Биполярный переходной транзистор (BJT) как переключатель

Биполярные переходные транзисторы (Также известные как BJT) могут использоваться как усилитель, фильтр, выпрямитель, генератор или даже переключатель . пример которого мы рассмотрим в первом разделе. Транзистор будет работать как усилитель или другая линейная схема, если транзистор смещен в линейную область. Транзистор можно использовать в качестве переключателя, если он смещен в областях насыщения и отсечки. Это позволяет току течь (или нет) в других частях цепи.

Поскольку ток коллектора транзистора пропорционально ограничен его базовым током, его можно использовать как своего рода переключатель с управлением по току. Относительно небольшой поток электронов, проходящий через базу транзистора, может контролировать гораздо больший поток электронов через коллектор.

Использование BJT в качестве переключателя:пример

Предположим, у нас есть лампа, которую мы хотим включать и выключать выключателем. Такая схема была бы чрезвычайно простой, как на рисунке ниже (а).

Для иллюстрации давайте вставим транзистор вместо переключателя, чтобы показать, как он может управлять потоком электронов через лампу. Помните, что управляемый ток через транзистор должен проходить между коллектором и эмиттером.

Поскольку мы хотим контролировать ток через лампу, мы должны расположить коллектор и эмиттер нашего транзистора там, где были два контакта переключателя. Мы также должны убедиться, что ток лампы будет двигаться против направление символа стрелки эмиттера, чтобы гарантировать, что смещение перехода транзистора будет правильным, как показано на рисунке ниже (b).

(а) механический переключатель, (б) транзисторный переключатель NPN, (в) транзисторный переключатель PNP.

Для этой работы также можно было выбрать транзистор PNP. Его применение показано на рисунке выше (c).

Выбор между NPN и PNP действительно произвольный. Важно только то, что правильное направление тока поддерживается для правильного смещения перехода (поток электронов идет против стрелку символа транзистора).

На приведенных выше рисунках база любого BJT не подключена к подходящему напряжению, и ток не течет через базу. Следовательно, транзистор не может включиться. Возможно, проще всего было бы подключить переключатель между базовым и коллекторным проводами транзистора, как показано на рисунке (а) ниже.

Транзистор:(а) отсечка, лампа выключена; (б) насыщенный, лампа включена.

Отсечка и насыщенные транзисторы

Если переключатель разомкнут, как показано на рисунке (а), базовый провод транзистора останется «плавающим» (ни к чему не подключен), и ток через него не будет. В этом состоянии транзистор считается отключенным .

Если переключатель замкнут, как показано на рисунке (b), ток сможет течь от базы к эмиттеру транзистора через переключатель. Этот базовый ток позволит протекать гораздо большему току от коллектора к эмиттеру, таким образом зажигая лампу. В этом состоянии максимального тока цепи транзистор считается насыщенным .

Конечно, использование транзистора в таком качестве для управления лампой может показаться бессмысленным. Вместо транзистора для этой функции будет достаточно обычного переключателя.

Зачем использовать транзистор для управления током?

Здесь можно отметить два момента. Во-первых, это тот факт, что при таком использовании контактам переключателя необходимо управлять только тем небольшим током базы, который необходим для включения транзистора; сам транзистор обрабатывает большую часть тока лампы. Это может быть важным преимуществом, если переключатель имеет низкий номинальный ток:небольшой переключатель может использоваться для управления относительно сильноточной нагрузкой.

Что еще более важно, поведение транзистора по управлению током позволяет нам использовать что-то совершенно другое для включения или выключения лампы. Рассмотрим рисунок ниже, на котором пара солнечных элементов обеспечивает 1 В, чтобы преодолеть напряжение 0,7 В база-эмиттер транзистора, чтобы вызвать ток базы, который, в свою очередь, управляет лампой.

Солнечный элемент служит датчиком освещенности.

Или мы могли бы использовать термопару (многие из которых соединены последовательно), чтобы обеспечить необходимый базовый ток для включения транзистора, показанного на рисунке ниже.

Одна термопара обеспечивает менее 40 мВ. Многие из них могут производить транзистор V с напряжением более 0,7 В _BE чтобы вызвать ток базы и, как следствие, ток коллектора к лампе.

Даже микрофон (см. Рисунок ниже) с достаточным выходом напряжения и тока (от усилителя) мог бы включить транзистор, при условии, что его выход выпрямляется с переменного тока на постоянный, так что PN-переход эмиттер-база внутри транзистора всегда будет прямым. -смещенный:

Усиленный микрофонный сигнал выпрямляется до постоянного тока для смещения базы транзистора, обеспечивая больший ток коллектора.

К настоящему моменту суть дела должна быть очевидна. Для включения транзистора можно использовать любой достаточный источник постоянного тока, и этот источник тока должен составлять лишь часть тока, необходимого для питания лампы.

Здесь мы видим, что транзистор работает не только как переключатель, но и как усилитель:использование относительно маломощного сигнала для управления относительно большим количеством мощности. Обратите внимание, что фактическая мощность для зажигания лампы исходит от батареи, расположенной справа от схемы. Это не значит, что слабый сигнальный ток от солнечного элемента, термопары или микрофона волшебным образом преобразуется в большее количество энергии. Скорее, эти небольшие источники энергии просто управляют мощностью батареи, чтобы загореться лампа.

ОБЗОР BJT как Switch:

• Транзисторы могут использоваться в качестве переключающих элементов для управления мощностью постоянного тока нагрузки. Коммутируемый (управляемый) ток проходит между эмиттером и коллектором; управляющий ток проходит между эмиттером и базой.
• Когда транзистор пропускает через него нулевой ток, считается, что он находится в состоянии отсечки . (полностью непроводящий).
• Когда транзистор пропускает через него максимальный ток, считается, что он находится в состоянии насыщения . (полностью дирижирует).

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

• Биполярные переходные транзисторы как таблица переключателей