Obrázok 1: Tranzistorové spínače
Tranzistory, usadzujúce sa na návrh elektronických obvodov, efektívne fungujú ako prepínače tým, že prevádzkujú hlavne v dvoch regiónoch: saturácia a medzná hodnota.Pochopenie týchto regiónov je kľúčom k efektívnej funkčnosti prepínača.
Obrázok 2: Saturačná oblasť
V saturačnej oblasti tranzistor pôsobí ako uzavretý spínač.Tento stav sa dosiahne zabezpečením, aby boli križovatky základnej aj základnej emitore ohromené vpred.Typicky, napätie základného emitora nad 0,7 voltov poháňa tranzistor do saturácie, čo umožňuje maximálny prúd prúdu.Prúd cez kolektor (IC) je určený parametrami obvodu (IC = VCC/RL).Tu je pokles napätia cez križovatku zberateľa minimálny, blízko nuly, čo naznačuje, že tranzistor je úplne „zapnutý“ a prúd voľne preteká.
Obrázok 3. medzná oblasť
V rozlíšení sa medzná oblasť vyskytuje, keď nie je základný prúd, čo vedie k žiadnemu zberateľskému prúdu.Tento stav sa dosiahne, keď je základňa tranzistora v pozemnom potenciáli, vďaka čomu sú obe križovatky spätne.Výsledkom je, že napätie zberateľa emitora dosahuje svoje maximum, rovnajúce sa napájaciemu napätiu VCC.V tomto stave tranzistor funguje ako otvorený prepínač, ktorý efektívne blokuje akýkoľvek prúd prúdu cez obvod.
Obrázok 4: Základný tranzistorový obvod
Základný obvod prepínania tranzistorov často využíva spoločnú konfiguráciu emitorov, navrhnutú pre efektívne funkcie prepínania.Výkon tranzistora ako prepínača závisí od jeho schopnosti prepínať medzi dvoma stavmi: saturácia (plne „od“) a obmedzenia (plne „vypnuté“).
V stave saturácie je odolnosť tranzistora medzi emitorom a kolektorom výrazne znížená, čo umožňuje maximálny prúd prúdu cez obvod.Tento stav sa vyskytuje, keď sú križovatky základnej emitora a základného kolektora vylúčené vpred.Napätie základného emitora musí zvyčajne presahovať 0,7 voltov, aby sa dosiahla nasýtenie, čím sa zabezpečí dostatočný základný prúd na úplné riadenie tranzistora.
Rovnako v medznom stave sa vnútorný odpor stáva extrémne vysokým a účinne blokuje akýkoľvek prúdový tok.Stáva sa to, keď je napätie základného emitora pod prahom (zvyčajne 0,7 voltov pre kremíkové tranzistory), čo vedie k základnému prúdu a následne žiadny zberateľský prúd.
Dokonca aj v medznom stave môžu tranzistory vykazovať menší únik.Aj keď je tento únik minimálny, je rozhodujúci pri návrhu presného obvodu, pretože môže ovplyvniť celkový výkon obvodu.
Hrobný aspekt navrhovania spínacieho obvodu vypočíta prísny základný odpor (RB), ktorý reguluje základný prúd (IB).Napríklad, ak je požadovaný základný prúd 25μA, s napätím základného emitora 0,7 V a vstupné napätie je 3,0 V, základný odpor sa vypočíta pomocou Ohmovho zákona:
Tento výpočet zaisťuje, že základný prúd je dostatočný na spustenie tranzistora do saturácie, čo mu umožňuje efektívne fungovať ako prepínač.Presné hodnoty odporu sú kľúčom pre spoľahlivú prevádzku prepínača, zdôrazňujúc podrobné úvahy potrebné pri návrhu obvodov založených na tranzistoroch.
Obrázok 5: Prepínač tranzistora PNP
Tranzistory PNP sú účinné spínače v obvodoch, podobné tranzistorom NPN, ale líšia sa v smere nastavenia a prúdu prúdu.V výraznej konfigurácii prepínania tranzistora PNP je zaťaženie pripojené priamo k zemi a tranzistor riadi napájanie napájania na zaťaženie.
Na aktiváciu tranzistora PNP musí byť základňa uzemnená, čo je opakom podmienok potrebných pre tranzistory NPN.V tranzistoroch PNP, namiesto toho, aby potápal základný prúd, tranzistor ho zdroja.V dôsledku toho prúd zberateľa tečie z emiča do kolektora, keď je tranzistor zapnutý.
Toto zvrátenie je ústredné pri navrhovaní obvodov, kde je prúdový získavanie výhodný, najmä ak je prepínanie na úrovni pozemnej úrovne praktické alebo vyžaduje logika obvodu.Pochopenie týchto požiadaviek na obrátený prúd a napätie je základné pre správne použitie tranzistorov PNP v úlohách prepínača, zvýšenie spoľahlivosti a účinnosti.
Uzemnenie základne na aktiváciu tranzistora znamená, že základné napätie musí byť nižšie ako emitorové napätie, zvyčajne blízko potenciálu zeme.To zaisťuje, že tranzistor zostáva vodičom na správu dodávky napájania do zaťaženia po zatvorení prepínača.
Obrázok 6: Tranzistorový obvod NPN
Pri elektronickom dizajne sú NPN tranzistory potrebné v obvodoch spínania spoločných emitorov, ktoré pracujú v dvoch primárnych stavoch: plne „na“ (nasýtené) a úplne „vypnuté“ (odrezanie).
Ak je tranzistor NPN nasýtený, ideálne predstavuje minimálny odpor, čo umožňuje maximálny prietok prúdu cez obvod.V praktických aplikáciách však stále existuje mierne nasýtenie, čo znamená, že cez tranzistor dochádza k malému poklesu napätia, aj keď je úplne zapnuté.
V medznom stave tranzistor vykazuje veľmi vysoký odpor a účinne zastavuje prúd prúdu.Napriek tomu sa stále môžu vyskytnúť niektoré menšie únikové prúdy, ktoré sa musia zohľadniť v presných dizajnoch obvodov.
Prevádzka tranzistorov NPN ako prepínačov je úzko spojená s riadením základného prúdu.Upravenie napätia základného emitora je vážne, pretože určuje množstvo prúdu prúdiaceho do základne, čím sa reguluje prúd zberateľa.
Nastavenie napätia základného emitora okolo 0,7 voltov v kremíkovom tranzistorovi zaisťuje, že základňa je dostatočne zaznamenaná vpred.To umožňuje dostatok prúdu prúdiť do základne a vložiť tranzistor do saturácie.Táto presná kontrola nad základným prúdom a následným zberateľským prúdom zdôrazňuje účinnosť tranzistora ako prepínača, ktorý riadi elektrické dráhy s presnosťou.
Obrázok 7: Tranzistorové prepínače Darlington
V aplikáciách s vysokým výkonom prepínania, jednotlivé tranzistory často nemajú potrebný prúdový zisk na efektívne riadenie zaťaženia.Konfigurácie Darlingtonu ponúkajú výkonné riešenie kombináciou dvoch tranzistorov v kaskádovom usporiadaní.V tomto okamihu sa emitor prvého tranzistora živí priamo do základne druhého tranzistora, čo významne zosilňuje celkový zisk prúdu.
Konfigurácia Darlingtonu znásobuje súčasné zisky oboch tranzistorov, čo vedie k oveľa vyšším celkovým ziskom.Je to rozhodujúce pre aplikácie, ktoré si vyžadujú robustný výkon z minimálnych vstupných prúdov.Malý základný prúd v prvom tranzistore sa zosilní a riadi druhý tranzistor, ktorý ďalej zosilňuje prúd na pohon zaťaženia.
Darlingtonove páry sú obzvlášť užitočné v systémoch, ktoré si vyžadujú značnú súčasnú zosilnenie z nízkych základných prúdov.Sú ideálne pre vysoko výkonné aplikácie, ako sú meniče, ovládacie prvky motora DC, osvetľovacie obvody a krokové motory.Tieto konfigurácie nielen zlepšujú rýchlosti prepínania, ale tiež zvládajú vyššie napätie a prúdy, vďaka čomu sú praktické pre náročné elektronické nastavenia.
Jedným z dôležitých aspektov použitia Tranzistorov Darlingtonu je požiadavka na vyššiu požiadavku na vstupné napätie na križovatke základnej emitore, zvyčajne okolo 1,4 voltov pre zariadenia na báze kremíka.Toto zvýšenie je spôsobené sériovým spojením dvoch križovatiek PN v páre Darlington.Návrhári obvodov musia zodpovedať za túto požiadavku na napätie, aby sa zabezpečila efektívna prevádzka tranzistora a na úplné využitie vysokého aktuálneho zisku poskytovaného konfiguráciou.
Integrácia tranzistorov ako prepínačov v digitálnych obvodoch vyžaduje presnú kalibráciu hodnôt základného odporu.To zaisťuje optimálnu funkčnosť bez ohrozenia digitálnych logických komponentov.Základný rezistor reguluje prúd z logickej brány do tranzistora.Je rozhodujúce zabrániť nadmernému prúdu, ktorý môže poškodiť tranzistor alebo narušiť výkon obvodu.
Výber správnej hodnoty základného odporu zahŕňa zváženie výstupných charakteristík logickej brány a vstupných požiadaviek tranzistora.Zahŕňa to výpočet maximálneho prúdu, ktorý môže logická brána bezpečne naviesť a nastaviť základný odpor, aby sa obmedzil základný prúd tranzistora.Povedzme, že ak logická brána výstupuje 5V a tranzistor potrebuje na prepnutie základného prúdu 1 mA, základný odpor by mal obmedziť prúd na túto úroveň, čím by zodpovedal poklesu napätia cez križovatku základnej emitore.
Tranzistory v digitálnych obvodoch musia fungovať spoľahlivo a efektívne, čo si vyžaduje starostlivú integráciu.Zaručuje pokračujúci vysoký výkon a odolnosť systému zabezpečením tranzistorov, ako aj digitálnymi logickými komponentmi.Spoľahlivosť, rýchlosť prepínania a čas odozvy obvodu sa zlepšujú správnym umiestnením a výpočtom základného odporu, čo zvyšuje celkovú účinnosť digitálneho návrhu.
Pri používaní tranzistorov ako spínačov v elektronických obvodoch je potrebné ich prevádzkovať v ich určených oblastiach: saturácia pre plne „zapnuté“ a prerušenie pre plne „vypnuté“.To zaisťuje efektívnu kontrolu zariadení, ako sú žiarovky, motory a relé, pričom využívajú malé základné prúdy na správu väčších zberateľských prúdov.
V prípade efektívneho výkonu musia tranzistory fungovať výrazne v oblastiach saturácie a medzných oblastí.Pri saturácii tranzistor pôsobí ako uzavretý spínač, čo umožňuje maximálny prúd prúdu.Pri hranici pôsobí ako otvorený spínač, ktorý bráni prúdu prúdu.
V obvodoch, ktoré spravujú významné prúdy, je vhodné používať konfigurácie Darlingtonu.Toto nastavenie zahŕňa tandemové usporiadanie dvoch tranzistorov, ktoré zosilňuje aktuálny zisk.Malý vstupný prúd v spodnej časti prvého tranzistora riadi oveľa väčší výstupný prúd, vďaka čomu je vhodný pre vysoko výkonné aplikácie.
Optimálny výkon tranzistora sa spolieha na výber komponentov s príslušnými hodnoteniami prúdu a napätia.Navrhovanie základných hnacích obvodov na udržanie tranzistora v jeho bezpečnej prevádzkovej oblasti je vysokou prioritou.Začlenenie ochranných prvkov, ako sú základné rezistory a diódy flyback (pre induktívne zaťaženie), ďalej zvyšuje spoľahlivosť a dlhovekosť.
Základné odpory obmedzujú základný prúd, čím zabránia poškodeniu tranzistora.Pri prepínaní induktívneho zaťaženia chránia diódy Flyback pred špičkami napätia, ktoré chránia tranzistor aj obvod.
Obrázok 8: Prepínače bipolárnych spojovacích tranzistorov
Využívanie tranzistorov bipolárnych križovatiek (BJT) ako prepínačov v elektronických obvodoch ponúka niekoľko podstatných výhod.
BJT sú vo svojich extrémnych stavoch vysoko efektívne-vyrezávajú a saturácia.V medznom stave neexistuje prakticky žiadny prúdový tok.V stave saturácie je pokles napätia cez tranzistor minimálny, čo vedie k nízkemu rozptylu energie.Toto efektívne využitie energie zvyšuje celkový výkon obvodu.
BJT pracujú pri relatívne nízkom napätí, čím sa zvyšuje bezpečnosť znížením elektrických nebezpečenstiev.Táto nízkonákladová prevádzka je obzvlášť prospešná v citlivých elektronických aplikáciách, kde by vyššie napätie mohlo poškodiť ďalšie komponenty.
Na rozdiel od mechanických spínačov BJT netrpia fyzickou degradáciou.Ako zariadenia na pevnom stave sú bez opotrebenia spoločného pre mechanické komponenty.To má za následok väčšiu spoľahlivosť a dlhšiu životnosť zariadenia.
BJT sú kompaktné a ľahké, vďaka čomu sú ideálne pre aplikácie, kde priestor a hmotnosť sú nebezpečné obmedzenia.Napriek svojej malej veľkosti zvládajú vysoké prúdy a ponúkajú nižšie straty vodivosti v porovnaní so zariadeniami, ako sú relé alebo mechanické spínače.To je obzvlášť cenné v vysoko-prúdových aplikáciách, kde sú kľúčové úvahy účinnosť a využitie priestoru.
Celkovo BJTS poskytuje zlepšenú prevádzkovú efektívnosť, bezpečnosť, trvanlivosť a výkon.Sú vhodné pre širokú škálu aplikácií, od malej elektroniky po vysoké priemyselné systémy.Vďaka týmto praktickým prínosom je BJTS spoľahlivý a efektívny výber pre rôzne potreby elektronického prepínania.
Tranzistory fungujú dynamicky medzi dvoma hlavnými stavmi v praktických aplikáciách: ako otvorený spínač v medznej oblasti a ako uzavretý spínač v saturačnej oblasti.
V medznom stave sú križovatky základnej a základnej kolekcie spätne ohromené.To inhibuje prúdový tok, účinne izoluje kolektora z emiča a minimalizuje rozptyl energie, čím sa tranzistor „vypne“.
Na druhej strane, v saturačnej oblasti sú obežné križovatky ohromené vpred, čo umožňuje maximálny prúd prúdu.Nasýtený prúd zberateľa (ICSAT) preteká voľne cez tranzistor, čím sa úplne „zapne“.Tento stav je potrebný na zabezpečenie nepretržitej kontinuity obvodov, čo umožňuje tranzistorovi efektívne reláciu energie alebo signálov naprieč obvodom.
Prechod medzi týmito štátmi a ich údržba v rôznych elektrických podmienkach je zásadný pre efektívne používanie tranzistorov ako prepínačov.Vyžaduje si to starostlivé riadenie úrovní základného prúdu a úrovní napätia, aby sa zabezpečilo presné a rýchle prepínanie podľa prevádzkových požiadaviek obvodu.
Prepínače tranzistorov sú základom v modernej elektronike a ponúkajú vynikajúcu účinnosť, spoľahlivosť a adaptabilitu.Vďaka týmto výhodám sú potrebné komponenty oproti tradičným mechanickým prepínačom.
Znížený rozptyl energie: Tranzistorové spínače vykazujú výrazne zníženie rozptylu energie.
Efektívna prevádzka nízkeho napätia: Tranzistorové spínače fungujú efektívne pri nízkom napätí.Tým sa zachováva energia a minimalizuje riziko nebezpečenstiev súvisiacich s napätím, čím sa zvyšuje prevádzková bezpečnosť.
Trvanlivosť a dlhovekosť: Na rozdiel od mechanických spínačov tranzistory nemajú žiadne pohyblivé časti, a preto nepodliehajú fyzickému opotrebeniu, predlžujú životnosť tranzistora a znižujú potrebu údržby.
Vysoko súčasný manažment: Tranzistory môžu spravovať vysoké prúdy, vďaka čomu sú potrebné v rôznych aplikáciách, od malých spotrebiteľských pomôcok až po rozsiahle priemyselné stroje.Kľúčovou výhodou je ich schopnosť zvládnuť vysoké prúdy pri zachovaní minimálnej straty energie.
Kompaktná veľkosť: Kompaktná veľkosť tranzistorových spínačov umožňuje elegantnejšie a efektívnejšie konštrukcie v elektronických obvodoch.Tento malý formálny faktor je obzvlášť prospešný pre vytváranie efektívnejších a priestorovo efektívnejších elektronických zariadení.
Tranzistory sú potrebné v modernej elektronike, najmä ako prepínače v rôznych praktických aplikáciách.Ich všestrannosť a vážna úloha v kontrolných systémoch je zrejmá vo viacerých scenároch.
Obrázok 9: Spínače ovládané svetlom
Prepínače
V prepínačoch ovládaných v ľahkom ovládaní tranzistory riadia systémy osvetlenia v reakcii na zmeny okolitého svetla.Odpory závislé od svetla (LDR) slúžia ako senzory a upravujú základný prúd v tranzistore na základe intenzity svetla.Táto modulácia mení stav tranzistora a podľa potreby zapne alebo vypína osvetľovací systém.Toto automatizované riešenie sa bez problémov prispôsobuje podmienkam osvetlenia životného prostredia.
Obrázok 10: Tepelne ovládané spínače
Prepínače ovládané tepelne
Tepelne ovládané spínače používajú termistory, ktoré menia odpor s teplotnými zmenami.Tieto prepínače sú ústredné v bezpečnostných a environmentálnych riadiacich systémoch, ako sú požiarne poplachy.Keď teplota výrazne stúpa, termistor mení základný prúd tranzistora a spustí poplach.Táto rýchla reakcia na zmeny teploty zdôrazňuje dôležitosť tranzistorov v nebezpečných bezpečnostných aplikáciách.
Obrázok 11: Obvod riadenia motora DC
Obvody riadenia motora jednosmerného motora
V riadiacich obvodoch jednosmerného motora tranzistory spravujú prevádzkový stav motora zapnutím alebo vypnutím napájania alebo vypnutím jeho rýchlosti a smeru na základe vstupných signálov.Táto presná kontrola je nevyhnutnosťou v aplikáciách od robotických systémov až po spotrebiteľskú elektroniku a zabezpečuje funkčnosť a výkon.
Prostredníctvom analýzy je zrejmé, že tranzistory, najmä BJT, sú nápomocné v modernom elektronickom dizajne a ponúkajú nespočetné množstvo výhod oproti tradičným mechanickým prepínačom.Ich schopnosť efektívne fungovať v extrémnych štátoch-prispôsobenie a medzná hodnota-obmedzuje stratu energie a maximalizuje výkon, čo je ústredná výhoda v energeticky citlivých aplikáciách.A čo viac, ich integrácia do systémov, ako sú ovládacie prvky jednosmerného motora, spínače citlivé na svetlo a alarmy závislé od teploty zdôrazňuje ich prispôsobivosť a nevyhnutnosť v širokom spektre aplikácií.Táto komplexná diskusia podporuje hlbšie pochopenie tranzistorových operácií a ich kľúčovú úlohu pri návrhu obvodov.Dôrazne tiež zvýrazňuje ich vplyv na robustnosť, efektívnosť a inovácie vo vývoji elektronických systémov, čo z nich robí základný kameň súčasnej elektroniky a hnaciu silu technologického pokroku.
Tranzistor funguje ako otvorený spínač, keď je v stave „vypnutia“, čo znamená, že neumožňuje prúdiť prúd medzi kolektorom a emitorom.K tomu dochádza, keď je napätie základného emitora pod určitým prahom (pre tranzistory bipolárnych spojov) alebo keď je napätie zdrojového zdroja brány nedostatočné (pre tranzistory efektu poľa).V tomto stave tranzistor účinne izoluje komponenty obvodu pripojených k jeho kolektoru a žiariči, čím bránia prietoku elektrického prúdu, podobne ako mechanický spínač by bol v polohe „OFF“.
Áno, tranzistor môže účinne fungovať ako elektronický prepínač.Robí to striedaním saturácie (úplne zapnuté) a medznými (úplne vypnutými) stavmi.V stave saturácie tranzistor umožňuje maximálny prúd prúdiť medzi kolektorom a žiaričkou a správajúc sa ako uzavretý spínač.V medznom stave blokuje prúdový tok a pôsobí ako otvorený spínač.Táto prepínajúca schopnosť sa používa v rôznych aplikáciách vrátane digitálnych obvodov a modulácií šírky impulzov (PWM).
Ak chcete použiť tranzistor ako spínač na riadenie motora, musíte nastaviť tranzistor v obvode, kde zvládne požiadavky prúdu motora.Tu je priamy prístup:
Vyberte príslušný tranzistor: Vyberte tranzistor, ktorý dokáže spracovať požiadavky na prúd a napätie motora.
Nastavenie obvodu: Pripojte emitor (pre tranzistor NPN) alebo zdroj (pre MOSFET typu N) k zemi.Pripojte motor medzi napájacím zdrojom (zodpovedajúceho napätia menovaného motora) a kolektorom (alebo odtokom).
Ovládanie pripojenia: Pripojte riadiaci signál (z mikrokontroléra alebo iného riadiaceho obvodu) k základni (alebo bráne) tranzistora cez vhodný odpor na obmedzenie prúdu.
Prevádzka: Aplikácia dostatočného napätia na základňu alebo bránu zapne tranzistor, čo umožňuje prietok prúdu a motor.Odstránenie signálu vypne tranzistor a zastaví motor.
Použitie tranzistora ako prepínača zahŕňa jeho zapojenie na ovládanie zaťaženia (ako je LED, motor alebo iné elektronické zariadenie) pomocou riadiaceho signálu.Tu je základná metóda:
Pripojte zaťaženie: Pripojte jeden koniec zaťaženia k napájaciemu zdroju a druhému koncu k zberateľovi (NPN) alebo odtoku (MOSFET).
Pripojenie základne/brány: Pripojte základňu alebo bránu k zdroju riadiaceho signálu pomocou odporu.
Emit/Source k zemi: Pripojte emitor (NPN) alebo zdroj (MOSFET) k zemi.
Ovládanie signálu: Zmenou riadiaceho signálu medzi vysokými a nízkymi stavmi prepne tranzistor medzi vodcami a nevodiacimi stavmi, čím sa podľa toho riadi záťaž.
Áno, tranzistor môže fungovať ako prepínač aj ako zosilňovač, v závislosti od toho, ako je nakonfigurovaný v obvode:
Ako prepínač: Ak je nakonfigurovaný na prevádzku medzi medznou hodnotou (mimo stavu) a saturáciou (v stave), pôsobí ako prepínač.
Ako zosilňovač: Ak je nakonfigurovaný v aktívnej oblasti (čiastočne zapnuté), tranzistor zosilňuje vstupný signál na základni so zodpovedajúcim amplifikovaným výstupom v kolektore.
Tieto použitia demonštrujú všestrannosť tranzistorov v elektronických obvodoch, ktoré sú schopné regulovať intenzitu signálu, alebo jednoducho pôsobiť ako binárne zariadenia zapínajúce medzi a vypínanými stavmi.
Zašlite prosím dotaz, okamžite odpovieme.
na 2024/06/4
na 2024/06/3
na 1970/01/1 2943
na 1970/01/1 2501
na 1970/01/1 2089
na 0400/11/9 1895
na 1970/01/1 1765
na 1970/01/1 1714
na 1970/01/1 1655
na 1970/01/1 1555
na 1970/01/1 1541
na 1970/01/1 1512