Przedmioty:
- Zarys ogólny
- Działanie tranzystora
- Tranzystor jako przełącznik
- Tranzystor jako wzmacniacz
- Charakterystyka tranzystora
- Przykładowy obwód z charakterystyką
- Tranzystor Darlingtona
Ogólne:
Tranzystory mają 2 różne zastosowania, są używane jako:
- Wzmacniacz (pomyśl o wzmacniaczu audio)
- Przełącznik (tranzystor potrafi bardzo szybko przełączać duże moce i znajduje zastosowanie m.in. w urządzeniach sterujących w samochodzie).
Tranzystory sterowane są prądem. Na przykład w mikroprocesorach chce się utrzymać prąd na jak najniższym poziomie ze względu na wydzielanie się ciepła. Często wykorzystuje się w tym celu MOSFET.
Istnieją 2 typy tranzystorów, a mianowicie tranzystor NPN i PNP. Zostały one opisane poniżej.
Tranzystor NPN:
B oznacza „Bazę”, C „Kolektor”, a E „Emiter”.
W przypadku tranzystora NPN strzałka skierowana jest w stronę przeciwną do tranzystora. Tranzystor ten jest często używany, gdy stanowi „obwód masy”, w którym emiter jest podłączony do masy.
Tranzystor PNP:
W przypadku tranzystora PNP strzałka wskazuje w stronę tranzystora. Przydatnym mnemonikiem dla PNP jest „strzałka do płyty”.
Działanie tranzystora:
W technologii motoryzacyjnej tranzystor jest najczęściej używany jako przełącznik, dlatego omówimy to teraz szczegółowo. Jako przykład bierzemy tranzystor NPN.
Zdjęcie przedstawia podstawę po lewej stronie, nad kolektorem i poniżej emitera. Kiedy zaczyna płynąć prąd podstawowy (niebieska strzałka), podąża on do emitera. Powoduje to również przepływ prądu kolektora do emitera. Gdy tylko zaniknie prąd bazowy, zatrzymuje się również prąd od kolektora do emitera.
Jeśli popłynie połowa prądu podstawowego, popłynie również połowa prądu (w porównaniu do I maks.). Widać zatem wyraźnie, że prąd przełączany przez tranzystor (z C do E) jest całkowicie zależny od wysokości B.
Tranzystor zawsze ma straty napięcia spowodowane przejściem PN. Pomiędzy bazą a emiterem jest 0,7 V, a pomiędzy kolektorem a emiterem 0,3 V.
Tranzystor jako przełącznik:
W poniższym przykładzie lampa 12 V / 5 W jest sterowana za pomocą tranzystora. Napięcie UB1 (źródło napięcia 1) to napięcie akumulatora wynoszące 12 woltów. Lampa jest podłączona do uziemienia. Baza tranzystora sterowana jest za pomocą UB2; „źródło napięcia 2” o napięciu 6 woltów.
Strata napięcia pomiędzy kolektorem – emiterem (UCE) wynosi 0,3 V, a pomiędzy bazą – emiterem (UBE) 0,7 V. Zobaczymy to odzwierciedlone w poniższych obliczeniach. Współczynnik wzmocnienia jest ustawiony na 200. Zawsze może się różnić. Współczynnik wzmocnienia to stosunek prądu bazy do prądu kolektor-emiter.
Obwód musi być zawsze zbudowany z określoną rezystancją (RB na powyższym schemacie). Gdyby nie było tego rezystora, tranzystor natychmiast uległby awarii. Wartość, jaką powinien mieć rezystor RB, zależy od wszystkich czynników; mianowicie napięcia na UB1 i UB2 oraz wymagany prąd dla komponentów (rezystory lub lampy) itp. Teraz obliczymy rezystancję obciążenia RB.
Aby obliczyć rezystancję obciążenia RB, należy najpierw obliczyć rezystancję lampy.
Znając rezystancję RL, można obliczyć prąd kolektora (IC).
UCEsat oznacza „nasycenie” lub innymi słowy; nasycenie. Gdy tylko tranzystor zacznie przewodzić, pomiędzy punktami C i E (kolektor – emiter) następuje spadek napięcia o 0,3 V.
Kolejnym krokiem jest określenie prądu bazy (IB):
Dla każdego obwodu tranzystorowego obowiązuje margines bezpieczeństwa (IBK) wynoszący 1,5 x IB. Zatem wartość IB należy ponownie pomnożyć przez 1,5. Powód tego zostanie wyjaśniony później.
Prąd bazowy wynosi tylko 12% prądu kolektor-emiter. Teraz wyraźnie widać, że tranzystor można przekształcić w duży prąd główny z małego prądu basowego.
Teraz, gdy znane są wszystkie prądy na schemacie, można obliczyć rezystancję RB.
UBE to napięcie pomiędzy bazą a emiterem. Ze względu na przewodzący materiał tranzystora, pomiędzy punktami B i E zawsze występuje spadek napięcia o 0,7 V.
Nie ma standardowych rezystorów o wartości dokładnie 1,74 k (kiloomów). Należy zatem wybrać standardowy rezystor o innej wartości. Wyboru należy dokonać spośród dostępnych rezystorów z serii E12.
Wymagany rezystor 1,74 k wynosi od 1,5 k do 1,8 k. W takim przypadku należy wybrać niższą wartość rezystancji; za 1,5 tys. Ma to na celu zapewnienie, że starzenie się i zużycie komponentów nie ma wpływu na prądy w obwodzie.
Tranzystor jako wzmacniacz:
Tranzystor może służyć jako wzmacniacz. Prąd bazowy można zmienić obracając potencjometr. Zmieniając prąd bazy, zmienia się napięcie wzmocnienia, a tym samym napięcie na kolektorze-emiterze.
Charakterystyka tranzystora:
Można wykonać charakterystykę tranzystora NPN, patrz obrazek poniżej:
1. ćwiartka (u góry po prawej) = UCE – IC
Linia wznosi się w górę do 0,3 V. Obszar ten to UCEsat (nasycenie tranzystora). Następnie linia biegnie prawie poziomo.
2. ćwiartka (u góry po lewej) = IB – IC
Wskazane jest tutaj połączenie pomiędzy UB i IC. IC = HFE x IB, przy tej charakterystyce HFE = 10, więc IC jest 10 razy większe od IB. Współczynnik bezpieczeństwa IB = 1,5 x IBK nie został jeszcze wzięty pod uwagę.
3. ćwiartka (na dole po lewej) = UBE – IB
Spadek napięcia między bazą a emiterem tranzystora jest napięciem progowym diody. Napięcie progowe wynosi 0,7 V. Od tego napięcia tranzystor zaczyna przewodzić i zaczyna płynąć prąd bazy IB. Można to również prześledzić wstecz do charakterystyki.
Przykładowy obwód o charakterystyce:
Teraz czas na (prosty) przykładowy obwód z powiązaną charakterystyką tranzystora. Uwzględniono tutaj IB = 1,5 x IBK, co daje poziomą linię na osi IB. W poniższym obwodzie UB1 to napięcie akumulatora, a UBE (napięcie bazy-emitera) pochodzi z przełącznika lub sygnału w urządzeniu sterującym. Aby obliczyć prąd w UBE, należy najpierw obliczyć prąd IC (prąd kolektora);
Teraz wiemy, że przez bazę tranzystora musi płynąć prąd o natężeniu 15 mA, aby tranzystor (ze wspomnianymi UB1 i RB) mógł w pełni przewodzić, uwzględniając współczynnik bezpieczeństwa. Następnie można uzupełnić charakterystykę:
W tej charakterystyce widać, że IB (prąd na bazie) wzrasta do 10 mA. Tę część, od 0 do 10 mA, oblicza się ze wzoru: IB = IC: HFE. Linia przebiega wówczas całkowicie poziomo od 10 do 15 mA. Ta część to współczynnik wzmocnienia wynoszący 1,5 (z obliczenia IB = 1,5 x IBK). Przy prądzie bazowym 15 mA przepływa prąd kolektora (IC) o natężeniu 1000 mA.
Tranzystory sterowane są prądem. Na przykład w mikroprocesorach chce się utrzymać prąd na jak najniższym poziomie ze względu na wydzielanie się ciepła. Często obejmuje to MOSFET przepaść.
Tranzystor Darlingtona:
Urządzenie sterujące wysyła prąd bazowy do tranzystora. Tranzystor może przewodzić za pomocą urządzenia sterującego o natężeniu prądu od 0,1 do 0,5 mA. Gdy chcemy sterować siłownikiem wymagającym dużego prądu, ECU nie jest w stanie zapewnić wymaganego prądu dla tranzystora. Prąd pierwotny cewki zapłonowej wynosi około 8 amperów. Aby tranzystor przewodził, należy wzmocnić prąd sterujący. Powoduje to problem: mikroprocesor nie może zapewnić żądanego prądu dla tranzystora.
Za pomocą tranzystora Darlingtona mały prąd sterujący z ECU może zostać wykorzystany do przełączenia dużego prądu na element wykonawczy.
Tranzystor Darlingtona składa się z dwóch tranzystorów połączonych razem w jednej obudowie.
Prąd kolektor-emiter T1 zapewnia prąd bazowy T2. Powoduje to duży współczynnik wzmocnienia, ponieważ współczynniki wzmocnienia obu tranzystorów można pomnożyć przez siebie.
Bardzo mały prąd bazowy T1 (tylko jedna dziesiąta miliampera) często wystarcza, aby T2 przewodził.
Współczynnik wzmocnienia prądu (Hfed) tranzystora Darlingtona często mieści się w przedziale od 1000 do 10.000 XNUMX. Wzór na obliczenie współczynnika wzmocnienia tranzystora Darlingtona jest następujący:
Hfed = Hfe1 * Hfe2
- Zaleta: dzięki dużemu współczynnikowi wzmocnienia prądu (Hfed) do zapewnienia przewodzenia tranzystora Darlingtona może wystarczyć mały prąd sterujący;
- Wada: napięcie baza-emiter w obwodzie Darlingtona jest dwukrotnie większe niż w przypadku pojedynczego tranzystora. Spadek napięcia na tranzystorze Darlingtona jest zatem znacznie większy niż w przypadku pojedynczego tranzystora.
W sekcji „Sygnały wyjściowe” na stronie Obwody interfejsu podano przykłady i zastosowania tranzystora Darlingtona.
Powiązana strona:
