Предмети:
- Загальний
- Робота транзистора
- Транзистор як перемикач
- Транзистор як підсилювач
- Характеристика транзистора
- Приклад схеми з характеристикою
- Транзистор Дарлінгтона
Загальне:
Транзистори мають 2 різні застосування, вони використовуються як:
- Підсилювач (подумайте про підсилювач звуку)
- Перемикач (транзистор може дуже швидко перемикати великі потужності та використовується, серед іншого, в пристроях керування в автомобілі).
Транзистори управляються струмом. У мікропроцесорах, наприклад, хочеться підтримувати струм якомога нижче за рахунок виділення тепла. MOSFET часто використовується для цього.
Існує 2 типи транзисторів, а саме транзистори NPN і PNP. Вони описані нижче.
NPN транзистор:
B означає «базу», C — «колектор», а E — «випромінювач».
Для транзистора NPN стрілка вказує від транзистора. Цей транзистор часто використовується, коли це «ланцюг заземлення», де емітер підключений до землі.
PNP транзистор:
Для транзистора PNP стрілка вказує на транзистор. Корисна мнемоніка для PNP – «Стріла до пластини».
Робота транзистора:
В автомобільній техніці транзистор найчастіше використовується як комутатор, тому зараз ми поговоримо про це далі. Візьмемо для прикладу NPN транзистор.
На зображенні показано основу зліва, над колектором і під емітером. Коли основний струм починає протікати (синя стрілка), він слідує своїм шляхом до емітера. Це також викликає струм колектора, що надходить до емітера. Як тільки струм бази зникає, струм від колектора до емітера також припиняється.
Якщо протікає половина основного струму, буде протікати також половина струму (порівняно з I max.). Тому чітко видно, що струм, який перемикається через транзистор (від C до E), повністю залежить від висоти B.
Транзистор завжди має втрати напруги через PN-перехід. Між базою та емітером це 0,7 В, а між колектором та емітером 0,3 В.
Транзистор як перемикач:
У наступному прикладі лампа на 12 В/5 Вт керується транзистором. Напруга UB1 (джерело напруги 1) є напругою батареї 12 вольт. Лампа підключена до землі. База транзистора керується UB2; «джерело напруги 2» 6 вольт.
Втрата напруги між колектором і емітером (UCE) становить 0,3 вольта, а між базою і емітером (UBE) 0,7 вольта. Ми побачимо, що це відображено в розрахунку нижче. Коефіцієнт підсилення встановлено на 200. Він завжди може змінюватися. Коефіцієнт підсилення - це співвідношення між базовим струмом і струмом колектор-емітер.
Схема завжди повинна бути побудована з певним опором (RB на схемі вище). Якби цього резистора не було, транзистор відразу б вийшов з ладу. Значення, яке повинен мати резистор RB, залежить від усіх факторів; а саме напруги на UB1 і UB2 і необхідний струм для компонентів (резисторів або ламп) тощо. Тепер ми розрахуємо опір навантаження RB.
Щоб розрахувати опір навантаження RB, спочатку необхідно розрахувати опір через лампу.
Тепер, коли відомий опір RL, можна розрахувати струм колектора (IC).
UCEsat означає «насичення», іншими словами; насиченість. Як тільки транзистор стає провідним, відбувається падіння напруги на 0,3 вольта між точками C і E (колектор – емітер).
Наступним кроком є визначення основного струму (IB):
Запас надійності (IBK) 1,5 x IB застосовується до кожної схеми транзистора. Отже, значення IB потрібно знову помножити на 1,5. Причина цього буде пояснена пізніше.
Базовий струм становить лише 12% від струму колектор-емітер. Тепер чітко видно, що транзистор можна перетворити на великий основний струм із малого басового струму.
Тепер, коли відомі всі струми на діаграмі, можна розрахувати опір RB.
UBE — напруга між базою та емітером. Завдяки провідному матеріалу в транзисторі між точками B і E завжди є падіння напруги на 0,7 В.
Немає стандартних резисторів із точністю до 1,74 К (кіло-Ом). Тому необхідно вибрати стандартний резистор з іншим значенням. Вибір необхідно робити з наявних резисторів серії Е12.
Потрібний резистор 1,74 кОм становить від 1,5 до 1,8 кОм. У цьому випадку слід вибрати нижче значення опору; за 1,5 тис. Це робиться для того, щоб старіння та знос компонентів не впливали на струми в ланцюзі.
Транзистор як підсилювач:
Транзистор можна використовувати як підсилювач. Базовий струм можна змінити, повертаючи потенціометр. Змінюючи струм бази, змінюється напруга посилення, а отже, і напруга на колекторі-емітері.
Характеристика транзистора:
Характеристику можна зробити з транзистора NPN, дивіться зображення нижче:
1-й квадрант (вгорі справа) = UCE – IC
Лінія нахилена вгору до 0,3 вольта. Ця область UCEsat (насичення транзистора). Після цього лінія йде майже горизонтально.
2-й квадрант (верхній ліворуч) = IB – IC
Тут вказано зв'язок між UB та IC. IC = HFE x IB, з цією характеристикою HFE = 10, тому IC у 10 разів більший за IB. Коефіцієнт міцності IB = 1,5 x IBK ще не враховано.
3-й квадрант (внизу зліва) = UBE – IB
Падіння напруги між базою та емітером транзистора є пороговою напругою діода. Порогова напруга становить 0,7 Вольт. Від цієї напруги транзистор починає проводити і починає протікати базовий струм IB. Це також можна простежити до характеристики.
Приклад схеми з характеристикою:
Тепер настав час для (простого) прикладу схеми з пов’язаною характеристикою транзистора. Тут включено IB = 1,5 x IBK, що призводить до горизонтальної лінії на осі IB. У наведеній нижче схемі UB1 — це напруга батареї, а UBE (напруга бази-емітера) надходить від перемикача або сигналу в пристрої керування. Для розрахунку струму на UBE спочатку необхідно розрахувати струм IC (колекторний струм);
Тепер ми знаємо, що струм 15 мА повинен протікати на базі транзистора, щоб транзистор (зі згаданими UB1 і RB) був повністю провідним, включаючи коефіцієнт безпеки. Потім характеристику можна заповнити:
У цій характеристиці видно, що IB (струм на базі) збільшується до 10 мА. Ця частина, від 0 до 10 мА, розраховується за формулою: IB = IC : HFE. Потім лінія проходить повністю горизонтально від 10 до 15 мА. Ця частина є коефіцієнтом посилення 1,5 (з розрахунку IB = 1,5 x IBK). При базовому струмі 15 мА протікає колекторний струм (IC) 1000 мА.
Транзистори управляються струмом. У мікропроцесорах, наприклад, хочеться підтримувати струм якомога нижче за рахунок виділення тепла. Це часто включає в себе MOSFET застосовується.
Транзистор Дарлінгтона:
Пристрій керування посилає базовий струм на транзистор. Транзистор можна зробити провідним за допомогою пристрою керування струмом від 0,1 до 0,5 мА. Коли ми хочемо керувати приводом, який потребує високого струму, ECU не може забезпечити необхідний струм для транзистора. Первинний струм котушки запалювання становить приблизно 8 ампер. Щоб зробити транзистор провідним, доведеться посилити керуючий струм. Це викликає проблему: мікропроцесор не може забезпечити необхідний струм для транзистора.
За допомогою транзистора Дарлінгтона невеликий керуючий струм від ЕБУ можна використовувати для перемикання великого струму на привод.
Транзистор Дарлінгтона складається з двох транзисторів, з'єднаних разом в одному корпусі.
Струм колектор-емітер T1 забезпечує базовий струм T2. Це призводить до великого коефіцієнта посилення, оскільки коефіцієнти посилення обох транзисторів можна помножити разом.
Дуже малого базового струму T1 (лише одна десята міліампер) часто достатньо, щоб зробити T2 провідним.
Коефіцієнт посилення струму (Hfed) транзистора Дарлінгтона часто становить від 1000 до 10.000 XNUMX. Формула для розрахунку коефіцієнта посилення транзистора Дарлінгтона така:
Hfed = Hfe1 * Hfe2
- Перевага: завдяки великому коефіцієнту посилення струму (Hfed) може бути достатньо невеликого керуючого струму, щоб зробити транзистор Дарлінгтона провідним;
- Недолік: напруга база-емітер схеми Дарлінгтона вдвічі перевищує напругу одного транзистора. Тому падіння напруги транзистора Дарлінгтона значно більше, ніж падіння напруги одного транзистора.
У розділі «Вихідні сигнали» на сторінці Інтерфейсні схеми наведено приклади і застосування транзистора Дарлінгтона.
Пов'язана сторінка:
