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Applications I: commutateurs
l’une des applications les plus fondamentales d’un transistor est de l’utiliser pour contrôler le flux de puissance vers une autre partie du circuit — interrupteur électrique. En le conduisant en mode coupure ou saturation, le transistor peut créer l’effet on/off binaire d’un commutateur.,
Les commutateurs à transistors sont des blocs de construction de circuits critiques; ils sont utilisés pour créer des portes logiques, qui créent ensuite des microcontrôleurs, des microprocesseurs et d’autres circuits intégrés. Voici quelques exemples de circuits.
commutateur à Transistor
examinons le circuit de commutation à transistor le plus fondamental: un commutateur NPN. Ici, nous utilisons un NPN pour contrôler une LED haute puissance:
notre entrée de contrôle coule dans la base, la sortie est liée au collecteur et l’émetteur est maintenu à une tension fixe.,
alors qu’un interrupteur normal nécessiterait un actionneur pour être retourné physiquement, ce commutateur est contrôlé par la tension à la broche de base. Une broche d’e/s de microcontrôleur, comme celles d’un Arduino, peut être programmée pour aller haut ou bas pour allumer ou éteindre la LED.
lorsque la tension à la base est supérieure à 0,6 V (ou quel que soit le Vth de votre transistor), le transistor commence à saturer et ressemble à un court-circuit entre le collecteur et l’émetteur. Lorsque la tension à la base est inférieur à 0.,6V le transistor est en mode coupure no aucun courant ne circule car il ressemble à un circuit ouvert entre C et E.
le circuit ci-dessus est appelé un interrupteur bas, car le commutateur-notre transistor-est du côté bas (Masse) du circuit. Alternativement, nous pouvons utiliser un transistor PNP pour créer un commutateur haut-Côté:
similaire au circuit NPN, la base est notre entrée et l’émetteur est lié à une tension constante. Cette fois cependant, l’émetteur est attaché haut et la charge est connectée au transistor du côté de la terre.,
Ce circuit fonctionne aussi bien que le commutateur NPN, mais il y a une énorme différence: pour activer la charge, la base doit être basse. Cela peut entraîner des complications, surtout si la haute tension de la charge (VCC étant 12V se connectant à L’émetteur VE sur cette image) est supérieure à la haute tension de notre entrée de contrôle. Par exemple, ce circuit ne fonctionnerait pas si vous essayiez d’utiliser un Arduino 5V pour éteindre un moteur 12V. Dans ce cas, il serait impossible d’éteindre l’interrupteur car VB (connexion à la broche de contrôle) serait toujours inférieur à VE .
résistances de Base!,
vous remarquerez que chacun de ces circuits utilise une résistance série entre l’entrée de commande et la base du transistor. N’oubliez pas d’ajouter cette résistance! Un transistor sans résistance sur la base est comme une LED sans résistance de limitation de courant.
rappelons que, d’une certaine manière, un transistor n’est qu’une paire de diodes interconnectées. Nous sollicitons la diode de l’émetteur de base pour allumer la charge. La diode n’a besoin que de 0,6 V pour s’allumer, plus de tension que cela signifie plus de courant. Certains transistors ne peuvent être évalués que pour un maximum de 10-100mA de courant à traverser., Si vous fournissez un courant supérieur à la puissance maximale, le transistor peut exploser.
la résistance en série entre notre source de contrôle et la base limite le courant dans la base. Le nœud émetteur de base peut obtenir sa chute de tension heureuse de 0,6 V, et la résistance peut laisser tomber la tension restante. La valeur de la résistance, et la tension à travers elle, définira le courant.
La résistance doit être suffisamment grande pour limiter le courant, mais assez petite pour nourrir la base assez de courant., 1mA à 10mA sera généralement suffisant, mais vérifiez la fiche technique de votre transistor pour vous en assurer.
logique numérique
Les Transistors peuvent être combinés pour créer toutes nos portes logiques fondamentales: et, ou, et non.
(remarque: de nos jours, les MOSFET sont plus susceptibles d’être utilisés pour créer des portes logiques que les BJT. Les MOSFET sont plus économes en énergie, ce qui en fait le meilleur choix.)
Onduleur
Voici un transistor circuit qui met en œuvre un onduleur, ou PAS de la porte:
ici, une haute tension dans la base allumera le transistor, ce qui connectera efficacement le collecteur à l’émetteur. Puisque l’émetteur est connecté directement à la terre, le collecteur le sera également(bien qu’il soit légèrement plus élevé, quelque part autour de VCE (sat) ~ 0.05-0.2 V). Si l’entrée est faible, en revanche, le transistor ressemble à un circuit ouvert, et la sortie est tirée vers le haut à VCC
(Il s’agit en fait d’une configuration de transistor fondamentale appelée émetteur commun. Plus sur cela plus tard.,)
et Gate
Voici une paire de transistors utilisés pour créer une entrée et une porte 2:
Si l’un ou l’autre transistor est éteint, la sortie du collecteur du second transistor sera abaissée. Si les deux transistors sont « allumés » (bases toutes deux élevées), la sortie du circuit est également élevée.
OU Porte
Et pour finir, voici un 2-input or gate:
dans ce circuit, si L’un ou L’autre (ou les deux) A ou B sont élevés, ce transistor respectif s’allume et tire la sortie haute. Si les deux transistors sont éteints, la sortie est tirée bas à travers la résistance.
pont en H
un pont en H est un circuit à base de transistors capable d’entraîner des moteurs à la fois dans le sens des aiguilles d’une montre et dans le sens inverse des aiguilles d’une montre. C’est un circuit incroyablement populaire the la force motrice derrière d’innombrables robots qui doivent pouvoir avancer et reculer.,
Fondamentalement, un pont en H est une combinaison de quatre transistors avec deux entrées lignes et deux sorties:
(Remarque: Il y a généralement un peu plus à un pont en H bien conçu, y compris les diodes flyback, les résistances de base et les déclencheurs Schmidt.)
Si les deux entrées ont la même tension, les sorties du moteur auront la même tension et le moteur ne pourra pas tourner. Mais si les deux entrées sont opposées, le moteur tournera dans un sens ou dans l’autre., »>
Oscillators
An oscillator is a circuit that produces a periodic signal that swings between a high and low voltage., Les oscillateurs sont utilisés dans toutes sortes de circuits: du simple clignotement d’une LED à la production d’un signal d’horloge pour piloter un microcontrôleur. Il existe de nombreuses façons de créer un circuit d’oscillateur, notamment des cristaux de quartz, des amplis op et, bien sûr, des transistors.
Voici un exemple de circuit oscillant, que nous appelons un multivibrateur astable. En utilisant le feedback, nous pouvons utiliser une paire de transistors pour créer deux signaux oscillants complémentaires.
hormis les deux transistors, condensateurs sont la véritable clé de ce circuit., Les capuchons se chargent et se déchargent alternativement, ce qui fait que les deux transistors s’allument et s’éteignent alternativement.
L’analyse du fonctionnement de ce circuit est une excellente étude du fonctionnement des bouchons et des transistors. Pour commencer, supposons que C1 est complètement chargé (stockant une tension d’environ VCC), que C2 est déchargé, que Q1 est allumé et que Q2 est éteint. Voici ce qui se passe après cela:
- Si Q1 est activé, la plaque gauche de C1 (sur le schéma) est connectée à environ 0V. cela permettra à C1 de se décharger à travers le collecteur de Q1.,
- pendant que C1 se décharge, C2 se charge rapidement à travers la résistance de valeur inférieure R R4.
- Une fois que C1 se décharge complètement, sa plaque droite sera tirée jusqu’à environ 0,6 V, ce qui allumera Q2.
- à ce stade, nous avons échangé les États: C1 est déchargé, C2 est chargé, Q1 est éteint et Q2 est allumé. Maintenant, nous faisons la même danse dans l’autre sens.
- Q2 étant allumé permet au C2 de se décharger à travers le collecteur de Q2.
- lorsque Q1 est éteint, C1 peut charger, relativement rapidement via R1.
- Une fois que C2 se décharge complètement, Q1 sera rallumé et nous sommes de retour dans l’état dans lequel nous avons commencé.,
Il peut être difficile d’envelopper votre tête. Vous pouvez trouver une autre excellente démo de ce circuit ici.
En choisissant des valeurs spécifiques pour C1, C2, R2 et R3 (et en gardant R1 et R4 relativement bas), nous pouvons régler la vitesse de notre circuit multivibrateur:
ainsi, avec les valeurs pour les bouchons et les résistances réglées à 10µF et 47kω Cela signifie que chaque LED clignote environ 1,5 fois par seconde.
comme vous pouvez probablement déjà le voir, il y a des tonnes de circuits qui utilisent des transistors., Mais nous avons à peine rayé la surface. Ces exemples montrent principalement comment le transistor peut être utilisé en mode saturation et coupure en tant que commutateur, mais qu’en est-il de l’amplification? Temps pour plus d’exemples!