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Applicazioni: Interruttori
Uno degli aspetti più importanti applicazioni di un transistor è di usarlo per controllare il flusso di energia in un’altra parte del circuito, usando come un interruttore elettrico. Guidandolo in modalità cutoff o saturazione, il transistor può creare l’effetto on/off binario di un interruttore.,
Gli interruttori a transistor sono elementi fondamentali del circuito; sono usati per creare porte logiche, che continuano a creare microcontrollori, microprocessori e altri circuiti integrati. Di seguito sono riportati alcuni circuiti di esempio.
Transistor Switch
Diamo un’occhiata al circuito transistor-switch più fondamentale: un interruttore NPN. Qui usiamo un NPN per controllare un LED ad alta potenza:
Il nostro ingresso di controllo scorre nella base, l’uscita è legata al collettore e l’emettitore è mantenuto a una tensione fissa.,
Mentre un interruttore normale richiederebbe un attuatore per essere fisicamente capovolto, questo interruttore è controllato dalla tensione al perno di base. Un pin I/O del microcontrollore, come quelli su un Arduino, può essere programmato per andare alto o basso per accendere o spegnere il LED.
Quando la tensione alla base è maggiore di 0,6 V (o qualunque sia il Vth del transistor), il transistor inizia a saturarsi e sembra un cortocircuito tra collettore ed emettitore. Quando la tensione alla base è inferiore a 0.,6V il transistor è in modalità di taglio – nessuna corrente scorre perché sembra un circuito aperto tra C ed E.
Il circuito sopra è chiamato interruttore a basso lato, perché l’interruttore-il nostro transistor-si trova sul lato basso (a terra) del circuito. In alternativa, possiamo usare un transistor PNP per creare un interruttore high-side:
Simile al circuito NPN, la base è il nostro ingresso e l’emettitore è legato a una tensione costante. Questa volta, tuttavia, l’emettitore è legato in alto e il carico è collegato al transistor sul lato di terra.,
Questo circuito funziona bene come l’interruttore basato su NPN, ma c’è una differenza enorme: per accendere il carico “on”, la base deve essere bassa. Ciò può causare complicazioni, specialmente se l’alta tensione del carico (VCC è 12V che si collega all’emettitore VE in questa immagine) è superiore all’alta tensione del nostro ingresso di controllo. Ad esempio, questo circuito non funzionerebbe se si stesse tentando di utilizzare un Arduino a 5V per spegnere un motore a 12V. In tal caso, sarebbe impossibile spegnere l’interruttore perché VB (collegamento al pin di controllo) sarebbe sempre inferiore a VE .
Resistenze di base!,
Si noterà che ognuno di questi circuiti utilizza un resistore di serie tra l’ingresso di controllo e la base del transistor. Non dimenticare di aggiungere questo resistore! Un transistor senza un resistore sulla base è come un LED senza resistore di limitazione della corrente.
Ricordiamo che, in un certo senso, un transistor è solo una coppia di diodi interconnessi. Stiamo deviando in avanti il diodo base-emettitore per accendere il carico. Il diodo ha solo bisogno di 0.6 V per accendere, più tensione di quello significa più corrente. Alcuni transistor possono essere valutati solo per un massimo di 10-100mA di corrente per fluire attraverso di loro., Se si fornisce una corrente sopra la potenza massima, il transistor potrebbe saltare in aria.
La resistenza di serie tra la nostra sorgente di controllo e la base limita la corrente nella base. Il nodo base-emettitore può ottenere la sua caduta di tensione felice di 0,6 V e il resistore può far cadere la tensione rimanente. Il valore del resistore e la tensione su di esso imposteranno la corrente.
Il resistore deve essere abbastanza grande da limitare efficacemente la corrente, ma abbastanza piccolo da alimentare la base abbastanza corrente., 1mA a 10mA di solito sarà sufficiente, ma controllare la scheda tecnica del transistor per assicurarsi.
Logica digitale
I transistor possono essere combinati per creare tutte le nostre porte logiche fondamentali: AND, OR, and NOT.
(Nota: in questi giorni è più probabile che i MOSFET vengano utilizzati per creare porte logiche rispetto ai BJT. I MOSFET sono più efficienti dal punto di vista energetico, il che li rende la scelta migliore.)
Inverter
Ecco un circuito a transistor che implementa un inverter, o NON gate:
Qui un’alta tensione nella base accenderà il transistor, che collegherà efficacemente il collettore all’emettitore. Dal momento che l’emettitore è collegato direttamente a terra, il collettore sarà pure (anche se sarà leggermente più alto, da qualche parte intorno VCE(sat) ~ 0.05-0.2 V). Se l’ingresso è basso, d’altra parte, il transistor si presenta come un circuito aperto, e l’uscita è tirato fino a VCC
(Questa è in realtà una configurazione transistor fondamentale chiamato emettitore comune. Ne riparleremo piu ‘ tardi.,)
E Gate
Qui ci sono una coppia di transistor utilizzati per creare un 2-input E gate:
Se uno dei due transistor è spento, l’uscita sul collettore del secondo transistor verrà ridotta. Se entrambi i transistor sono ” on ” (basi entrambe alte), anche l’uscita del circuito è alta.
O Gate
E, infine, ecco un gate O gate a 2 ingressi:
In questo circuito, se uno (o entrambi) A o B sono alti, quel rispettivo transistor si accenderà e tirerà l’uscita alta. Se entrambi i transistor sono spenti, l’uscita viene ridotta attraverso il resistore.
H-Bridge
Un H-bridge è un circuito basato su transistor in grado di guidare motori sia in senso orario che antiorario. È un circuito incredibilmente popolare the la forza trainante dietro innumerevoli robot che devono essere in grado di muoversi sia in avanti che indietro.,
Fondamentalmente, un H-bridge è una combinazione di quattro transistor con due linee di ingresso e due uscite:
(Nota: di solito c’è un po ‘ di più in un ponte H ben progettato, inclusi diodi flyback, resistori di base e trigger Schmidt.)
Se entrambi gli ingressi sono la stessa tensione, le uscite al motore sarà la stessa tensione, e il motore non sarà in grado di girare. Ma se i due ingressi sono opposti, il motore girerà in una direzione o nell’altra.,”>
Oscillators
An oscillator is a circuit that produces a periodic signal that swings between a high and low voltage., Gli oscillatori sono utilizzati in tutti i tipi di circuiti: dal semplice lampeggiare un LED alla produzione di un segnale di clock per pilotare un microcontrollore. Ci sono molti modi per creare un circuito oscillatore tra cui cristalli di quarzo, amplificatori operazionali e, naturalmente, transistor.
Ecco un esempio di circuito oscillante, che chiamiamo un multivibratore astabile. Usando il feedback possiamo usare una coppia di transistor per creare due segnali complementari e oscillanti.
A parte i due transistor, i condensatori sono la vera chiave di questo circuito., I tappi alternativamente carica e scarica, che fa sì che i due transistor a alternativamente accendere e spegnere.
L’analisi del funzionamento di questo circuito è uno studio eccellente nel funzionamento sia dei cappucci che dei transistor. Per iniziare, assumere C1 è completamente carica (memorizzazione di una tensione di circa VCC), C2 è scaricata, Q1 è acceso, e Q2 è spento. Ecco cosa succede dopo:
- Se Q1 è acceso, la piastra sinistra di C1 (sullo schema) è collegata a circa 0V. Ciò consentirà a C1 di scaricarsi attraverso il collettore di Q1.,
- Mentre C1 è scarica, C2 carica rapidamente attraverso il valore più basso resistore – R4.
- Una volta che C1 scarica completamente, la sua piastra destra sarà tirato fino a circa 0.6 V, che si accende Q2.
- A questo punto abbiamo scambiato gli stati: C1 è scarica, C2 è carica, Q1 è spento e Q2 è acceso. Ora facciamo la stessa danza nell’altro modo.
- Q2 essendo su permette a C2 di scaricare attraverso il collettore di Q2.
- Mentre Q1 è spento, C1 può caricare, in tempi relativamente brevi attraverso R1.
- Una volta che C2 si scarica completamente, Q1 si riaccenderà e torneremo nello stato in cui abbiamo iniziato.,
Può essere difficile da avvolgere la testa intorno. Puoi trovare un’altra eccellente demo di questo circuito qui.
Selezionando valori specifici per C1, C2, R2 e R3 (e mantenendo R1 e R4 relativamente bassi), possiamo impostare la velocità del nostro circuito multivibratore:
Quindi, con i valori per cappucci e resistori impostati rispettivamente su 10µF e 47kΩ, la nostra frequenza dell’oscillatore è di circa 1,5 Hz. Ciò significa che ogni LED lampeggia circa 1,5 volte al secondo.
Come probabilmente puoi già vedere, ci sono tonnellate di circuiti là fuori che fanno uso di transistor., Ma abbiamo appena scalfito la superficie. Questi esempi mostrano principalmente come il transistor può essere utilizzato in modalità di saturazione e cut-off come interruttore, ma per quanto riguarda l’amplificazione? Tempo per altri esempi!