BJT kao prekidač

Definicija BJT-a kao prekidača

BJT (bipolarni spojni tranzistor) definiran je kao uređaj koji djeluje kao prekidač kontrolirajući struju između baze i emitera kako bi promijenio otpornost između emitera i kolektora.

Prekidač stvara otvorenu vezu (beskonačna otpornost) kada je u položaju 'ISKLJUČENO' i zatvorenu vezu (nultna otpornost) kada je u položaju 'UKLJUČENO'. Slično tome, u bipolarnom spojnom tranzistoru, kontrola struje između baze i emitera može činiti otpornost između emitera i kolektora gotovo beskonačnom ili gotovo nultom.

U karakteristikama tranzistora postoje tri regije. One su

• Regija isključenja

• Aktivna regija

• Regija zasićenja

U aktivnoj regiji, struja kolektora (IC) ostaje konstantna u širokom rasponu napona između kolektora i emitera (VCE). Ova konstantna struja uzrokuje značajan gubitak snage ako tranzistor radi u ovoj regiji. Idealni prekidač nema gubitak snage kada je ISKLJUČEN, jer je tada struja nula.

Slično tome, kada je prekidač UKLJUČEN, napon preko prekidača je nula, stoga opet nema gubitka snage. Kada želimo da BJT radi kao prekidač, mora se upravljati na način da gubitak snage tokom stanja UKLJUČENO i ISKLJUČENO bude gotovo nula ili vrlo nizak.

To je moguće samo kada se tranzistor upravlja tako da radi u marginalnim regijama karakteristika. Regija isključenja i regija zasićenja su dvije marginalne regije u karakteristikama tranzistora. Napomena: ovo se odnosi na oba npn i pnp tranzistora.

Na slici, kada je struja baze nula, struja kolektora (IC) ima vrlo malu konstantnu vrijednost za širok raspon napona između kolektora i emitera (VCE). Stoga, kada se tranzistor upravlja s strujom baze ≤ 0, struja kolektora (IC ≈ 0) je vrlo mala, stoga tranzistor se smatra u stanju ISKLJUČENO, ali istodobno, gubitak snage preko tranzistora, tj. IC × VCE, je zanemariv zbog vrlo male struje IC.

Tranzistor je spojen serijalno s izlaznim otporom RC. Stoga, struja kroz izlazni otpor je

Ako se tranzistor upravlja sa strujom baze IB3 za koju je struja kolektora IC1, a IC je manja od IC1, tada se tranzistor upravlja u regiji zasićenja. Ovdje, za svaku struju kolektora manju od IC1, bit će vrlo mali napon između kolektora i emitera (VCE < VCE1). Stoga, u ovom stanju, struja kroz tranzistor je toliko velika koliko i struja opterećenja, ali napon preko tranzistora (VCE < VCE1) vrlo nizak, stoga gubitak snage u tranzistoru je zanemariv.

Tranzistor se ponaša kao UKLJUČENI prekidač. Dakle, za korištenje tranzistora kao prekidača, treba osigurati da je primijenjena struja baze dovoljno visoka da održi tranzistor u regiji zasićenja, za struju kolektora. Stoga, iz gornjeg objašnjenja možemo zaključiti da se bipolarni spojni tranzistor ponaša kao prekidač samo kada se upravlja u regiji isključenja i zasićenja svojih karakteristika. U aplikacijama prekidanja, izbjegava se aktivna regija ili aktivna regija karakteristika. Kao što smo već rekli, gubitak snage u tranzistoru prekidaču je vrlo nizak, ali nije nula. Stoga, to nije idealni prekidač, ali prihvaća se kao prekidač za specifične primjene.

Kada birate tranzistor kao prekidač, razmotrite njegovu ocjenu. Tijekom stanja UKLJUČENO, tranzistor mora nositi cijelu struju opterećenja. Ako ova struja premaši sigurnu kapacitet struje između kolektora i emitera, tranzistor se može pretopiti i uništiti. Tijekom stanja ISKLJUČENO, tranzistor mora podnijeti otvoreni napon opterećenja kako bi se spriječilo propadanje. Pogodna hladnjak je neophodna za upravljanje toplinom. Svaki tranzistor potrebno vrijeme za prebacivanje između stanja ISKLJUČENO i UKLJUČENO.

Iako je vrijeme prebacivanja vrlo kratak, često manje od nekoliko mikrosekundi, to nije nula. Tijekom perioda UKLJUČIVANJA, struja (IC) raste dok napon između kolektora i emitera (VCE) pada prema nuli. Postoji trenutak kada su i struja i napon na svojoj maksimalnoj vrijednosti, uzrokujući maksimalni gubitak snage. To se također događa prilikom prebacivanja sa UKLJUČENO na ISKLJUČENO. Maksimalni gubitak snage događa se tijekom ovih prijelaza, ali energija koja se disipa je umjerena zbog kratkog vremena prijelaza. Na niskim frekvencijama, generiranje topline je upravljivo, ali na visokim frekvencijama, značajan gubitak snage i topline nastupa.

Treba napomenuti da se generiranje topline događa ne samo tijekom prelaznih stanja, već i tijekom stabilnih stanja UKLJUČENO ili ISKLJUČENO tranzistora, ali količina topline tijekom stabilnih stanja je vrlo mala i zanemariva.