BJT като ключ

BJT като ключ. Дефиниция

BJT (биполярен юнкционален транзистор) е дефиниран като устройство, което действа като ключ, контролирайки тока на база-източник, за да се промени съпротивлението на източник-колектор.

Ключът създава разтворена верига (безкрайно съпротивление), когато е в позиция "ИЗКЛ." и кратка верига (нулево съпротивление), когато е в позиция "ВКЛ.". Подобно, в биполярния юнкционален транзистор, контролирайки тока на база-източник, можем да направим съпротивлението на източник-колектор почти безкрайно или почти нулево.

В характеристика на транзистора има три области. Те са:

• Област на отключване

• Активна област

• Област на насищане

В активната област, колекторният ток (IC) остава постоянен в широк диапазон на напрежението между колектор-източник (VCE). Този постоянен ток причинява значителна загуба на мощност, ако транзисторът работи в тази област. Идеалният ключ няма загуба на мощност, когато е изключен, тъй като токът е нула.

Подобно, когато ключът е включен, напрежението през ключа е нула, затова отново няма загуба на мощност. Когато искаме BJT да работи като ключ, трябва да се управлява по такъв начин, че загубата на мощност при включен и изключен режим да е почти нула, или много малка.

Това е възможно само, когато транзисторът работи само в периферните области на характеристиките. Областта на отключване и областта на насищане са две периферни области в характеристиките на транзистора. Забележете, че това важи както за npn, така и за pnp транзистори.

На фигурата, когато токът на базата е нула, колекторният ток (IC) има много малка постоянна стойност в широк диапазон на напрежението между колектор-източник (VCE). Така, когато транзисторът работи с ток на базата ≤ 0, колекторният ток (IC ≈ 0) е много малък, затова транзисторът се счита за изключен, но в същото време, загубата на мощност през ключа на транзистора, т.е. IC × VCE, е пренебрежима поради много малкия IC.

Транзисторът е свързан последователно с изходна съпротивителност RC. Следователно, токът през изходната съпротивителност е

Ако транзисторът работи с ток на базата I B3, за който колекторният ток е IC1. IC е по-малък от IC1, тогава транзисторът работи в областта на насищане. В този случай, за всеки колекторен ток, по-малък от IC1, ще има много малко напрежение между колектор-източник (VCE < VCE1). Следователно в тази ситуация, токът през транзистора е толкова голям, колкото и токът през нагрузката, но напрежението през транзистора (VCE < VCE1) е много малко, затова загубата на мощност в транзистора е пренебрежима.

Транзисторът се държи като включен ключ. Така, за да използваме транзистора като ключ, трябва да сме сигурни, че приложеният ток на базата е достатъчно голям, за да задържа транзистора в областта на насищане, за даден колекторен ток. От горния обяснителен текст можем да заключим, че биполярният юнкционален транзистор се държи като ключ само, когато работи в областта на отключване и на насищане на характеристиките си. В приложенията за комутиране, активната област или активната област на характеристиките се избягва. Както вече споменахме, загубата на мощност в ключа на транзистора е много малка, но не нула. Следователно, той не е идеален ключ, но се приема като ключ за специфични приложения.

При избора на транзистор като ключ, вземете предвид неговата класификация. По време на включен режим, транзисторът трябва да обработва целия ток на нагрузката. Ако този ток надвиши безопасната капацитет на колектор-източник, транзисторът може да се нагреje и да бъде повреден. По време на изключен режим, транзисторът трябва да издържи отвореното напрежение на нагрузката, за да предотврати пробой. Подходящ радиатор е необходим за управление на топлината. Всеки транзистор изисква крайно време, за да премине между изключен и включен режим.

Макар че времето за комутиране е много кратко, често под няколко микросекунди, то не е нула. По време на включването, токът (IC) се увеличава, докато напрежението между колектор-източник (VCE) намалява към нула. Има момент, когато и токът, и напрежението са на максимум, причинявайки максимална загуба на мощност. Това също се случва, когато се комутира от включен към изключен режим. Максималната загуба на мощност се случва по време на тези преходи, но енергията, разпределена, е умерена поради краткото преходно време. При ниски честоти, генерирането на топлина е управляемо, но при високи честоти, значителна загуба на мощност и топлина се случват.

Трябва да се отбележи, че генерирането на топлина не се случва само по време на преходни условия, но и по време на стабилен включен или изключен режим на транзистора, но количеството на топлината по време на стабилен режим е много малко и пренебрежимо.