BJT के रूप में स्विच

BJT के रूप में स्विच की परिभाषा

एक BJT (द्विध्रुवीय जंक्शन ट्रांजिस्टर) एक उपकरण के रूप में परिभाषित होता है जो बेस-इमिटर धारा को नियंत्रित करके इमिटर-कलेक्टर प्रतिरोध को बदलकर स्विच का काम करता है।

एक स्विच 'OFF' स्थिति में खुला परिपथ (अनंत प्रतिरोध) और 'ON' स्थिति में छोटा परिपथ (शून्य प्रतिरोध) बनाता है। इसी तरह, द्विध्रुवीय जंक्शन ट्रांजिस्टर में, बेस-इमिटर धारा को नियंत्रित करके इमिटर-कलेक्टर प्रतिरोध को लगभग अनंत या लगभग शून्य बनाया जा सकता है।

एक ट्रांजिस्टर के विशेषताओं में तीन क्षेत्र होते हैं। वे हैं

• कटऑफ़ क्षेत्र

• सक्रिय क्षेत्र

• संतृप्ति क्षेत्र

सक्रिय क्षेत्र में, कलेक्टर धारा (IC) एक विस्तृत कलेक्टर-इमिटर वोल्टेज (VCE) की श्रृंखला में निरंतर रहती है। यह निरंतर धारा ट्रांजिस्टर इस क्षेत्र में संचालित होने पर महत्वपूर्ण ऊर्जा नुकसान का कारण बनती है। आदर्श स्विच का OFF स्थिति में कोई ऊर्जा नुकसान नहीं होता, क्योंकि धारा शून्य होती है।

इसी तरह, जब स्विच ON होता है, तो स्विच पर वोल्टेज शून्य होता है, इसलिए फिर से कोई ऊर्जा नुकसान नहीं होता। जब हम चाहते हैं कि BJT को स्विच के रूप में संचालित किया जाए, तो इसे ऐसे संचालित किया जाना चाहिए कि ON और OFF स्थिति के दौरान ऊर्जा नुकसान लगभग शून्य या बहुत कम हो।

यह केवल तभी संभव है जब ट्रांजिस्टर विशेषताओं के सीमांत क्षेत्र में संचालित किया जाता है। कटऑफ़ क्षेत्र और संतृप्ति क्षेत्र ट्रांजिस्टर विशेषताओं के दो सीमांत क्षेत्र हैं। ध्यान दें कि यह npn ट्रांजिस्टरों और pnp ट्रांजिस्टरों दोनों पर लागू होता है।

आकृति में, जब बेस धारा शून्य होती है, तो कलेक्टर धारा (IC) एक विस्तृत कलेक्टर-इमिटर वोल्टेज (VCE) की श्रृंखला में बहुत छोटी निरंतर मान होती है। इसलिए जब ट्रांजिस्टर बेस धारा ≤ 0 के साथ संचालित किया जाता है, तो कलेक्टर धारा (IC ≈ 0) बहुत छोटी होती है, इसलिए ट्रांजिस्टर OFF स्थिति में कहा जाता है, लेकिन उसी समय, ट्रांजिस्टर स्विच पर ऊर्जा नुकसान अर्थात् IC × VCE बहुत छोटी IC के कारण नगण्य होता है।

ट्रांजिस्टर एक आउटपुट प्रतिरोध RC के श्रेणीक्रम में जुड़ा होता है। इसलिए, आउटपुट प्रतिरोध के माध्यम से धारा होती है

यदि ट्रांजिस्टर I B3 के बेस धारा के साथ संचालित किया जाता है, जिसके लिए कलेक्टर धारा IC1 है। IC, IC1 से कम है, तो ट्रांजिस्टर संतृप्ति क्षेत्र में संचालित होता है। यहाँ, किसी भी कलेक्टर धारा के लिए, जो IC1 से कम है, बहुत छोटा कलेक्टर-इमिटर वोल्टेज (VCE < VCE1) होता है। इसलिए इस स्थिति में, ट्रांजिस्टर में धारा लोड धारा के बराबर उच्च होती है, लेकिन ट्रांजिस्टर पर वोल्टेज (VCE < VCE1) बहुत कम होता है, इसलिए ट्रांजिस्टर में ऊर्जा नुकसान नगण्य होता है।

ट्रांजिस्टर एक ON स्विच की तरह व्यवहार करता है। इसलिए, ट्रांजिस्टर को स्विच के रूप में उपयोग करने के लिए हमें सुनिश्चित करना चाहिए कि लागू की गई बेस धारा इतनी उच्च हो कि ट्रांजिस्टर को संतृप्ति क्षेत्र में रखा जा सके, कलेक्टर धारा के लिए। इसलिए, ऊपर दी गई व्याख्या से, हम निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि द्विध्रुवीय जंक्शन ट्रांजिस्टर केवल तभी स्विच की तरह व्यवहार करता है जब इसे अपनी विशेषताओं के कटऑफ़ और संतृप्ति क्षेत्र में संचालित किया जाता है। स्विचिंग अनुप्रयोग में, सक्रिय क्षेत्र या विशेषताओं का सक्रिय क्षेत्र बचा लिया जाता है। जैसा कि हम पहले से ही बता चुके हैं, ट्रांजिस्टर स्विच में ऊर्जा नुकसान बहुत कम है लेकिन शून्य नहीं। इसलिए, यह एक आदर्श स्विच नहीं है, लेकिन विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए स्विच के रूप में स्वीकार किया जाता है।

ट्रांजिस्टर को स्विच के रूप में चुनते समय, इसकी रेटिंग पर विचार करें। ON स्थिति के दौरान, ट्रांजिस्टर को पूरी लोड धारा का सामना करना चाहिए। यदि यह धारा सुरक्षित कलेक्टर-इमिटर धारा क्षमता से अधिक है, तो ट्रांजिस्टर गर्म हो सकता है और नष्ट हो सकता है। OFF स्थिति के दौरान, ट्रांजिस्टर को लोड के खुले परिपथ वोल्टेज को सहन करना चाहिए ताकि विघटन से बचा जा सके। गर्मी के प्रबंधन के लिए एक उपयुक्त हीट सिंक आवश्यक है। प्रत्येक ट्रांजिस्टर को OFF और ON स्थिति के बीच स्विच करने के लिए एक सीमित समय लगता है।

हालांकि स्विचिंग समय बहुत छोटा होता है, अक्सर कुछ माइक्रोसेकंड से कम, लेकिन यह शून्य नहीं है। ON स्विच अवधि के दौरान, धारा (IC) बढ़ती है जबकि कलेक्टर-इमिटर वोल्टेज (VCE) शून्य की ओर घटती है। एक क्षण होता है जब दोनों धारा और वोल्टेज अपने अधिकतम मान पर होते हैं, जिससे शिखर ऊर्जा नुकसान होता है। यह जब ON से OFF तक स्विचिंग की जाती है, तो भी होता है। अधिकतम ऊर्जा नुकसान इन अंतरालों के दौरान होता है, लेकिन क्षीण अंतराल के कारण खोई गई ऊर्जा मध्यम होती है। कम आवृत्तियों पर, गर्मी उत्पादन प्रबंधन योग्य होता है, लेकिन उच्च आवृत्तियों पर, महत्वपूर्ण ऊर्जा नुकसान और गर्मी होती है।

यह ध्यान में रखना चाहिए कि, गर्मी उत्पादन केवल परिवर्ती स्थिति के दौरान ही नहीं होता, बल्कि ट्रांजिस्टर की निरंतर ON या OFF स्थिति के दौरान भी होता है, लेकिन निरंतर स्थिति के दौरान गर्मी की मात्रा बहुत कम और नगण्य होती है।