วงจรพัลส์ - ทรานซิสเตอร์เป็นสวิตช์

transistor ใช้เป็นสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์โดยการขับเข้า saturation หรือใน cut off. พื้นที่ระหว่างทั้งสองนี้คือพื้นที่เชิงเส้น ทรานซิสเตอร์ทำงานเป็นแอมพลิฟายเออร์เชิงเส้นในภูมิภาคนี้ ความอิ่มตัวและการตัดoff รัฐเป็นข้อพิจารณาที่สำคัญในเรื่องนี้

สถานะเปิดและปิดของทรานซิสเตอร์

มีสองภูมิภาคหลักในการทำงานของทรานซิสเตอร์ซึ่งเราสามารถพิจารณาได้ว่าเป็น ON และ OFFรัฐ พวกเขาอิ่มตัวและตัดoffรัฐ ให้เรามาดูพฤติกรรมของทรานซิสเตอร์ในสองสถานะนั้น

การทำงานในเงื่อนไขการตัด

รูปต่อไปนี้แสดงทรานซิสเตอร์ในพื้นที่ตัด

เมื่อฐานของทรานซิสเตอร์ได้รับค่าลบทรานซิสเตอร์จะเข้าสู่สถานะตัดขาด ไม่มีกระแสสะสม ดังนั้นฉันC = 0

แรงดันไฟฟ้า V CCนำไปใช้ที่เก็บปรากฏทั่วสะสมต้านทาน R C ดังนั้น,

V CE = V CC

การทำงานในภูมิภาคอิ่มตัว

รูปต่อไปนี้แสดงทรานซิสเตอร์ในบริเวณอิ่มตัว

เมื่อแรงดันไฟฟ้าฐานเป็นบวกและทรานซิสเตอร์จะเข้าสู่ความอิ่มตัวของสีผมซีไหลผ่าน R C

แล้ว V CCลดลงทั่ว R C ผลลัพธ์จะเป็นศูนย์

$$ I_C = I_ {C (sat)} \: = \: \ frac {V_ {CC}} {R_C} \: และ \: V_ {CE} = 0 $$

จริงๆแล้วนี่เป็นเงื่อนไขในอุดมคติ ในทางปฏิบัติกระแสไฟฟ้ารั่วไหล ดังนั้นเราจึงเข้าใจได้ว่าทรานซิสเตอร์ทำงานเป็นสวิตช์เมื่อขับเคลื่อนเข้าสู่ความอิ่มตัวและตัดบริเวณโดยใช้แรงดันไฟฟ้าบวกและลบกับฐาน

รูปต่อไปนี้ให้คำอธิบายที่ดีกว่า

สังเกตเส้นโหลด dc ที่เชื่อมต่อฉันCและ V CC หากทรานซิสเตอร์ถูกขับเคลื่อนให้อิ่มตัว I Cจะไหลอย่างสมบูรณ์และ V CE = 0 ซึ่งระบุด้วยจุดA.

ถ้าทรานซิสเตอร์ถูกขับเข้าไปตัด I Cจะเป็นศูนย์และ V CE = V CCซึ่งระบุด้วยจุด B เส้นที่เชื่อมต่อกับจุดอิ่มตัว A และตัด B เรียกว่าเป็นLoad line. เนื่องจากแรงดันไฟฟ้าที่ใช้ที่นี่คือ dc จึงเรียกว่า asDC Load line.

ข้อควรพิจารณาในทางปฏิบัติ

แม้ว่าเงื่อนไขดังกล่าวข้างต้นจะน่าเชื่อถือ แต่ก็มีข้อ จำกัด ในทางปฏิบัติบางประการเพื่อให้ผลลัพธ์ดังกล่าวเกิดขึ้น

ในระหว่างสถานะ Cut off

ทรานซิสเตอร์ในอุดมคติคือ V CE = V CCและ I C = 0

แต่ในทางปฏิบัติกระแสไฟฟ้ารั่วขนาดเล็กจะไหลผ่านตัวสะสม

ดังนั้น I Cจะเป็นไม่กี่μA

นี้เรียกว่าเป็น Collector Leakage Current ซึ่งแน่นอนว่าเล็กน้อย

ในระหว่างสภาวะอิ่มตัว

ทรานซิสเตอร์เหมาะมี V CE = 0 และฉันC = ฉันC (นั่ง)

แต่ในทางปฏิบัติ V CEจะลดลงเป็นค่าที่เรียกว่าknee voltage.

เมื่อ V CEลดลงมากกว่าแรงดันไฟฟ้าที่หัวเข่าβจะลดลงอย่างรวดเร็ว

เมื่อ I C = βI Bสิ่งนี้จะลดกระแสของตัวสะสม

ดังนั้นกระแสไฟฟ้าสูงสุด I Cซึ่งรักษา V CEที่แรงดันไฟฟ้าที่หัวเข่าจึงเรียกว่าSaturation Collector Current.

ตัวสะสมความอิ่มตัวปัจจุบัน = $ I_ {C (sat)} \: = \: \ frac {V_ {CC} - V_ {knee}} {R_C} $

ทรานซิสเตอร์ที่ประดิษฐ์ขึ้นเพื่อให้ทำงานเพื่อการสลับเท่านั้นเรียกว่าเป็น Switching Transistor. สิ่งนี้ใช้ได้ทั้งในความอิ่มตัวหรือในภูมิภาคที่ถูกตัดออก ในขณะที่อยู่ในสถานะอิ่มตัวcollector saturation current ไหลผ่านโหลดและในขณะที่อยู่ในสถานะตัดไฟ collector leakage current ไหลผ่านโหลด

การสลับการกระทำของทรานซิสเตอร์

ทรานซิสเตอร์มีการทำงานสามส่วน เพื่อให้เข้าใจถึงประสิทธิภาพของการดำเนินงานจะต้องพิจารณาความสูญเสียในทางปฏิบัติ ดังนั้นให้เราลองทำความเข้าใจว่าทรานซิสเตอร์ทำงานเป็นสวิตช์ได้อย่างมีประสิทธิภาพเพียงใด

ในระหว่างสถานะตัด (ปิด)

ฐานปัจจุบัน I B = 0

ตัวสะสมปัจจุบัน I C = I CEO (กระแสไฟรั่วของนักสะสม)

การสูญเสียพลังงาน = แรงดันขาออก×กระแสไฟขาออก

$$ = V_ {CC} \ times I_ {CEO} $$

เนื่องจาก I CEOมีขนาดเล็กมากและ V CCก็ต่ำการสูญเสียจะมีมูลค่าต่ำมาก ดังนั้นทรานซิสเตอร์จึงทำงานเป็นสวิตช์ที่มีประสิทธิภาพในสถานะปิด

ระหว่างสถานะความอิ่มตัว (ON)

ตามที่กล่าวไว้ก่อนหน้านี้

$$ I_ {C (sat)} = \ frac {V_ {CC} - V_ {knee}} {R_C} $$

แรงดันขาออกคือ Vknee.

การสูญเสียพลังงาน = แรงดันขาออก×กระแสไฟขาออก

$$ = \: V_ {knee} \ times I_ {c (sat)} $$

เนื่องจาก V เข่ามีค่าน้อยการสูญเสียจึงต่ำ ดังนั้นทรานซิสเตอร์จึงทำงานเป็นสวิตช์ที่มีประสิทธิภาพในสถานะเปิด

ระหว่าง Active region

ทรานซิสเตอร์อยู่ระหว่างสถานะเปิดและปิด ทรานซิสเตอร์ทำงานเป็นแอมพลิฟายเออร์เชิงเส้นซึ่งการเปลี่ยนแปลงเล็กน้อยของกระแสอินพุตทำให้เกิดการเปลี่ยนแปลงขนาดใหญ่ในกระแสเอาต์พุต (ΔI C )

เวลาในการเปลี่ยน

ทรานซิสเตอร์ Switching มีพัลส์เป็นอินพุตและพัลส์ที่มีรูปแบบไม่กี่รูปแบบจะเป็นเอาต์พุต มีคำศัพท์บางคำที่คุณควรทราบเกี่ยวกับการกำหนดเวลาของพัลส์เอาต์พุตแบบสวิตชิ่ง ให้เราผ่านพวกเขาไป

ให้ระยะเวลาพัลส์อินพุต = T

เมื่อพัลส์อินพุตถูกนำไปใช้กระแสของตัวเก็บรวบรวมจะใช้เวลาสักครู่ในการเข้าถึงค่าสถานะคงที่เนื่องจากความจุหลงทาง รูปต่อไปนี้อธิบายแนวคิดนี้

จากรูปด้านบน

  • Time delay(td) - เวลาที่ตัวเก็บรวบรวมกระแสไฟฟ้าเข้าถึงจากค่าเริ่มต้นถึง 10% ของค่าสุดท้ายเรียกว่าเป็น Time Delay.

  • Rise time(tr) - เวลาที่ใช้ในการเก็บกระแสไฟฟ้าถึงจาก 10% ของค่าเริ่มต้นถึง 90% ของค่าสุดท้ายเรียกว่า Rise Time.

  • Turn-on time (TON)- ผลรวมของการหน่วงเวลา (t d ) และเวลาที่เพิ่มขึ้น (t r ) เรียกว่าเป็นTurn-on time.

    T ON = เสื้อd + เสื้อr

  • Storage time (ts) - ช่วงเวลาระหว่างขอบต่อท้ายของพัลส์อินพุตถึง 90% ของค่าสูงสุดของเอาต์พุตเรียกว่า Storage time.

  • Fall time (tf) - เวลาที่ใช้ในการเก็บกระแสไฟฟ้าจาก 90% ของค่าสูงสุดถึง 10% ของค่าเริ่มต้นเรียกว่า Fall Time.

  • Turn-off time (TOFF)- ผลรวมของเวลาในการจัดเก็บ (t s ) และเวลาตก (t f ) ถูกกำหนดให้เป็นTurn-off time.

    T ปิด = t s + เสื้อf

  • Pulse Width(W) - ระยะเวลาของพัลส์เอาท์พุทที่วัดได้ระหว่างสองระดับ 50% ของรูปคลื่นที่เพิ่มขึ้นและลดลงถูกกำหนดเป็น Pulse Width.