Subiecte:
- General
- Funcționarea tranzistorului
- Tranzistorul ca comutator
- Tranzistorul ca amplificator
- Caracteristica tranzistorului
- Exemplu de circuit cu o caracteristică
- tranzistor Darlington
General:
Tranzistoarele au 2 aplicații diferite, acestea fiind utilizate ca:
- Amplificator (gândiți-vă la un amplificator audio)
- Comutator (un tranzistor poate comuta foarte repede puteri mari și este folosit, printre altele, în dispozitivele de control din mașină).
Tranzistoarele sunt controlate cu curent. La microprocesoare, de exemplu, se dorește menținerea curentului cât mai scăzut posibil datorită dezvoltării căldurii. MOSFET-ul este adesea folosit în acest sens.
Există 2 tipuri de tranzistoare, și anume tranzistorul NPN și tranzistorul PNP. Acestea sunt descrise mai jos.
tranzistor NPN:
B înseamnă „Bază”, C pentru „Colector” și E pentru „Emițător”.
Cu tranzistorul NPN, săgeata este îndreptată departe de tranzistor. Acest tranzistor este adesea folosit atunci când este un „circuit de masă”, unde emițătorul este conectat la masă.
tranzistor PNP:
Cu tranzistorul PNP, săgeata îndreaptă spre tranzistor. Un mnemonic util pentru PNP este „Arrow to Plate”.
Funcționarea tranzistorului:
În tehnologia auto, tranzistorul este cel mai adesea folosit ca comutator, așa că vom discuta acum despre acest lucru în continuare. Luăm ca exemplu un tranzistor NPN.
Imaginea arată baza din stânga, deasupra colectorului și sub emițător. Când un curent de bază începe să curgă (săgeată albastră), acesta își urmează drumul către Emițător. Acest lucru determină, de asemenea, un curent de colector să curgă către emițător. Imediat ce curentul de bază dispare, se oprește și curentul de la colector la emițător.
Dacă curge jumătate din curentul de bază, va curge și jumătate din curent (comparativ cu I max.). Prin urmare, este clar că curentul comutat prin tranzistor (de la C la E) este complet dependent de înălțimea lui B.
Un tranzistor are întotdeauna pierderi de tensiune din cauza tranziției PN. Între bază și emițător este de 0,7 volți, iar între colector și emițător este de 0,3 volți.
Tranzistorul ca comutator:
În exemplul următor, o lampă de 12 volți / 5 wați este controlată cu un tranzistor. Tensiunea UB1 (sursa de tensiune 1) este tensiunea bateriei de 12 volți. Lampa este conectată la pământ. Baza tranzistorului este controlată cu UB2; „sursa de tensiune 2” de 6 volți.
Tensiunea de pierdere între colector – emițător (UCE) este de 0,3 volți, iar între bază – emițător (UBE) 0,7 volți. Vom vedea acest lucru reflectat în calculul de mai jos. Factorul de amplificare este setat la 200. Acesta poate varia întotdeauna. Factorul de câștig este raportul dintre curentul de bază și curentul colector-emițător.
Un circuit trebuie întotdeauna construit cu o anumită rezistență (RB în diagrama de mai sus). Dacă acest rezistor nu ar fi acolo, tranzistorul ar eșua imediat. Valoarea pe care ar trebui să o aibă rezistorul RB depinde de toți factorii; și anume tensiunile atât pe UB1 cât și pe UB2 și curentul necesar pentru componente (rezistențe sau lămpi), etc. Vom calcula acum rezistența de sarcină RB.
Pentru a calcula rezistența la sarcină RB, trebuie mai întâi calculată rezistența prin lampă.
Acum că este cunoscută rezistența RL, curentul colectorului (IC) poate fi calculat.
UCEsat înseamnă „saturație”, sau cu alte cuvinte; saturare. De îndată ce tranzistorul conduce, există o cădere de tensiune de 0,3 volți între punctele C și E (Colector – Emițător).
Următorul pas este determinarea curentului de bază (IB):
Pentru fiecare circuit tranzistor se aplică o marjă de siguranță (IBK) de 1,5 x IB. Deci valoarea lui IB trebuie înmulțită din nou cu 1,5. Motivul pentru aceasta va fi explicat mai târziu.
Curentul de bază este doar 12% din curentul colector-emițător. Acum este clar că un tranzistor poate fi transformat într-un curent principal mare dintr-un curent de bas mic.
Acum că toți curenții din diagramă sunt cunoscuți, rezistența RB poate fi calculată.
UBE este tensiunea dintre bază și emițător. Datorită materialului conductor din tranzistor, există întotdeauna o cădere de tensiune de 0,7 Volți între punctele B și E.
Nu există rezistențe standard care să fie exact 1,74k (Kilo-Ohm). Deci, trebuie ales un rezistor standard cu o valoare diferită. Alegerea trebuie făcută dintre rezistențele disponibile din seria E12.
Rezistorul necesar de 1,74k este între 1,5k și 1,8k. În acest caz, ar trebui să fie aleasă valoarea inferioară a rezistenței; pentru 1,5k. Acest lucru este pentru a se asigura că îmbătrânirea și uzura componentelor nu afectează curenții din circuit.
Tranzistorul ca amplificator:
Tranzistorul poate fi folosit ca amplificator. Curentul de bază poate fi schimbat prin rotirea unui potențiometru. Variind curentul de bază, se modifică tensiunea de amplificare și, prin urmare, tensiunea pe colector-emițător.
Caracteristica tranzistorului:
O caracteristică poate fi făcută dintr-un tranzistor NPN, vezi imaginea de mai jos:
cadranul 1 (dreapta sus) = UCE – IC
Linia se înclină în sus până la 0,3 volți. Această zonă este UCEsat (saturația tranzistorului). După aceea, linia rulează aproape orizontal.
cadranul 2 (stânga sus) = IB – IC
Legătura dintre UB și IC este indicată aici. IC = HFE x IB, cu această caracteristică HFE= 10, deci IC este de 10 ori mai mare decât IB. Factorul de siguranță IB = 1,5 x IBK nu a fost încă luat în considerare.
cadranul 3 (stânga jos) = UBE – IB
Tensiunea de cădere între bază și emițător al unui tranzistor este tensiunea de prag a unei diode. Tensiunea de prag este de 0,7 volți. De la această tensiune tranzistorul începe să conducă și curentul de bază IB începe să curgă. Acest lucru poate fi, de asemenea, urmărit înapoi la caracteristică.
Exemplu de circuit cu o caracteristică:
Acum este timpul pentru un exemplu de circuit (simplu) cu o caracteristică de tranzistor asociată. IB = 1,5 x IBK este inclus aici, rezultând o linie orizontală pe axa lui IB. În circuitul de mai jos, UB1 este tensiunea bateriei și UBE (tensiune de bază-emițător) provine de la un comutator sau semnal dintr-un dispozitiv de control. Pentru a calcula curentul pe UBE, trebuie mai întâi calculat curentul IC (curent de colector);
Acum știm că pe baza tranzistorului trebuie să curgă un curent de 15mA pentru ca tranzistorul (cu UB1 și RB menționate) să conducă pe deplin, inclusiv factorul de siguranță. Caracteristica poate fi apoi completată:
În această caracteristică se poate observa că IB (curentul pe bază) crește la 10mA. Această parte, de la 0 la 10 mA, se calculează cu formula: IB = IC : HFE. Linia rulează apoi complet orizontal de la 10 la 15mA. Această parte este factorul de câștig de 1,5 (din calculul IB = 1,5 x IBK). Cu un curent de bază de 15 mA, curge un curent de colector (IC) de 1000 mA.
Tranzistoarele sunt controlate cu curent. La microprocesoare, de exemplu, se dorește menținerea curentului cât mai scăzut posibil datorită dezvoltării căldurii. Aceasta include adesea MOSFET aplicat.
tranzistor Darlington:
Un dispozitiv de control trimite un curent de bază către tranzistor. Un tranzistor poate fi făcut conductiv printr-un dispozitiv de control cu un curent de 0,1 până la 0,5 mA. Când dorim să controlăm un actuator care necesită un curent mare, ECU nu poate furniza curentul necesar pentru tranzistor. Curentul primar al unei bobine de aprindere este de aproximativ 8 amperi. Curentul de control va trebui amplificat pentru a face tranzistorul conductiv. Acest lucru cauzează o problemă: microprocesorul nu poate furniza curentul dorit pentru tranzistor.
Cu ajutorul unui tranzistor Darlington, un curent mic de control de la ECU poate fi utilizat pentru a comuta un curent mare la actuator.
Tranzistorul Darlington este alcătuit din două tranzistoare conectate împreună într-o singură carcasă.
Curentul colector-emițător al lui T1 asigură curentul de bază al lui T2. Acest lucru are ca rezultat un factor de câștig mare, deoarece factorii de câștig ai ambelor tranzistoare pot fi înmulțiți împreună.
Un curent de bază foarte mic de T1 (doar o zecime dintr-un miliamp) este adesea suficient pentru a face T2 conductiv.
Factorul de câștig de curent (Hfed) al tranzistorului Darlington este adesea între 1000 și 10.000. Formula de calcul a factorului de câștig al unui tranzistor Darlington este:
Hfed = Hfe1 * Hfe2
- Avantaj: datorită factorului mare de amplificare a curentului (Hfed), un curent mic de control poate fi suficient pentru a face tranzistorul Darlington conductiv;
- Dezavantaj: Tensiunea bază-emițător a circuitului Darlington este de două ori mai mare decât a unui singur tranzistor. Tensiunea de cădere a tranzistorului Darlington este, prin urmare, considerabil mai mare decât cea a unui singur tranzistor.
În secțiunea „Semnale de ieșire” de pe pagină Circuite de interfață sunt date exemple și aplicații ale tranzistorului Darlington.
Pagina înrudită:
