טרנזיסטור כמפסק

הגדרת טרנזיסטור כמתג

טרנזיסטור דו-קוטבי (BJT) מוגדר כמכשיר שפועל כמתג על ידי בקרת הזרם בין הבסיס למפלס כדי לשנות את התנגדות המפלס-קולקטור.

מתג יוצר מעגל פתוח (התנגדות אינסופית) כאשר הוא במצב 'כיבוי' ומעגל קצר (התנגדות אפסית) כאשר הוא במצב 'הדלקה'. באופן דומה, בטרנזיסטור דו-קוטבי, בקרה על הזרם בין הבסיס למפלס יכולה לגרום להתנגדות בין המפלס לקולקטור להיות כמעט אינסופית או כמעט אפסית.

במאפייני הטרנזיסטור, קיימות שלוש תחומים. הם:

• תחום חיתוך

• תחום פעיל

• תחום רוויה

בתוך תחום הפעילות, הזרם בקולקטור (IC) נשאר קבוע על פני טווח רחב של מתח בין הקולקטור למפלס (VCE). זרם קבוע זה גורם לאובדן אנרגיה משמעותי אם הטרנזיסטור פועל באזור זה. מתג אידיאלי לא מאבד אנרגיה כשהוא מכובה, מכיוון שהזרם הוא אפס.

באופן דומה, כשהמתג בהדלקה, המתח על המתג הוא אפס ולכן אין אובדן אנרגיה שוב. כשאנו רוצים שה-BJT יפעל כמתג, עליו לפעול כך שאובדן האנרגיה במהלך ההדלקה והכיבוי יהיה כמעט אפס, או מאוד נמוך.

זה אפשרי רק כשהטרנזיסטור פועל רק בשוליים של המאפיינים. תחום החיתוך ותחום הרוויה הם שני השוליים במפייני הטרנזיסטור. יש לציין שזה מתייחס גם לטרנזיסטורים npn וגם ל-pnp.

בסרטוט, כשהזרם בבסיס הוא אפס, הזרם בקולקטור (IC) הוא ערך קבוע מאוד קטן עבור טווח רחב של מתח בין הקולקטור למפלס (VCE). אז כשהטרנזיסטור פועל עם זרם בסיס ≤ 0, הזרם בקולקטור (IC ≈ 0) הוא מאוד קטן, לכן הטרנזיסטור נמצא במצב כיבוי, אך באותו זמן, אובדן האנרגיה בטרנזיסטור המתג, כלומר IC × VCE, הוא זניח עקב הזרם הקטן מאוד.

הטרנזיסטור מחובר בסידור סדרתי עם התנגדות יציאה RC. לכן, הזרם דרך ההתנגדות היציאה הוא

אם הטרנזיסטור פועל עם זרם בסיס IB3 עבורו הזרם בקולקטור הוא IC1. IC הוא פחות מ-IC1, אז הטרנזיסטור פועל בטווח הרוויה. כאן, לכל זרם קולקטור קטן מ-IC1, יהיה מתח קולקטור-מפלס (VCE < VCE1) מאוד קטן. לכן, במצב זה, הזרם דרך הטרנזיסטור גבוה כמו זרם העומס, אבל המתח על הטרנזיסטור (VCE < VCE1) מאוד נמוך, לכן אובדן האנרגיה בטרנזיסטור זניח.

הטרנזיסטור מתנהג כמתג בהדלקה. אז לשימוש בטרנזיסטור כמתג יש להבטיח שהזרם בבסיס יהיה מספיק גבוה כדי לשמור על הטרנזיסטור בטווח הרוויה, עבור זרם קולקטור. אז, מהסבר לעיל, ניתן להסיק שטרנזיסטור דו-קוטבי מתנהג כמתג רק כשהוא פועל בטווח החיתוך והרוויה של המאפיינים. באפליקציות מתגים, תחום הפעילות או תחום פעילות המאפיינים מימן.

כאשר בוחרים טרנזיסטור כמתג, יש לשקול את המפרט שלו. במהלך מצב ההדלקה, על הטרנזיסטור להתמודד עם כל הזרם של העומס. אם הזרם עולה על יכולת הזרם הביטחונית בין הקולקטור למפלס, הטרנזיסטור עשוי להתנדנד ולהיהרס. במהלך מצב הכיבוי, על הטרנזיסטור לעמוד במתח המעגל הפתוח של העומס למנוע את השבר. מדחס חום מתאים חיוני לניהול החום. לכל טרנזיסטור לוקח זמן סופי להחלף בין מצב הכיבוי למצב ההדלקה.

למרות שהזמן של החלפה הוא קצר מאוד, לעיתים פחות משנייה חלקית, הוא אינו אפס. במהלך תקופת ההדלקה, הזרם (IC) גדל בעוד המתח בין הקולקטור למפלס (VCE) יורד לאפס. יש רגע שבו שניהם, הזרם והמתח, הם מקסימליים, מה שגורם לאובדן אנרגיה מקסימלי. זה קורה גם כשהוא עובר ממצב הדלקה למצב כיבוי. אובדן האנרגיה המקסימלי קורה במהלך המעברים הללו, אבל האנרגיה המפוזרת היא בינונית בשל התקופה הקצרה של המעבר. בתדרים נמוכים, ייצור החום הוא ניתנת לניהול, אבל בתדרים גבוהים, אובדן אנרגיה וחום ניכרים.

חשוב לציין כי ייצור החום לא קורה רק בתנאים ארעיים, אלא גם במצבים יציבים של הדלקה או כיבוי של הטרנזיסטור, אך כמות החום במצבים יציבים היא קטנה וזניחה.