Transistors

Favorited Favorite 77

toepassingen I: Schakelaars

een van de meest fundamentele toepassingen van een transistor is het gebruiken om de stroom van energie naar een ander deel van het circuit te regelen — het gebruiken als een elektrische schakelaar. Als de transistor in de cutoff-of verzadigingsmodus rijdt, kan hij het binaire Aan/Uit-effect van een schakelaar creëren.,

Transistorschakelaars zijn kritische Circuits-bouwstenen; ze worden gebruikt om logische poorten te maken, die verder gaan met het creëren van microcontrollers, microprocessors en andere geïntegreerde schakelingen. Hieronder staan een paar voorbeeldcircuits.

Transistorschakelaar

laten we eens kijken naar het meest fundamentele transistor-schakelcircuit: een NPN-schakelaar. Hier gebruiken we een NPN om een hoogvermogen LED aan te sturen:

onze controle-ingang stroomt naar de basis, de uitgang is gebonden aan de collector en de emitter wordt op een vaste spanning gehouden.,

terwijl voor een normale schakelaar een actuator fysiek moet worden omgedraaid, wordt deze schakelaar aangestuurd door de spanning aan de basispen. Een microcontroller I / O pin, zoals die op een Arduino, kan worden geprogrammeerd om hoog of laag te gaan om de LED aan of uit te zetten.

wanneer de spanning aan de basis groter is dan 0,6 V (of wat de Vth van uw transistor ook mag zijn), begint de transistor te verzadigen en ziet het eruit als een kortsluiting tussen collector en emitter. Wanneer de spanning aan de basis kleiner is dan 0.,6V de transistor is in cutoff-modus — geen stroomstromen omdat het lijkt op een open circuit tussen C en E.

het circuit hierboven wordt een low-side switch genoemd, omdat de switch — onze transistor — zich aan de lage (grond) kant van het circuit bevindt. Als alternatief kunnen we een PNP transistor gebruiken om een high-side switch te maken:

vergelijkbaar met het NPN-circuit, is de basis onze ingang en is de zender gebonden aan een constante spanning. Deze keer is de zender echter hoog gebonden en wordt de belasting aangesloten op de transistor aan de grondzijde.,

dit circuit werkt net zo goed als de NPN-gebaseerde switch, maar er is één groot verschil: om de belasting “aan” te zetten, moet de basis laag zijn. Dit kan complicaties veroorzaken, vooral als de Hoogspanning van de lading (VCC die 12V is die met de emitter VE in deze foto wordt verbonden) hoger is dan de Hoogspanning van onze controleingang. Bijvoorbeeld, dit circuit zou niet werken als je probeerde om een 5V-werkende Arduino te gebruiken om een 12V motor uit te schakelen. In dat geval zou het onmogelijk zijn om de schakelaar uit te schakelen omdat VB (aansluiten op de controlepin) altijd minder dan VE zou zijn .

Basisweerstanden!,

u zult merken dat elk van deze circuits een serieweerstand gebruikt tussen de regelingang en de basis van de transistor. Vergeet niet om deze weerstand toe te voegen! Een transistor zonder weerstand op de basis is als een LED zonder stroombeperkende weerstand.

bedenk dat een transistor in zekere zin slechts een paar onderling verbonden diodes is. We bevoorraden de basis-emitter diode om de lading aan te zetten. De diode heeft slechts 0.6 V nodig om aan te zetten, meer spanning dan dat betekent meer stroom. Sommige transistors kunnen slechts voor een maximum van 10-100mA stroom worden geschat om door hen te stromen., Als je een stroom levert boven de maximale waarde, kan de transistor ontploffen.

De reeksweerstand tussen onze regelbron en de basis beperkt de stroom in de basis. De base-emitter knooppunt kan zijn gelukkige spanningsdaling van 0,6 V krijgen, en de weerstand kan de resterende spanning laten vallen. De waarde van de weerstand, en de spanning eroverheen, zal de stroom instellen.

De weerstand moet groot genoeg zijn om de stroom effectief te beperken, maar klein genoeg om de basisstroom voldoende te voeden., 1mA tot 10mA zal meestal genoeg zijn, maar controleer de datasheet van uw transistor om ervoor te zorgen.

digitale logica

Transistors kunnen worden gecombineerd om al onze fundamentele logische poorten: en, of, en niet te creëren.

(opmerking: tegenwoordig is het waarschijnlijker dat MOSFETS gebruikt worden om logische poorten aan te maken dan BJTs. MOSFETs zijn energiezuiniger, waardoor ze de betere keuze zijn.)

Inverter

Hier is een transistorcircuit dat een inverter implementeert, of niet gate:

Hier zet een hoge spanning in de basis de transistor aan, waardoor de collector effectief met de emitter wordt verbonden. Aangezien de emitter direct op de grond is aangesloten, zal de collector dat ook zijn (hoewel hij iets hoger zal zijn, ergens rond VCE(sat) ~ 0,05-0,2 V). Als de input laag is, ziet de transistor er daarentegen uit als een open circuit, en wordt de output naar VCC

getrokken(dit is eigenlijk een fundamentele transistorconfiguratie genaamd common emitter. Daarover later meer.,)

en Gate

Hier zijn een paar transistors die worden gebruikt om een 2-ingang en poort te maken:

als een van de transistors is uitgeschakeld, wordt de uitgang van de collector van de tweede transistor laag getrokken. Als beide transistors “on” zijn (bases beide hoog), dan is de output van het circuit ook hoog.

of poort

en, tot slot, hier is een 2-ingang of poort:

in dit circuit, als een of beide (of beide) A of B hoog zijn, zal die respectievelijke transistor inschakelen, en de output hoog trekken. Als beide transistors uit zijn, dan wordt de uitgang laag getrokken door de weerstand.

H-brug

een H-brug is een transistorcircuit dat zowel met de klok mee als tegen de klok in motoren kan aandrijven. Het is een ongelooflijk populair circuit — de drijvende kracht achter talloze robots die zowel vooruit als achteruit moeten kunnen bewegen.,

fundamenteel is een H-bridge een combinatie van vier transistors met twee ingangslijnen en twee uitgangen:

(Opmerking: Een goed ontworpen H-bridge heeft meestal meer te bieden, waaronder flyback diodes, basisweerstanden en Schmidt triggers.)

als beide ingangen hetzelfde voltage zijn, zullen de uitgangen naar de motor hetzelfde voltage zijn en zal de motor niet kunnen draaien. Maar als de twee ingangen tegengesteld zijn, zal de motor in de ene of de andere richting draaien.,”>

Input A Input B Output A Output B Motor Direction 0 0 1 1 Stopped (braking) 0 1 1 0 Clockwise 1 0 0 1 Counter-clockwise 1 1 0 0 Stopped (braking)

Oscillators

An oscillator is a circuit that produces a periodic signal that swings between a high and low voltage., Oscillatoren worden in allerlei circuits gebruikt: van het knipperen van een LED tot het produceren van een kloksignaal tot het aansturen van een microcontroller. Er zijn veel manieren om een oscillatorcircuit te maken, waaronder kwartskristallen, op-versterkers en, natuurlijk, transistors.

Hier is een voorbeeld van een oscillerend circuit, dat we een astable multivibrator noemen. Met behulp van feedback kunnen we een paar transistors gebruiken om twee complementerende, oscillerende signalen te creëren.

afgezien van de twee transistors zijn de condensatoren de echte sleutel tot dit circuit., De kappen als alternatief laden en ontladen, waardoor de twee transistors om alternatief in-en uitschakelen.het analyseren van de werking van dit circuit is een uitstekende studie in de werking van zowel caps als transistors. Om te beginnen, neem aan dat C1 volledig is opgeladen (het opslaan van een spanning van ongeveer VCC), C2 wordt ontladen, Q1 is aan, en Q2 is uit. Dit is wat er daarna gebeurt:

• als Q1 aan staat, dan is de linkerplaat van C1 (op het schema) verbonden met ongeveer 0V. hierdoor kan C1 ontladen via de collector van Q1.,
• terwijl C1 ontlaadt, laadt C2 snel op via de lagere waardeweerstand — R4.
• zodra C1 volledig ontladen is, zal de rechterplaat worden getrokken tot ongeveer 0,6 V, die Q2 zal inschakelen.
• op dit punt hebben we toestanden verwisseld: C1 is ontladen, C2 is opgeladen, Q1 is uit, en Q2 is aan. Nu doen we dezelfde dans op de andere manier.
• Q2 staat aan toe dat C2 via de collector van Q2 Kan ontladen.
• terwijl Q1 uit is, kan C1 relatief snel opladen via R1.
• zodra C2 volledig ontladen is, wordt Q1 weer ingeschakeld en zijn we terug in de staat waarin we begonnen.,

het kan moeilijk zijn om je hoofd rond te krijgen. Een andere uitstekende demo van dit circuit vind je hier.

door specifieke waarden voor C1, C2, R2 en R3 te kiezen (en R1 en R4 relatief laag te houden), kunnen we de snelheid van ons multivibratorcircuit instellen:

dus, met de waarden voor caps en weerstanden ingesteld op respectievelijk 10µF en 47kΩ, is onze oscillatorfrequentie ongeveer 1,5 Hz. Dat betekent dat elke LED ongeveer 1,5 keer per seconde knippert.

zoals u waarschijnlijk al kunt zien, zijn er tonnen circuits die gebruik maken van transistors., Maar we zijn nog maar net begonnen. Deze voorbeelden laten meestal zien hoe de transistor kan worden gebruikt in verzadiging en cut-off modi als een schakelaar, maar hoe zit het met versterking? Tijd voor meer voorbeelden!