Kuinka Käyttää Transistori kytkimenä

Joskus ymmärtää, miten yksinkertaisin elektronisia piirejä työtä voi olla uhkaava ja/tai sekava opiskelija, harrastelija tai aloittelija. Jos muistan oikein (takaisin 17-luvulla), puolet ihmisistä minun electronics luokka jäi pois ensimmäisen lukukauden jälkeen. Laske kurssi laskukurssille, niin näet raivoavan rynnäkön ulosmenoovelle. Ketä me syytämme tästä surkeasta keskeyttämisasteesta-oppilaita, opettajia tai opetussuunnitelmia?, Andrew Carnegielta kysyttiin kerran: ”mikä on tärkeämpää: työvoima, pääoma vai aivot?”Hän vastasi:” Mikä on tärkein jalka kolmijalkaisella jakkaralla?”

valitettavasti vastaus syytekysymykseen on tämän artikkelin ulottumattomissa. Tärkeää pitäisi olla elektroniikan aiheen esittäminen niin, että kenenkään on helppo oppia. Tämä mielessä, katsotaanpa katsomaan yksi niistä yksinkertaisista ja kaikkialla virtapiirit: transistorin kytkin. Ei hätää, tässä ei ole mitään haastavampaa kuin kertolasku, jako, lisäys ja vähennys., Aloitetaan!

TRANSISTORI kytkimenä

Katso Kuva 1. Siinä näkyy tyypillinen yleiskäyttöinen (NPN) transistori/LED-piiri. Jos kytket +5 volttia Vcc: hen tässä piirissä ja pulssaat tulopäätteen (Vin) kanssa +5V, 0V, + 5V, jne., LED vilahtaa päälle ja pois sen mukaisesti. Tietenkin, jotta tämä piiri toimi kunnolla, sinun täytyy laskea oikea vastus arvot RC ja RB. Miten teet sen? Jatka lukemista.

KUVA 1.,

ennen kuin aloitamme, on huomattava, että käytämme transistoria yksinkertaisena kytkimenä eikä vahvistimena. Muista, transistorit voivat toimia joko vahvistimena tai kytkimenä. Jos käytät transistoria signaalin vahvistamiseen, transistorin sanotaan toimivan ”aktiivisella” tai ”lineaarisella” alueella.

menemättä liian syvälle transistori teoria, aktiivinen alue sisältää erilaisia toimintapisteitä (Google ”transistorin ominaiskäyrät”), jossa transistori vahvistaa signaalin ilman vääristymiä.,

toisaalta, kun transistoria käytetään kytkimenä, se toimii niin sanotussa ”digitaalisessa” tilassa (päälle / pois). Tässä toimintatilassa transistori ei ”vahvista” tulojännitettä (VIN) millään tavalla. Transistorin käyttämiseksi kytkimenä sinun tarvitsee vain lisätä virtaa tukikohdan terminaalissa tietylle tasolle, ja transistori menee tilaan, joka tunnetaan yleisesti nimellä ” kylläisyys.,”Tämä on valtion (toimintatapa), jossa ei ole väliä kuinka paljon lisävirtaa pumpataan pohja terminaali transistorin kollektorivirta ei enää nousta.

Kun transistori on kyllästyminen tilassa, se toimii aivan kuten suljettu SPST mekaaninen kytkin (ks. Kuva 2). Kun transistori puolestaan sammutetaan (ei perusvirtaa), se menee ”cut-off” – tilaan (täysin pois päältä). Yksinkertaisesti sanottuna transistori on joko päällä tai off — vahvistus on merkityksetön.

KUVA 2.,

Okei, nyt, että et tiedä eroa transistori vahvistimen ja kytkin, katsotaanpa käyttää transistori kytkimenä jotta flash LED päälle ja pois päältä.

TARKISTA DATASHEET

ensimmäinen askel on Google lomakkeissa sekä LED-ja transistori. Huomaat LED-tietosivulla listauksen enimmäishintavirrasta (IF). Suurin osa suosituista 5 mm läpimitaltaan läpireikäisistä ledeistä on maksimivirta-arvoltaan noin 20 mA.

Kun LED-enimmäisluokitus on vahvistettu, mitä teemme tiedoille?, Se tarkoittaa, että meidän on alennettava 20 mA: n enimmäisluokitus turvalliselle nykytasolle, jotta LED ei tuhoutuisi. Hyvä lähtökohta on jossain 5-15 mA-riippuen siitä, kuinka kirkas LED tarvitset. Sovitaan Tässä asettaa suurin virta(IC (MAX)) virtaa meidän johti 15 mA. Nyt, mennä eteenpäin ja käyttää Ohmin Laki laskea arvo keräilijä vastus (Rc). Kaava on lueteltu alla; oletetaan meillä on +5v kuin meidän virtalähde (Vcc) ja(IC (MAX)) = 15 mA.

RC = VCC = 5
IC(MAX) .015

laskitko RC: lle arvon 333,33 ohmia? Olet oikeassa!, Pysähdy siihen — meillä on ongelma! Yllä olevasta kaavasta puuttuu pari erittäin tärkeää sähköparametria. Mitä puuttuu on se, että molemmat LED-ja transistori — kun käytössä — on jännitehäviön niiden terminaalit ja tämä on otettava huomioon kaavassa.

yleiskäyttöinen transistori putoaa noin.1 to .3 volttia keräimen / lähettimen päätelaitteissa (VCE (sat); katso datalehti) kyllästystilassa (täysin päällä)., Kun transistori, tyydyttyneiden rasvahappojen, kollektorivirta saavuttaa tason, tai tasanne, jossa mitään ylimääräisiä kasvu base nykyinen ei aiheuta entisestään keräilijän nykyinen. Vuonna ”teoria,” tässä vaiheessa keräilijä/lähettimen jännitteen pudotus (VCE(sat)) pitäisi olla nolla, jos transistori toimi kuin SPST mekaaninen kytkin.

Muista, mekaaninen kytkin ei ole jännitehäviö, kun kääntää on-tilassa, koska ei ole mitään vastarintaa väliset yhteydet., Toisaalta, transistorit on pieni määrä vastus poikki keräilijä/lähettimen liittimiin (RCE), kun se kytketään päälle, ja siksi jännite laskee.

lisäksi transistorin jännitteen pudotus, JOHTI myös pudota jonnekin välillä 1,2 ja 3 volttia, kun se on kytketty päälle (tarkista datasheet alle VF). Näin ollen, jotta voidaan laskea oikea arvo vastus Rc, jännitehäviön keräilijä/lähettimen (VCE(sat)) ja jännitehäviö LED (V(LED)) on sisällytetty kaava., Niin, tässä on sama Ohmin Laki kaava muutettu huomioon kaikki jännite:

Rc = Vcc – V(LED) – VCE(sat)
IC(MAX)

Rc = Vcc – V(LED) – VCE(sat)
IC(MAX)
Rc = 5 – 1.9 – .1
.015
Rc = 200 ohmia

laskelma osoittaa, että tarvitsemme 200 ohmin vastuksen Rc rajoittamiseksi nykyinen kautta JOHTI turvallisen 15 mA. Huomaa, jos olisimme käyttäneet perus-Ohmin Laki kaava (Rc = Vcc / IC(MAX)), RC olisi 333.33 ohmia. Todellinen ongelma 333: n käytössä.,33 ohmin vastuksen RC alkaa, kun olet itse leipälauta piiri, vain selvittää nykyisen odotit kautta LED ei vaadittu 15 mA, mutta mA 9.2 (39% menetys). Siksi, jos et lisätä sekä LED-ja transistorijännite laskee laskennassa, LED ei ole niin kirkas kuin odotettiin.

yritä katsoa LEDiä ja transistoria pieninä vastuksina. Sarjan piiri, voit lisätä kaikki vastus arvot yhdessä saada koko vastus, eikö? Tässä on kyse vain sarjapiirin jännitepisaroista.,

Kuva 3 osoittaa selvästi, mitä tapahtuu collector nykyinen (IC(MAX)) kun et sisällytä kaikki jännite laskee kaavassa.

KUVA 3.

BASE to CONTROL

kysymys on nyt, miten transistoria ohjataan niin, että se kytkeytyy päälle ja pois päältä? Meidän on tehtävä kaksi asiaa: 1. Etsi oikea transistorin kantavirta (IB), joka kyllästää transistorin. 2. Lasketaan perusvastuksen RB vastusarvo (KS. Kuva 1)., Kaava löytää pohja nykyinen on:

IB(EOS) = IC(MAX)
Beta (min)

Huomaa täällä, jotta voidaan löytää pohja nykyinen (IB), jaamme maksimi kollektorivirta (IC(MAX)) haluamme mennä läpi LED (enintään 15 mA) mennessä vähintään Beta listattu datasheet (hFE). Mitä Beta on? Beta — tunnetaan myös nimellä DC nykyinen voitto — on suhde, jotka liittyvät siihen, kuinka paljon nykyinen voitto voit odottaa kautta transistori on keräilijä terminaali annetaan tietty määrä nykyinen menee pohja terminaali. Toisin sanoen Pohjavirta ohjaa keräilijävirtaa., Se on vähän kuin pieni vesiventtiili, joka ohjaa suuren putken läpi virtaavaa vettä.

sanottuaan kaiken tämän — ja tämä on hyvin tärkeää — beetaa (gain) käytetään vain vahvistimien suunnittelussa. Kun käytät transistori kytkimenä (digitaalisessa tilassa), Beta on vähän vaikutusta tai merkitystä, koska transistori ei toimi aktiivinen alue, joka vahvistimet työtä. Kun transistorikytkin on kylläisyystilassa, ei ole keräimen nykyinen voitto yli kylläisyyden.,

Toisin sanoen, kun transistori kytkin saavuttaa saturaatiopisteen, voitto kaava IC = Beta-x IB ei ole enää voimassa, koska jännitehäviö keräilijä/lähettimen liittimiin (VCE(sat)) on saavuttanut alimmillaan kylläisyyttä jännite .1V. Kun VCE(sat) saavuttaa tämä jännite tasolla, kollektorivirta voi lisätä sen tässä vaiheessa — vaikka pohja nykyinen kasvu jatkuu.

muista, että digitaalisessa tilassa (päällä / pois päältä) toimiva transistori on joko saturaatiotilassa (täysin kytkettynä päälle) tai katkaisutilassa (täysin kytkettynä pois päältä)., Näin ollen, millään tasolla collector nykyinen (Ic) välillä kaksi valtiota kyllästyminen ja cut-off ei ole tärkeää toiminnan transistori kytkin — se on vain tärkeää vahvistin suunnittelijat.

Okei, joten mitä arvoa käytämme beetalle kaavassa löytääksemme kantavirran (IB)? No, standardin nyrkkisääntö todetaan, että sinun pitäisi käyttää vähintään Beta (hFE) listattu esitteessä. Valitettavasti, pienin Beta lueteltu datasheet vain sijoittaa transistori reunalla kylläisyyden (EOS)., Koska transistorit ovat herkkiä lämpötilan muutoksille, lämpötilan muutos voi pakottaa transistori siirtyä EOS osaksi ”aktiivinen” alue (vahvistin alue).

siksi tämän mahdollisuuden poistamiseksi käytämme ns. Tämä on mielivaltainen numero välillä 2 ja 10, että käytetään vakuuttaa, että transistori on ajettu kovaa kyllästyminen (täysin käytössä) — ja jossa lämpötilan vaihtelut eivät pudota transistori pois kylläisyyttä. Siksi, IB vastaa:

IB = IB(EOS) x ODF
↓
IB = IC(MAX) x ODF
Beta (min)
IB = .,015 x ODF
100
IB=.15 mA x 10
IB = 1.5 mA
Huomaa, että kaavassa, jonka avulla ODF-10 lisäämme pohja nykyinen 150 µA 1,5 mA, siten varmistaen, että transistori on pakotettu syvä kyllästyminen. Esimerkiksi jos lomakkeessa on lueteltu Beta(min) 75, ja tarvitaan collector nykyinen (IC(MAX)) 25 mA, IB olisi .333 mA (.000333A). Valitettavasti 333 µA laittaisi transistorin vain EOS: ään. Käyttämällä ODF 10, nostamme kantavirran (IB) 3,3 mA — selvästi yli EOS ja syvä kylläisyyttä.,

Nyt, että olemme luoneet pohjan nykyisen (IB) 1,5 mA on tarpeen kyllästää meidän transistori, katsotaanpa laskea vastuksen arvo tarvitaan pohja vastus RB. Jälleen kerran käytetään Ohmin lakia RB: n laskemiseen:

RB = VIN – VBE(la)
Ib
RB = 5 – .6
.0015
RB = 2933.33 ohmia

Huomaa kaavassa, että VBE(sat) on tarvittava pohja jännite, joka on oltava läsnä, jotta eteenpäin bias transistori base/lähettimen risteykseen (eli kääntää transistorin päälle). Yleisesti ottaen tämä arvo on välillä .6 to .7 volttia yleiskäyttöiseen transistoriin., Tarkista aina datalehteen listattu VBE (sat) varmentaaksesi.

kuva 4 näyttää valmiin LED-piirin, jossa kaikki komponentit ja sähköiset parametrit on selvästi merkitty (Ohmin lakia käytettiin myös R(LED) – ja R(CE) – vastuksen laskemiseen).

KUVA 4.

nyt Meillä on oikeat vastus-arvot, jotta voidaan käyttää LED ja transistori piiri on turvallista: Rc = 200 ohmia; ja RB = 2933.33 ohmia.

– olen varma, että olet huomannut, että meidän 2.,933k vastus ei ole vakiokoko voit todella ostaa missä tahansa. Nyrkkisääntö tässä tapauksessa toteaa, että voit käyttää seuraavaa vakiovastusarvoa alle 2,933 K (2,7 K-2,87 K). Miksi?

pienempi vastus vain auttaa vähentämään mahdollisuus transistori putoamasta kyllästyminen tilassa aikana lämpötila ja teho tarjonnan vaihtelut lisäämällä base nykyinen (eli transistori menee vielä syvemmälle värikylläisyys).

YHTEENVETO

käydään läpi kaikki vaiheet tarpeen käyttää transistori kytkimenä:

1. Lataa lomakkeissa LED-ja transistori.,
2. Määrittää max nykyinen (IC(MAX)) et halua mennä läpi LED-ja transistori, ja varmista, että se ei ole suurempi kuin suurin nykyinen luokitus LED (JOS) tai transistori (Ic); katso esite.
3. laske vastuksen RC arvo. Varmista, että LED – (V(LED)) ja transistorin (VCE(sat) jännitepisarat sisällytetään Ohmin lakikaavaan.
4. lasketaan transistorin kantavirta IB käyttäen ODF: ää 10.
5. laske perusvastuksen RB vastusarvo.

That ’ s it. Tavallaan helppoa-no, ehkä ei.,

TÄRKEITÄ PISTEITÄ

1. piiri suunnittelija (sinä) määrittää, mitä oikea transistorin kollektorivirta (IC(sat)) pitäisi olla katsomalla LED/transistori lomakkeissa ja tarkastaa, että nykyinen menee läpi transistori/LED-piiri on alle maksimi luokitukset molemmissa laitteissa. Toisin sanoen, kyllästyminen nykyinen (IC(sat)) kautta kulkevan transistori kytkin ei määräydy transistorin sisäinen sähköiset parametrit, vaan ulkoisia komponentteja (vastus/LED) palveluksessa piiri suunnittelija.,
2. Beta (DC gain), sellaisena kuin se on lueteltu tietosivulla, ei ole merkitystä, kun transistoria käytetään kytkimenä (kylläisyys / katkaisu). Vain vahvistin suunnittelijat välittävät eri tasoilla keräimen nykyinen (voitto) välillä kylläisyyttä ja cut-off. Toisin sanoen, millään tasolla collector nykyinen välillä kaksi toiminta-valtioiden ”saturation” ja ”cut-off” (eli aktiivinen alue) ei ole tärkeää toiminnan transistori kytkin piiri.
3. ”kylläisyys” transistorikytkinpiirissä saavutetaan, kun jännite keräimen / lähettimen (VCE(sat)) poikki on pienempi tai yhtä suuri .,1 to .3 volttia – transistorityypistä riippuen. Siinä jännite pisteen, transistori näyttää toimivan kuin yksinkertainen SPST mekaaninen kytkin, joka on suljettu (On).

lopuksi

henkilökohtaisen huomautuksen, kun en leipälauta piiri minä vain käyttää kautta-reikäinen, punainen, halkaisija 5 mm, ultra-kirkas, vesi-kirkas kupu 640 nm: n Ledit. Olen kokeillut muitakin ledejä, mutta vesitiiviit kupoliledit ovat parhaita. He ovat niin kirkkaita, että satuttavat silmiäsi.

tilaa Digi-Keyltä, Jamecolta tai Mouserilta säkki ledejä seuraavaan projektiin — se helpottaa elämää., NV

Faktoja Transistori Kytkin

1. millä Tahansa tasolla collector nykyinen (Ic) välillä kaksi valtiota kyllästyminen ja cut-off ei ole tärkeää suunnittelun tai toiminnan transistori kytkin — se on vain tärkeää vahvistin suunnittelijat.,
2. Kun käytät transistori kytkimenä (digitaalisessa tilassa), DC Beta (hFE) ei ole merkitystä, koska transistori ei toimi aktiivinen alue, joka vahvistimet työtä. Transistorikytkin on joko kyllästystilassa (täysin päällä) tai katkaisutilassa (täysin pois päältä). Toisin sanoen vahvistuskaava Ic = Beta x Ib on virheellinen kyllästymispisteen ulkopuolella.
3. kyllästyminen nykyinen (Ic(sat)) kautta kulkevan transistori kytkin ei määräydy transistorin sisäinen sähköiset parametrit, vaan ulkoisia komponentteja (vastus/LED) palveluksessa piiri suunnittelija.,
4. pakottaakseen transistorikytkimen syvään kyllästymiseen piirisuunnittelija lisää pohjavirtaan overdrive-kertoimen.