Tranzystory

Favorited favorited 77

aplikacje i: przełączniki

jednym z najbardziej fundamentalnych zastosowań tranzystora jest użycie go do sterowania przepływem mocy do innej części obwodu-używając go jako przełącznik elektryczny. Napędzając go w trybie odcięcia lub nasycenia, tranzystor może stworzyć binarny efekt włączania / wyłączania przełącznika.,

przełączniki Tranzystorowe są kluczowymi elementami konstrukcyjnymi obwodów; służą do tworzenia bramek logicznych, które następnie tworzą mikrokontrolery, mikroprocesory i inne układy scalone. Poniżej kilka przykładowych obwodów.

Przełącznik tranzystorowy

spójrzmy na najbardziej fundamentalny obwód przełącznika tranzystorowego: przełącznik NPN. Tutaj używamy NPN do sterowania diodą LED o dużej mocy:

nasze wejście sterujące przepływa do bazy, wyjście jest powiązane z kolektorem, a emiter jest utrzymywany na stałym napięciu.,

podczas gdy normalny przełącznik wymagałby fizycznego przełączenia siłownika, przełącznik ten jest kontrolowany przez napięcie na styku podstawowym. Mikrokontroler I/O pin, jak te Na Arduino, można zaprogramować, aby przejść wysoko lub nisko, aby włączyć lub wyłączyć diodę LED.

gdy napięcie w podstawie jest większe niż 0.6 V (lub cokolwiek może być VTH twojego tranzystora), tranzystor zaczyna się nasycać i wygląda jak zwarcie między kolektorem a emiterem. Gdy napięcie u podstawy jest mniejsze niż 0.,6V tranzystor jest w trybie odcięcia-nie płynie prąd, ponieważ wygląda jak Otwarty Obwód między C i E.

powyższy Obwód nazywa się przełącznikiem low-side, ponieważ przełącznik-nasz tranzystor-znajduje się po niskiej (uziemionej) stronie obwodu. Alternatywnie, możemy użyć tranzystora PNP do utworzenia przełącznika wysoko-bocznego:

podobnie do obwodu NPN, podstawą jest nasze wejście, a emiter jest związany ze stałym napięciem. Tym razem jednak emiter jest przywiązany wysoko, a obciążenie jest podłączone do tranzystora po stronie uziemienia.,

ten obwód działa tak samo dobrze jak przełącznik oparty na NPN, ale jest jedna ogromna różnica: aby włączyć obciążenie „na”, podstawa musi być niska. Może to powodować komplikacje, zwłaszcza jeśli wysokie napięcie obciążenia (VCC to 12V podłączenie do emitera VE na tym zdjęciu) jest wyższe niż wysokie napięcie naszego wejścia sterującego. Na przykład ten obwód nie zadziałałby, gdybyś próbował użyć Arduino 5V do wyłączenia silnika 12V. W takim przypadku wyłączenie wyłącznika byłoby niemożliwe, ponieważ VB (podłączenie do pinu sterującego) zawsze byłoby mniejsze niż VE .

Rezystory bazowe!,

zauważysz, że każdy z tych obwodów wykorzystuje rezystor szeregowy między wejściem sterującym a podstawą tranzystora. Nie zapomnij dodać tego rezystora! Tranzystor bez rezystora na podstawie jest jak dioda LED bez rezystora ograniczającego prąd.

Przypomnijmy, że w pewnym sensie tranzystor jest tylko parą połączonych diod. Przestawiamy diodę bazowo-emiterową, żeby włączyć obciążenie. Dioda potrzebuje tylko 0,6 V, aby się włączyć, więcej napięcia niż to oznacza więcej prądu. Niektóre Tranzystory mogą być oceniane tylko na maksymalny prąd 10-100mA, aby przepływać przez nie., Jeśli dostarczysz prąd powyżej maksymalnej wartości znamionowej, tranzystor może wybuchnąć.

rezystor szeregowy pomiędzy naszym źródłem sterowania a bazą ogranicza prąd do bazy. Węzeł baza-emiter może uzyskać szczęśliwy spadek napięcia o 0,6 V, A rezystor może obniżyć Pozostałe napięcie. Wartość rezystora i napięcie na nim ustawią prąd.

Rezystor musi być wystarczająco duży, aby skutecznie ograniczyć prąd, ale wystarczająco mały, aby zasilać bazę wystarczająco prąd., Zwykle wystarczy 1mA do 10mA, ale sprawdź Arkusz danych tranzystora, aby się upewnić.

Cyfrowa logika

Tranzystory można łączyć, tworząc wszystkie nasze podstawowe bramki logiczne: AND, OR, and NOT.

(Uwaga: obecnie MOSFETY są częściej używane do tworzenia bramek logicznych niż BJT. Mosfety są bardziej energooszczędne, co czyni je lepszym wyborem.)

falownik

oto układ tranzystorowy, który implementuje falownik, lub nie:

tutaj wysokie napięcie w bazie włączy tranzystor, który skutecznie połączy kolektor z emiterem. Ponieważ emiter jest podłączony bezpośrednio do masy, kolektor również będzie (choć będzie nieco wyższy, gdzieś w okolicach VCE (sat) ~ 0,05-0,2 V). Jeśli wejście jest niskie, z drugiej strony tranzystor wygląda jak obwód otwarty, a wyjście jest podciągane do VCC

(jest to w rzeczywistości podstawowa konfiguracja tranzystora zwana common emitter. Więcej na ten temat później.,)

i bramka

oto para tranzystorów użytych do utworzenia bramki 2-wejściowej i bramki:

Jeśli jeden z tranzystorów jest wyłączony, to wyjście na kolektorze drugiego tranzystora zostanie obniżone. Jeśli oba tranzystory są „włączone” (oba są wysokie), to wyjście obwodu jest również wysokie.

lub bramka

i wreszcie 2-wejściowa lub bramka:

w tym obwodzie, jeśli jeden (lub oba) A lub B są wysokie, dany tranzystor włączy się i wyciągnie wyjście wysoko. Jeśli oba tranzystory są wyłączone, to wyjście jest przeciągane nisko przez rezystor.

mostek H

mostek H jest układem opartym na tranzystorze, zdolnym do napędzania silników zarówno w kierunku zgodnym z ruchem wskazówek zegara, jak i przeciwnie do ruchu wskazówek zegara. To niezwykle popularny Obwód – siła napędowa niezliczonych robotów, które muszą być w stanie poruszać się zarówno do przodu, jak i do tyłu.,

mostek H jest kombinacją czterech tranzystorów z dwoma liniami wejściowymi i dwoma wyjściami:

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., Oscylatory są używane w różnego rodzaju obwodach: od zwykłego mrugnięcia DIODĄ LED do wytwarzania sygnału zegara do napędzania mikrokontrolera. Istnieje wiele sposobów, aby stworzyć Obwód oscylatora, w tym kryształy kwarcu, wzmacniacze op i, oczywiście, Tranzystory.

oto przykładowy obwód oscylacyjny, który nazywamy multiwibratorem astabilnym. Za pomocą sprzężenia zwrotnego możemy użyć pary tranzystorów do wytworzenia dwóch uzupełniających się, oscylujących sygnałów.

oprócz dwóch tranzystorów, kondensatory są prawdziwym kluczem do tego obwodu., Nakładki alternatywnie ładują się i rozładowują, co powoduje, że dwa tranzystory alternatywnie włączają się i wyłączają.

analiza działania tego układu jest znakomitym studium działania zarówno czapek, jak i tranzystorów. Aby rozpocząć, Załóżmy, że C1 jest w pełni naładowany (przechowuje napięcie około VCC), C2 jest rozładowany, Q1 jest włączony, a Q2 jest wyłączony. Oto co się potem stanie:

• Jeśli Q1 jest włączone, to lewa płytka C1 (na schemacie) jest podłączona do około 0V. pozwoli to C1 rozładować się przez kolektor Q1.,
• podczas rozładowania C1, C2 szybko ładuje się przez rezystor o niższej wartości — R4.
• Po pełnym rozładowaniu C1 jego prawa płyta zostanie podciągnięta do około 0,6 V, co włączy Q2.
• w tym momencie zamieniliśmy Stany: C1 jest rozładowany, C2 jest naładowany, Q1 jest wyłączony, a Q2 jest włączony. Teraz robimy ten sam taniec w drugą stronę.
• Q2 jest włączone pozwala C2 rozładować przez kolektor Q2.
• podczas gdy Q1 jest wyłączony, C1 może ładować się, stosunkowo szybko przez R1.
• Po pełnym rozładowaniu C2, Q1 zostanie ponownie włączony i wracamy do stanu, w którym zaczęliśmy.,

może być ciężko zawinąć głowę. Kolejne znakomite demo tego obwodu znajdziecie tutaj.

wybierając określone wartości dla C1, C2, R2 i R3 (i utrzymując stosunkowo niskie R1 i R4), możemy ustawić prędkość naszego obwodu multiwibratora:

tak więc, przy wartościach dla nasadek i rezystorów ustawionych odpowiednio na 10µF i 47kΩ, nasza częstotliwość oscylatora wynosi około 1,5 Hz. Oznacza to, że każda DIODA LED będzie migać około 1,5 razy na sekundę.

jak zapewne już widzisz, istnieje mnóstwo obwodów, które wykorzystują Tranzystory., Ale ledwo zarysowaliśmy powierzchnię. Te przykłady pokazują przede wszystkim, jak tranzystor może być używany w trybach nasycenia i odcięcia jako przełącznik, Ale co ze wzmocnieniem? Czas na kolejne przykłady!