskutere dette videre. Vi tar en NPN-transistor som eksempel.
Bildet viser basen til venstre, over samleren og under emitteren. Når en grunnleggende strøm begynner å flyte (blå pil), følger den veien til senderen. Dette fører også til at en kollektorstrøm flyter til emitteren. Så snart grunnstrømmen forsvinner, stopper også strømmen fra kollektor til emitter.
Går halve grunnstrømmen, vil også halve strømmen (sammenlignet med I maks.) flyte. Det er derfor godt synlig at strømmen svitsjet gjennom transistoren (fra C til E) er helt avhengig av høyden til B.
En transistor har alltid spenningstap på grunn av PN-overgangen. Mellom Base og Emitter er det 0,7 Volt og mellom Collector og Emitter 0,3 Volt.
Transistoren som bryter:
I følgende eksempel styres en 12 volt / 5 watt lampe med en transistor. Spenningen til UB1 (spenningskilde 1) er batterispenningen på 12 volt. Lampen er koblet til jord. Basen til transistoren styres med UB2; "spenningskilden 2" på 6 volt.
Tapspenningen mellom Collector – Emitter (UCE) er 0,3 volt, og mellom Base – Emitter (UBE) 0,7 volt. Vi vil se dette reflektert i beregningen nedenfor. Forsterkningsfaktoren er satt til 200. Dette kan alltid variere. Forsterkningsfaktoren er forholdet mellom basisstrømmen og kollektor-emitterstrømmen.
En krets skal alltid være konstruert med en viss motstand (RB i diagrammet over). Hvis denne motstanden ikke var der, ville transistoren umiddelbart svikte. Verdien som motstanden RB skal ha avhenger av alle faktorer; nemlig spenninger på både UB1 og UB2 og nødvendig strøm for komponentene (motstander eller lamper) osv. Vi skal nå beregne belastningsmotstanden RB.
For å beregne lastmotstanden RB må motstanden gjennom lampen først beregnes.
Nå som motstanden RL er kjent, kan kollektorstrømmen (IC) beregnes.
UCEsat står for “metning”, eller med andre ord; metning. Så snart transistoren leder, er det et spenningsfall på 0,3 volt mellom punktene C og E (Kollektor – Emitter).
Det neste trinnet er å bestemme grunnstrømmen (IB):
En sikkerhetsmargin (IBK) på 1,5 x IB gjelder for hver transistorkrets. Så verdien av IB må multipliseres igjen med 1,5. Årsaken til dette vil bli forklart senere.
Grunnstrømmen er bare 12 % av kollektor-emitterstrømmen. Det er nå godt synlig at en transistor kan gjøres om til en stor hovedstrøm fra en liten bassstrøm.
Nå som alle strømmer i diagrammet er kjent, kan motstanden RB beregnes.
UBE er spenningen mellom basen og emitteren. På grunn av det ledende materialet i transistoren er det alltid et spenningsfall på 0,7 Volt mellom punktene B og E.
Det finnes ingen standard motstander som er nøyaktig 1,74k (Kilo-Ohm). Så en standard motstand med en annen verdi må velges. Valget må gjøres blant tilgjengelige motstander fra E12-serien.
Den nødvendige motstanden på 1,74k er mellom 1,5k og 1,8k. I så fall bør den nedre motstandsverdien velges; for 1,5k. Dette for å sikre at aldring og slitasje på komponentene ikke påvirker strømmene i kretsen.
Transistoren som forsterker:
Transistoren kan brukes som forsterker. Grunnstrømmen kan endres ved å dreie et potensiometer. Ved å variere grunnstrømmen endres forsterkningsspenningen, og dermed spenningen over kollektor-emitteren.
Transistorkarakteristikk:
En karakteristikk kan lages av en NPN-transistor, se bildet nedenfor:
1. kvadrant (øverst til høyre) = UCE – IC
Linjen skråner oppover opp til 0,3 volt. Dette området er UCEsat (transistormetning). Etter det går linjen nesten horisontalt.
2. kvadrant (øverst til venstre) = IB – IC
Forbindelsen mellom UB og IC er angitt her. IC = HFE x IB, med denne karakteristikken HFE= 10, så IC er 10 ganger så stor som IB. Sikkerhetsfaktoren til IB = 1,5 x IBK er ennå ikke tatt i betraktning.
3. kvadrant (nederst til venstre) = UBE – IB
Fallspenningen mellom basen og emitteren til en transistor er terskelspenningen til en diode. Terskelspenningen er 0,7 Volt. Fra denne spenningen begynner transistoren å lede og basisstrømmen IB begynner å flyte. Dette kan også spores tilbake til karakteristikken.
Eksempel på krets med en karakteristikk:
Nå er det tid for en (enkel) eksempelkrets med tilhørende transistorkarakteristikk. IB = 1,5 x IBK er inkludert her, noe som resulterer i en horisontal linje på aksen til IB. I kretsen nedenfor er UB1 batterispenningen og UBE (Base-Emitter voltage) kommer fra en bryter eller signal i en kontrollenhet. For å beregne strømmen på UBE, må gjeldende IC (kollektorstrøm) først beregnes;
Nå vet vi at en strøm på 15mA må flyte på bunnen av transistoren for at transistoren (med nevnte UB1 og RB) skal lede fullt ut, inkludert sikkerhetsfaktoren. Karakteristikken kan deretter fullføres:
I denne karakteristikken kan det sees at IB (strømmen på basen) øker til 10mA. Denne delen, fra 0 til 10 mA, beregnes med formelen: IB = IC : HFE. Linjen går da helt horisontalt fra 10 til 15mA. Denne delen er forsterkningsfaktoren på 1,5 (fra beregningen av IB = 1,5 x IBK). Med en grunnstrøm på 15mA flyter det en kollektorstrøm (IC) på 1000mA.
Transistorer styres med strøm. I mikroprosessorer ønsker man for eksempel å holde strømmen så lav som mulig på grunn av varmeutvikling. Dette inkluderer ofte MOSFET anvendt.
Darlington transistor:
En kontrollenhet sender en basisstrøm til transistoren. En transistor kan gjøres ledende av en kontrollenhet med en strøm på 0,1 til 0,5 mA. Når vi ønsker å styre en aktuator som krever høy strøm, kan ikke ECU levere den nødvendige strømmen til transistoren. Primærstrømmen til en tennspole er omtrent 8 ampere. Styrestrømmen må forsterkes for å gjøre transistoren ledende. Dette forårsaker et problem: mikroprosessoren kan ikke levere ønsket strøm for transistoren.
Ved hjelp av en Darlington-transistor kan en liten styrestrøm fra ECU brukes til å koble en stor strøm til aktuatoren.
Darlington-transistoren består av to transistorer koblet sammen i ett hus.
Kollektor-emitterstrømmen til T1 gir basisstrømmen til T2. Dette resulterer i en stor forsterkningsfaktor, fordi forsterkningsfaktorene til begge transistorene kan multipliseres sammen.
En veldig liten grunnstrøm på T1 (bare en tiendedel av en milliampere) er ofte tilstrekkelig for å gjøre T2 ledende.
Strømforsterkningsfaktoren (Hfed) til Darlington-transistoren er ofte mellom 1000 og 10.000 XNUMX. Formelen for å beregne forsterkningsfaktoren til en Darlington-transistor er:
Hfed = Hfe1 * Hfe2
- Fordel: takket være den store strømforsterkningsfaktoren (Hfed) kan en liten styrestrøm være tilstrekkelig for å gjøre Darlington-transistoren ledende;
- Ulempe: Base-emitterspenningen til Darlington-kretsen er dobbelt så stor som for en enkelt transistor. Fallspenningen til Darlington-transistoren er derfor betydelig større enn for en enkelt transistor.
I delen "Utgangssignaler" på siden Grensesnittkretser eksempler og anvendelser av Darlington-transistoren er gitt.
Relatert side:
