BJT:n käyttö kytkentänä

BJT:n toiminta kytkimenä

BJT (bipolaariyhtymätransistori) on laite, joka toimii kytkimenä ohjaamalla perus-emittoriviivetta muuttaakseen emittori-kerroksen vastusta.

Kytkin luoo avoimen piirin (äärettömän vastuksen), kun se on 'POIS' -asennossa, ja suljetun piirin (nollan vastuksen), kun se on 'PAÄLLÄ' -asennossa. Samoin bipolaariyhtymätransistorissa perus-emittoriviivan ohjaaminen voi tehdä emittori-kerroksen vastuksen lähes äärettömäksi tai lähes nollaksi.

Transistorin ominaisuudessa on kolme aluetta. Ne ovat

• Katkaisualue

• Aktiivialue

• Saturaatiokuva-alue

Aktiivialueella kerroksen virta (IC) pysyy vakiona laajassa kerroksen-emittorin jännitteen (VCE) vaihteluvälissä. Tämä vakiovirta aiheuttaa huomattavan voimavarhaisuuden, jos transistori toimii tällä alueella. Ideaalinen kytkin ei aiheuta voimavarhaisuutta, kun se on POIS, koska virta on nolla.

Samoin, kun kytkin on PAÄLLÄ, jännite kytkimen yli on nolla, joten voimavarhaisuutta ei ole taas. Kun haluamme, että BJT toimii kytkimenä, sen täytyy toimia niin, että voimavarhaisuus PAÄLLÄ- ja POIS-asemissa on lähes nolla tai hyvin pieni.

Se on mahdollista vain, kun transistori toimii vain karakteristikan reunavaiheissa. Katkaisualue ja saturaatiokuva-alue ovat kaksi reunavaihetta transistorin karakteristikassa. Huomaa, että tämä pätee sekä npn- että pnp-transistoreihin.

Kuviossa, kun perusvirta on nolla, kerroksen virta (IC) on hyvin pieni vakioarvo laajassa kerroksen-emittorin jännitteen (VCE) vaihteluvälissä. Joten, kun transistori toimii perusvirralla ≤ 0, kerroksen virta (IC ≈ 0) on hyvin pieni, joten transistoria sanotaan olevan POIS-asennossa, mutta samalla voimavarhaisuus transistorin kytkimen yli eli IC × VCE on merkityksetön, koska IC on hyvin pieni.

Transistori on yhdistetty sarjaseksi ulostuloresistanssin RC kanssa. Siksi virta ulostuloresistanssin kautta on

Jos transistori toimii perusvirralla I B3, jolle kerroksen virta on IC1, IC on pienempi kuin IC1, silloin transistori toimii saturaatiokuva-alueella. Tässä tilanteessa, mikä tahansa kerroksen virta, joka on pienempi kuin IC1, johtaa hyvin pienelle emittori-kerroksen jännitteelle (VCE < VCE1). Siksi tässä tilanteessa virta transistorin kautta on yhtä suuri kuin kuormavirta, mutta jännite transistorin yli (VCE < VCE1) on hyvin pieni, joten voimavarhaisuus transistorissa on merkityksetön.

Transistori käyttäytyy kuin PAÄLLÄ-kytkin. Jotta transistori voidaan käyttää kytkimenä, meidän täytyy varmistaa, että sovellettava perusvirta on riittävän suuri pitääkseen transistorin saturaatiokuva-alueella kerroksen virran osalta. Niinpä, edellisen selityksen perusteella, voimme päätellä, että bipolaariyhtymätransistori käyttäytyy kytkimenä vain, kun se toimii katkaisualueella ja saturaatiokuva-alueella. Kytkentäsovelluksissa aktiivialue tai aktiivialue vältetään. Kuten jo mainittiin, voimavarhaisuus transistorikytkimessä on hyvin pieni, mutta ei nolla. Siksi se ei ole ideaalinen kytkin, mutta se hyväksytään kytkimenä tietyille sovelluksille.

Valittaessa transistoria kytkimenä huomioidaan sen arvot. PAÄLLÄ-tilassa transistorin täytyy käsitellä koko kuormavirta. Jos tämä virta ylittää turvallisen kerroksen-emittorinvirran kapasiteetin, transistori voi ylikuumeta ja tuhoutua. POIS-tilassa transistorin täytyy kestää kuorman avoimen piirin jännitettä, estääkseen rikkoutumisen. Soveltuva lämpökuivaaja on välttämätön lämmön hallinnassa. Jokainen transistori vie rajallisen ajan siirtyäkseen POIS- ja PAÄLLÄ-tiloihin.

Vaikka kytkemisaika on hyvin lyhyt, usein alle muutaman mikrosekunnin, se ei ole nolla. PAÄLLÄ-kytkemisajan aikana virta (IC) kasvaa, kun taas kerroksen-emittorin jännite (VCE) lasketaan kohti nollaa. On hetki, jolloin molemmat virta ja jännite ovat maksimiinsa, aiheuttaen huippuvoimavarhaisuuden. Tämä tapahtuu myös siirtymässä PAÄLLÄ-tilasta POIS-tilaan. Maksimi voimavarhaisuus tapahtuu näissä siirtymissä, mutta energian häviö on kohtuullinen lyhyen siirtymäajan vuoksi. Matalilla taajuuksilla lämpöntuotanto on hallittavissa, mutta korkeilla taajuuksilla voimavarhaisuus ja lämpö ovat merkittäviä.

On huomattava, että lämpöntuotanto tapahtuu paitsi tilapäisessä myös vakiossa PAÄLLÄ- tai POIS-tilassa, mutta lämpöntuoton määrä vakiotilassa on hyvin pieni ja merkityksetön.