Circuiti a impulsi - Transistor come interruttore
UN transistor viene utilizzato come interruttore elettronico inserendolo saturation o in cut off. La regione tra questi due è la regione lineare. Un transistor funziona come un amplificatore lineare in questa regione. La saturazione e il tagliooff gli stati sono importanti considerazioni a questo riguardo.
Stati ON & OFF di un transistor
Ci sono due regioni principali nel funzionamento di un transistor che possiamo considerare come ON e OFFstati. Sono saturazione e tagliooffstati. Diamo uno sguardo al comportamento di un transistor in questi due stati.
Funzionamento in condizione di Cut-off
La figura seguente mostra un transistor nella regione di taglio.
Quando la base del transistor è negativa, il transistor va in stato di interruzione. Non c'è corrente di collettore. Quindi I C = 0.
La tensione V CC applicata al collettore, appare attraverso la resistenza di collettore R C . Perciò,
V CE = V CC
Operazione nella regione di saturazione
La figura seguente mostra un transistor nella regione di saturazione.
Quando la tensione di base è positiva ed il transistor va in saturazione, I C scorre attraverso R C .
Poi V CC scende attraverso R C . L'output sarà zero.
$$ I_C = I_ {C (sat)} \: = \: \ frac {V_ {CC}} {R_C} \: e \: V_ {CE} = 0 $$
In realtà, questa è la condizione ideale. In pratica, scorre una certa corrente di dispersione. Quindi possiamo capire che un transistor funziona come un interruttore quando viene portato in saturazione e interrompe le regioni applicando tensioni positive e negative alla base.
La figura seguente fornisce una spiegazione migliore.
Osservare la linea di carico cc che collega I C e V CC . Se il transistor è portato in saturazione, I C scorre completamente e V CE = 0 che è indicato dal puntoA.
Se il transistor è pilotato in cut off, I C sarà zero e V CE = V CC che è indicato dal punto B. la linea che unisce il punto di saturazione A e il cut off B è chiamata comeLoad line. Poiché la tensione applicata qui è cc, viene chiamata comeDC Load line.
Considerazioni pratiche
Sebbene le condizioni sopra menzionate siano tutte convincenti, ci sono alcune limitazioni pratiche affinché tali risultati si verifichino.
Durante lo stato di interruzione
Un transistor ideale ha V CE = V CC e I C = 0.
Ma in pratica, una corrente di dispersione minore scorre attraverso il collettore.
Quindi I C sarà pochi μA.
Questo è chiamato come Collector Leakage Current il che è ovviamente trascurabile.
Durante lo stato di saturazione
Un transistor ideale ha V CE = 0 e I C = I C (sat) .
Ma in pratica, V CE diminuisce a un valore chiamatoknee voltage.
Quando V CE diminuisce più della tensione del ginocchio, β diminuisce bruscamente.
Poiché I C = βI B, la corrente del collettore diminuisce.
Quindi quella corrente massima I C che mantiene V CE alla tensione del ginocchio, è nota comeSaturation Collector Current.
Corrente del collettore di saturazione = $ I_ {C (sat)} \: = \: \ frac {V_ {CC} - V_ {ginocchio}} {R_C} $
Un transistor che è fabbricato solo per farlo funzionare per scopi di commutazione è chiamato come Switching Transistor. Funziona sia in Saturazione che nella regione Tagliata. Mentre è in stato di saturazione, ilcollector saturation current scorre attraverso il carico e mentre è in stato di interruzione, il collector leakage current scorre attraverso il carico.
Azione di commutazione di un transistor
Un transistor ha tre regioni di funzionamento. Per comprendere l'efficienza del funzionamento, è necessario considerare le perdite pratiche. Quindi proviamo a farci un'idea di quanto efficientemente un transistor funzioni come interruttore.
Durante lo stato Cut off (OFF)
La corrente di base I B = 0
The Collector current I C = I CEO (collector lekeage current)
Perdita di potenza = Tensione di uscita × Corrente di uscita
$$ = V_ {CC} \ times I_ {CEO} $$
Poiché il CEO è molto piccolo e anche V CC è basso, la perdita sarà di valore molto basso. Quindi, un transistor funziona come un interruttore efficiente nello stato OFF.
Durante lo stato di saturazione (ON)
Come discusso prima,
$$ I_ {C (sat)} = \ frac {V_ {CC} - V_ {ginocchio}} {R_C} $$
La tensione di uscita è Vknee.
Perdita di potenza = Tensione di uscita × Corrente di uscita
$$ = \: V_ {ginocchio} \ times I_ {c (sat)} $$
Poiché il ginocchio a V sarà di piccolo valore, la perdita è bassa. Quindi, un transistor funziona come un interruttore efficiente nello stato ON.
Durante la regione attiva
Il transistor si trova tra gli stati ON e OFF. Il transistor funziona come un amplificatore lineare in cui piccoli cambiamenti nella corrente di ingresso causano grandi cambiamenti nella corrente di uscita (ΔI C ).
Tempi di commutazione
Il transistor Switching ha un impulso come ingresso e un impulso con poche variazioni sarà l'uscita. Ci sono alcuni termini che dovreste conoscere riguardo ai tempi dell'impulso di uscita di commutazione. Esaminiamoli.
Lascia che la durata dell'impulso in ingresso = T
Quando viene applicato l'impulso di ingresso, la corrente del collettore impiega del tempo per raggiungere il valore di stato stazionario, a causa delle capacità parassite. La figura seguente spiega questo concetto.
Dalla figura sopra,
Time delay(td) - Il tempo impiegato dalla corrente del collettore per raggiungere dal suo valore iniziale al 10% del suo valore finale è chiamato come Time Delay.
Rise time(tr) - Il tempo impiegato dalla corrente del collettore per raggiungere dal 10% del suo valore iniziale al 90% del suo valore finale è chiamato come Rise Time.
Turn-on time (TON)- La somma del tempo di ritardo (t d ) e del tempo di salita (t r ) è chiamata comeTurn-on time.
T ON = t d + t r
Storage time (ts) - L'intervallo di tempo tra il fronte di discesa dell'impulso di ingresso al 90% del valore massimo dell'uscita, è chiamato come Storage time.
Fall time (tf) - Il tempo impiegato dalla corrente del collettore per raggiungere dal 90% del suo valore massimo al 10% del suo valore iniziale è chiamato come Fall Time.
Turn-off time (TOFF)- La somma del tempo di conservazione (t s ) e del tempo di caduta (t f ) è definita comeTurn-off time.
T OFF = t s + t f
Pulse Width(W) - La durata dell'impulso di uscita misurata tra due livelli del 50% di forma d'onda in salita e in discesa è definita come Pulse Width.