BJT ως Στροφή
Ορισμός BJT ως Τελεγραφητή
Ένα BJT (δίπολο συνδεδεμένο τρανζίστορ) ορίζεται ως συσκευή που λειτουργεί ως τελεγραφητής ελέγχοντας την ροή τροφοδοσίας βάσης-εκτροχής για να αλλάξει την αντίσταση εκτροχής-συλλέκτη.
Ένας τελεγραφητής δημιουργεί μια ανοιχτή διατύπωση (άπειρη αντίσταση) όταν είναι στη θέση «OFF» και μια κλειστή διατύπωση (μηδενική αντίσταση) όταν είναι στη θέση «ON». Ομοίως, σε ένα δίπολο συνδεδεμένο τρανζίστορ, ο έλεγχος της ροής τροφοδοσίας βάσης-εκτροχής μπορεί να κάνει την αντίσταση εκτροχής-συλλέκτη σχεδόν άπειρη ή σχεδόν μηδενική.
Στα χαρακτηριστικά ενός τρανζίστορ, υπάρχουν τρεις περιοχές. Αυτές είναι:
Περιοχή Κόπης
Ενεργή Περιοχή
Περιοχή Κεντροπηγής
Στην ενεργή περιοχή, η ροή συλλέκτη (IC) παραμένει σταθερή για μεγάλο φάσμα τάσης συλλέκτη-εκτροχή (VCE). Αυτή η σταθερή ροή προκαλεί σημαντική απώλεια ενέργειας αν το τρανζίστορ λειτουργεί σε αυτή τη περιοχή. Ένας ιδανικός τελεγραφητής δεν έχει απώλεια ενέργειας όταν είναι OFF, καθώς η ροή είναι μηδενική.
Όμοια, όταν ο τελεγραφητής είναι ON, η τάση δια του τελεγραφητή είναι μηδενική, άρα δεν υπάρχει απώλεια ενέργειας. Όταν θέλουμε να λειτουργήσει ένα BJT ως τελεγραφητής, πρέπει να λειτουργεί με τέτοιο τρόπο ώστε η απώλεια ενέργειας κατά τη διάρκεια των καταστάσεων ON και OFF να είναι σχεδόν μηδενική ή πολύ μικρή.
Αυτό είναι δυνατό μόνο όταν το τρανζίστορ λειτουργεί μόνο στις περιθωριακές περιοχές των χαρακτηριστικών. Η περιοχή κόπης και η περιοχή κεντροπηγής είναι οι δύο περιθωριακές περιοχές στα χαρακτηριστικά του τρανζίστορ. Σημειώστε ότι αυτό ισχύει και για npn τρανζίστορ και pnp τρανζίστορ.
Στο σχήμα, όταν η ροή τροφοδοσίας βάσης είναι μηδενική, η ροή συλλέκτη (IC) έχει πολύ μικρή σταθερή τιμή για μεγάλο φάσμα τάσης συλλέκτη-εκτροχή (VCE). Άρα, όταν το τρανζίστορ λειτουργεί με ροή τροφοδοσίας βάσης ≤ 0, η ροή συλλέκτη (IC ≈ 0) είναι πολύ μικρή, άρα το τρανζίστορ λέγεται ότι είναι σε κατάσταση OFF, αλλά ταυτόχρονα, η απώλεια ενέργειας δια του τελεγραφητή IC × VCE είναι αμελητέα λόγω της πολύ μικρής IC.
Το τρανζίστορ είναι συνδεδεμένο σε σειρά με μια εξόδια αντίσταση RC. Άρα, η ροή δια της εξόδιας αντίστασης είναι
Αν το τρανζίστορ λειτουργεί με μια ροή τροφοδοσίας βάσης IB3 για την οποία η ροή συλλέκτη είναι IC1, η IC είναι λιγότερη από την IC1, τότε το τρανζίστορ λειτουργεί στην περιοχή κεντροπηγής. Εδώ, για κάθε ροή συλλέκτη λιγότερη από την IC1, θα υπάρχει πολύ μικρή τάση συλλέκτη-εκτροχή (VCE < VCE1). Άρα, σε αυτή την κατάσταση, η ροή δια του τρανζίστορ είναι τόσο υψηλή όσο και η ροή φορτίου, αλλά η τάση δια του τρανζίστορ (VCE < VCE1) είναι πολύ χαμηλή, άρα η απώλεια ενέργειας στο τρανζίστορ είναι αμελητέα.
Το τρανζίστορ συμπεριφέρεται ως τελεγραφητής ON. Για να χρησιμοποιήσουμε το τρανζίστορ ως τελεγραφητή, πρέπει να βεβαιωθούμε ότι η εφαρμοσμένη ροή τροφοδοσίας βάσης είναι αρκετά υψηλή για να κρατήσει το τρανζίστορ στην περιοχή κεντροπηγής, για μια ροή συλλέκτη. Άρα, από την παραπάνω εξήγηση, μπορούμε να συμπεράνουμε ότι το δίπολο συνδεδεμένο τρανζίστορ συμπεριφέρεται ως τελεγραφητής μόνο όταν λειτουργεί στις περιοχές κόπης και κεντροπηγής των χαρακτηριστικών του. Σε εφαρμογές τελεγραφητή, αποφεύγεται η ενεργή περιοχή ή η ενεργή περιοχή των χαρακτηριστικών. Όπως ήδη αναφέραμε, η απώλεια ενέργειας στον τελεγραφητή τρανζίστορ είναι πολύ χαμηλή αλλά όχι μηδενική. Άρα, δεν είναι ιδανικός τελεγραφητής αλλά αποδεκτός ως τελεγραφητής για συγκεκριμένες εφαρμογές.
Όταν επιλέγετε ένα τρανζίστορ ως τελεγραφητή, θεωρήστε την ταξινόμησή του. Κατά τη διάρκεια της κατάστασης ON, το τρανζίστορ πρέπει να αντιμετωπίσει την ολική ροή φορτίου. Αν αυτή η ροή υπερβαίνει την ασφαλή ροή συλλέκτη-εκτροχή, το τρανζίστορ μπορεί να ξεθερμανθεί και να καταστραφεί. Κατά τη διάρκεια της κατάστασης OFF, το τρανζίστορ πρέπει να αντέξει την ανοιχτή διατύπωση τάσης του φορτίου για να αποτρέψει την κατάρρευση. Μια κατάλληλη θερμοσυσκευή είναι απαραίτητη για τη διαχείριση της θερμότητας. Κάθε τρανζίστορ χρειάζεται πεπερασμένο χρόνο για να αλλάξει μεταξύ των καταστάσεων OFF και ON.
Παρόλο που ο χρόνος στροφής είναι πολύ μικρός, συχνά λιγότερο από μερικά μικρόσεκοντα, δεν είναι μηδενικός. Κατά τη διάρκεια της περιόδου στροφής ON, η ροή (IC) αυξάνεται ενώ η τάση συλλέκτη-εκτροχή (VCE) μειώνεται προς το μηδέν. Υπάρχει ένα σημείο όπου και η ροή και η τάση είναι στο μέγιστο, προκαλώντας μέγιστη απώλεια ενέργειας. Αυτό συμβαίνει επίσης κατά τη στροφή από ON σε OFF. Η μέγιστη απώλεια ενέργειας συμβαίνει κατά τις μεταβολές, αλλά η ενέργεια που διασπαταλείται είναι μέτρια λόγω της μικρής διάρκειας μετάβασης. Σε χαμηλές συχνότητες, η θερμοπαραγωγή είναι διαχειρίσιμη, αλλά σε υψηλές συχνότητες, σημαντική απώλεια ενέργειας και θερμότητα συμβαίνουν.
Πρέπει να σημειωθεί ότι, η θερμοπαραγωγή συμβαίνει όχι μόνο κατά τη διάρκεια των μεταβατικών καταστάσεων, αλλά και κατά τη διάρκεια των σταθερών καταστάσεων ON ή OFF του τρανζίστορ, αλλά η ποσότητα θερμότητας κατά τη διάρκεια των σταθερών καταστάσεων είναι πολύ μικρή και αμελητέα.
