Obwody impulsowe - tranzystor jako przełącznik
ZA transistor jest używany jako przełącznik elektroniczny, wbijając go albo w saturation lub w cut off. Region między tymi dwoma jest regionem liniowym. Tranzystor działa jako wzmacniacz liniowy w tym regionie. Nasycenie i cięcieoff państwa są ważne w tym względzie.
Stany włączenia i wyłączenia tranzystora
Istnieją dwa główne obszary działania tranzystora, które możemy uznać za ON i OFFpaństwa. Są nasycone i cięteoffstany. Przyjrzyjmy się zachowaniu tranzystora w tych dwóch stanach.
Praca w stanie odcięcia
Poniższy rysunek przedstawia tranzystor w strefie odcięcia.
Kiedy baza tranzystora jest ujemna, tranzystor przechodzi w stan odcięcia. Brak prądu kolektora. Stąd ja C = 0.
Napięcie V CC stosowane na kolektorze pojawia na rezystorze R kolektora C . W związku z tym,
V CE = V CC
Praca w rejonie nasycenia
Poniższy rysunek przedstawia tranzystor w obszarze nasycenia.
Gdy napięcie baza jest dodatnia, a tranzystor przechodzi w stan nasycenia, to C przepływa przez R C .
Wtedy V CC spadków R C . Wynik będzie równy zero.
$$ I_C = I_ {C (sat)} \: = \: \ frac {V_ {CC}} {R_C} \: i \: V_ {CE} = 0 $$
Właściwie to jest idealny stan. Praktycznie przepływa część prądu upływowego. Dlatego możemy zrozumieć, że tranzystor działa jak przełącznik, gdy jest wprowadzany w stan nasycenia i odcina regiony, przykładając dodatnie i ujemne napięcie do bazy.
Poniższy rysunek daje lepsze wyjaśnienie.
Obserwuj linię obciążenia prądu stałego, która łączy I C i V CC . Jeśli tranzystor jest doprowadzony do nasycenia, I C przepływa całkowicie i V CE = 0, co jest wskazywane przez punktA.
Jeśli tranzystor zostanie wprowadzony do odcięcia, I C będzie równe zero, a V CE = V CC, co jest wskazane przez punkt B. linia łącząca punkt nasycenia A i odcięcie B nazywa sięLoad line. Ponieważ przyłożone tutaj napięcie wynosi DC, nazywa się je asDC Load line.
Względy praktyczne
Chociaż powyższe warunki są przekonujące, istnieje kilka praktycznych ograniczeń, aby takie wyniki wystąpiły.
W stanie odcięcia
Idealny tranzystor ma V CE = V CC i I C = 0.
Ale w praktyce przez kolektor przepływa mniejszy prąd upływu.
Stąd I C będzie wynosić kilka μA.
Nazywa się to Collector Leakage Current co jest oczywiście pomijalne.
W stanie nasycenia
Idealny tranzystor ma V CE = 0 i I C = I C (sat) .
Ale w praktyce V CE spada do pewnej wartości zwanejknee voltage.
Kiedy V CE spada bardziej niż napięcie kolana, β gwałtownie spada.
Ponieważ I C = βI B zmniejsza to prąd kolektora.
Stąd ten maksymalny prąd I C, który utrzymuje V CE przy napięciu kolana, jest znany jakoSaturation Collector Current.
Prąd kolektora nasycenia = $ I_ {C (sat)} \: = \: \ frac {V_ {CC} - V_ {knee}} {R_C} $
Tranzystor, który jest wytwarzany tylko po to, aby działał do celów przełączania, nazywa się Switching Transistor. Działa to w obszarze nasycenia lub odcięcia. W stanie nasyceniacollector saturation current przepływa przez ładunek iw stanie odcięcia, collector leakage current przepływa przez ładunek.
Przełączanie działania tranzystora
Tranzystor ma trzy obszary działania. Aby zrozumieć efektywność działania, należy wziąć pod uwagę praktyczne straty. Spróbujmy więc zorientować się, jak skutecznie tranzystor działa jako przełącznik.
W stanie odcięcia (OFF)
Prąd bazy I B = 0
Prąd kolektora I C = I CEO (prąd kolektora)
Strata mocy = napięcie wyjściowe × prąd wyjściowy
$$ = V_ {CC} \ times I_ {CEO} $$
Ponieważ I CEO jest bardzo mały, a V CC jest również niskie, strata będzie miała bardzo małą wartość. W związku z tym tranzystor działa jako wydajny przełącznik w stanie wyłączonym.
W stanie nasycenia (ON)
Jak wspomniano wcześniej,
$$ I_ {C (sat)} = \ frac {V_ {CC} - V_ {knee}} {R_C} $$
Napięcie wyjściowe to Vknee.
Strata mocy = napięcie wyjściowe × prąd wyjściowy
$$ = \: V_ {kolano} \ times I_ {c (sob)} $$
Ponieważ kolano V będzie miało niewielką wartość, strata jest niewielka. W związku z tym tranzystor działa jako wydajny przełącznik w stanie włączenia.
Podczas aktywnego regionu
Tranzystor znajduje się między stanami ON i OFF. Tranzystor działa jako wzmacniacz liniowy, w którym małe zmiany prądu wejściowego powodują duże zmiany prądu wyjściowego (ΔI C ).
Czasy przełączania
Tranzystor przełączający ma impuls jako wejście, a wyjściem będzie impuls z kilkoma zmianami. Jest kilka terminów, które powinieneś znać w odniesieniu do czasów przełączania impulsu wyjściowego. Przejdźmy przez nie.
Niech czas trwania impulsu wejściowego = T
Po przyłożeniu impulsu wejściowego prąd kolektora potrzebuje trochę czasu, aby osiągnąć wartość stanu ustalonego, ze względu na rozproszone pojemności. Poniższy rysunek wyjaśnia tę koncepcję.
Z powyższego rysunku
Time delay(td) - Czas, w którym prąd kolektora osiąga od wartości początkowej do 10% wartości końcowej, nazywa się Time Delay.
Rise time(tr) - Czas, w którym prąd kolektora osiąga od 10% wartości początkowej do 90% wartości końcowej, nazywany jest Rise Time.
Turn-on time (TON)- Suma czasu opóźnienia (t d ) i czasu narastania (t r ) jest nazywana jakoTurn-on time.
T ON = t d + t r
Storage time (ts) - Odstęp czasu między opadającym zboczem impulsu wejściowego a 90% maksymalnej wartości na wyjściu nazywany jest Storage time.
Fall time (tf) - Czas, w którym prąd kolektora osiąga od 90% jego maksymalnej wartości do 10% jego wartości początkowej, nazywany jest Fall Time.
Turn-off time (TOFF)- Suma czasu przechowywania (t s ) i czasu opadania (t f ) jest zdefiniowana jakoTurn-off time.
T WYŁ = t s + t f
Pulse Width(W) - Czas trwania impulsu wyjściowego mierzony między dwoma 50% poziomami narastania i opadania fali jest zdefiniowany jako Pulse Width.