Mạch xung - Transistor như một công tắc

A transistor được sử dụng như một công tắc điện tử bằng cách điều khiển nó vào saturation hoặc trong cut off. Vùng giữa hai vùng này là vùng tuyến tính. Một bóng bán dẫn hoạt động như một bộ khuếch đại tuyến tính trong vùng này. Độ bão hòa và cắtoff các tiểu bang được xem xét quan trọng trong vấn đề này.

Trạng thái BẬT & TẮT của bóng bán dẫn

Có hai vùng chính trong hoạt động của bóng bán dẫn mà chúng ta có thể coi là ONOFFNhững trạng thái. Chúng bão hòa và cắtoffNhững trạng thái. Chúng ta hãy xem xét hoạt động của một bóng bán dẫn ở hai trạng thái đó.

Hoạt động trong điều kiện Cut-off

Hình dưới đây cho thấy một bóng bán dẫn trong vùng cắt.

Khi cơ sở của bóng bán dẫn được cho âm, bóng bán dẫn chuyển sang trạng thái cắt. Không có bộ sưu tập hiện tại. Do đó I C = 0.

Điện áp V CC áp dụng tại các nhà sưu tập, xuất hiện trên khắp các nhà sưu tập điện trở R C . Vì thế,

V CE = V CC

Hoạt động trong vùng bão hòa

Hình dưới đây cho thấy một bóng bán dẫn trong vùng bão hòa.

Khi điện áp cơ bản là tích cực và transistor đi vào bão hòa, tôi C chảy qua R C .

Sau đó, V CC giảm trên R C . Đầu ra sẽ bằng không.

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

Thực ra đây là điều kiện lý tưởng. Thực tế, một số dòng điện rò rỉ chảy. Do đó, chúng ta có thể hiểu rằng một bóng bán dẫn hoạt động như một công tắc khi được điều khiển vào vùng bão hòa và cắt vùng bằng cách áp dụng điện áp dương và âm vào đế.

Hình sau đây sẽ giải thích rõ hơn.

Quan sát dòng tải một chiều nối I C và V CC . Nếu bóng bán dẫn được chuyển sang trạng thái bão hòa, I C chảy hoàn toàn và V CE = 0 được chỉ ra bởi điểmA.

Nếu bóng bán dẫn được đưa vào trạng thái cắt, I C sẽ bằng không và V CE = V CC được chỉ ra bởi điểm B. dòng nối điểm bão hòa A và cắt B được gọi làLoad line. Vì điện áp được áp dụng ở đây là một chiều, nó được gọi làDC Load line.

Cân nhắc thực tế

Mặc dù các điều kiện nêu trên đều thuyết phục, nhưng có một số hạn chế thực tế để những kết quả đó xảy ra.

Trong trạng thái Cut off

Một bóng bán dẫn lý tưởng có V CE = V CC và I C = 0.

Nhưng trong thực tế, một dòng điện rò rỉ nhỏ hơn chạy qua bộ thu.

Do đó I C sẽ là một vài μA.

Điều này được gọi là Collector Leakage Current đó là tất nhiên, không đáng kể.

Trong trạng thái bão hòa

Một bóng bán dẫn lý tưởng có V CE = 0 và I C = I C (sat) .

Nhưng trong thực tế, V CE giảm đến một giá trị nào đó được gọi làknee voltage.

Khi V CE giảm nhiều hơn điện áp đầu gối, β giảm mạnh.

Khi I C = βI B điều này làm giảm dòng thu.

Do đó, dòng điện tối đa I C duy trì V CE ở điện áp đầu gối, được gọi làSaturation Collector Current.

Bộ thu bão hòa hiện tại = $ I_ {C (sat)} \: = \: \ frac {V_ {CC} - V_ {đầu gối}} {R_C} $

Một bóng bán dẫn được chế tạo chỉ để làm cho nó hoạt động cho các mục đích chuyển mạch được gọi là Switching Transistor. Điều này hoạt động trong Saturation hoặc trong vùng Cut off. Trong khi ở trạng thái bão hòa,collector saturation current chảy qua tải và trong khi ở trạng thái cắt, collector leakage current chảy qua tải.

Hành động chuyển mạch của bóng bán dẫn

Một Transistor có ba vùng hoạt động. Để hiểu được hiệu quả của hoạt động, các tổn thất thực tế phải được xem xét. Vì vậy, chúng ta hãy thử tìm hiểu về cách một bóng bán dẫn hoạt động hiệu quả như một công tắc.

Trong trạng thái Cắt (TẮT)

Dòng cơ sở I B = 0

Bộ sưu tập hiện tại I C = I Giám đốc điều hành (bộ sưu tập lekeage hiện tại)

Mất điện = Điện áp đầu ra × Dòng điện đầu ra

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

Vì tôi là CEO rất nhỏ và V CC cũng thấp nên khoản lỗ sẽ có giá trị rất thấp. Do đó, một bóng bán dẫn hoạt động như một công tắc hiệu quả ở trạng thái TẮT.

Trong trạng thái Bão hòa (BẬT)

Như đã thảo luận trước đó,

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

Điện áp đầu ra là Vknee.

Mất điện = Điện áp đầu ra × Dòng điện đầu ra

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

đầu gối V sẽ có giá trị nhỏ nên tổn thất thấp. Do đó, một bóng bán dẫn hoạt động như một công tắc hiệu quả ở trạng thái BẬT.

Trong khu vực hoạt động

Bóng bán dẫn nằm giữa trạng thái BẬT và TẮT. Bóng bán dẫn hoạt động như một bộ khuếch đại tuyến tính trong đó những thay đổi nhỏ trong dòng điện đầu vào gây ra những thay đổi lớn trong dòng điện đầu ra (ΔI C ).

Thời gian chuyển đổi

Transistor chuyển mạch có một xung làm đầu vào và một xung có ít biến thể sẽ là đầu ra. Có một số thuật ngữ mà bạn nên biết về thời gian của xung đầu ra chuyển mạch. Hãy để chúng tôi đi qua chúng.

Hãy để thời lượng xung đầu vào = T

Khi xung đầu vào được áp dụng, dòng điện thu cần một khoảng thời gian để đạt đến giá trị trạng thái ổn định, do các điện dung lạc chỗ. Hình sau giải thích khái niệm này.

Từ hình trên,

  • Time delay(td) - Thời gian mà dòng điện thu để đạt từ giá trị ban đầu đến 10% giá trị cuối cùng được gọi là Time Delay.

  • Rise time(tr) - Thời gian cần thiết để dòng điện góp đạt từ 10% giá trị ban đầu đến 90% giá trị cuối cùng được gọi là Rise Time.

  • Turn-on time (TON)- Tổng thời gian trễ (t d ) và thời gian tăng (t r ) được gọi làTurn-on time.

    T BẬT = t d + t r

  • Storage time (ts) - Khoảng thời gian giữa mép sau của xung đầu vào đến 90% giá trị lớn nhất của đầu ra, được gọi là Storage time.

  • Fall time (tf) - Thời gian cần thiết để dòng điện góp đạt từ 90% giá trị cực đại đến 10% giá trị ban đầu được gọi là Fall Time.

  • Turn-off time (TOFF)- Tổng thời gian lưu trữ (t s ) và thời gian rơi (t f ) được định nghĩa làTurn-off time.

    T TẮT = t s + t f

  • Pulse Width(W) - Khoảng thời gian của xung đầu ra được đo giữa hai mức 50% của dạng sóng tăng và giảm được xác định là Pulse Width.