BJT как превключувач

Дефиниција на BJT како превклучувач

BJT (биполарен јункцијски транзистор) е дефиниран како уред кој функционира како превклучувач со контролирање на струјата на база-извод за да се промени отпорот на извод-колектор.

Превклучувач создава отворена колона (бесконечен отпор) кога е во позиција „ИСКЛУЧЕНО“ и кратка колона (нула отпор) кога е во позиција „ВКЛУЧЕНО“. Слично, во биполарниот јункцијски транзистор, контролата на струјата на база-извод може да направи отпорот на извод-колектор приближно бесконечен или приближно нула.

Во карактеристиките на транзисторот, постојат три области. Тоа се:

• Област на прекинување

• Активна област

• Област на наситување

Во активната област, колекторската струја (IC) останува константна над широк опсег на напон на колектор-извод (VCE). Оваа константна струја предизвикува значајна губиток на моќ ако транзисторот работи во оваа област. Идеалниот превклучувач нема губиток на моќ кога е исклучен, бидејќи струјата е нула.

Слично, кога превклучувачот е вкључен, напонот преку превклучувачот е нула, затоа повторно нема губиток на моќ. Кога сакаме да се оперира BJT како превклучувач, тој мора да се оперира така што губитокот на моќ во состојба ВКЛУЧЕНО и ИСКЛУЧЕНО треба да биде приближно нула, или многу мал.

Ова е можно само кога транзисторот се оперира само во маргиналната област на карактеристиките. Областите на прекинување и наситување се две маргинални области во карактеристиките на транзисторот. Забележете дека ова важи за npn транзистори и pnp транзистори.

На сликата, кога струјата на база е нула, колекторската струја (IC) има многу мала константна вредност за широк опсег на напон на колектор-извод (VCE). Така, кога транзисторот се оперира со струја на база ≤ 0, колекторската струја (IC ≈ 0) е многу мала, затоа транзисторот се вели дека е во состојба ИСКЛУЧЕНО, но истовремено, губитокот на моќ преку транзисторскиот превклучувач, односно IC × VCE, е пренебреглив поради многу малата IC.

Транзисторот е поврзан во серија со излезен отпор RC. Значи, струјата преку излезниот отпор е

Ако транзисторот се оперира со базна струја I B3 за која колекторската струја е IC1. IC е помала од IC1, тогаш транзисторот се оперира во областа на наситување. Овде, за секоја колекторска струја помала од IC1, ќе има многу мала напон на колектор-извод (VCE < VCE1). Значи, во оваа ситуација, струјата преку транзисторот е колку што и струјата на оптоварување, но напонот преку транзисторот (VCE < VCE1) е многу мал, затоа губитокот на моќ во транзисторот е пренебреглив.

Транзисторот се однесува како превклучувач во состојба ВКЛУЧЕНО. Значи, за користење на транзисторот како превклучувач, треба да се осигуриме дека применетата базна струја мора да биде доволно голема за да се задржи транзисторот во областа на наситување, за дадена колекторска струја. Од горенаведеното објаснување, можеме да заклучиме дека биполарниот јункцијски транзистор се однесува како превклучувач само кога се оперира во областите на прекинување и наситување на своите карактеристики. Во примените за превклучување, се избегнува активната област или активната област на карактеристиките. Како што веќе споменавме, губитокот на моќ во транзисторскиот превклучувач е многу мал, но не е нула. Значи, тој не е идеален превклучувач, но се прифаќа како превклучувач за специфични применби.

Кога се бира транзистор како превклучувач, треба да се размислува за неговата класификација. Токму во состојба ВКЛУЧЕНО, транзисторот мора да обработи целата струја на оптоварување. Ако оваа струја надмине сигурната капацитет на колектор-извод, транзисторот може да се загреје и да се уништи. Во состојба ИСКЛУЧЕНО, транзисторот мора да издрази отворениот напон на оптоварувањето за да се спречи распаѓање. Пододелен охладувач е есенцијален за управување со топлината. Секој транзистор потребира коначно време за превклучување меѓу состојбите ИСКЛУЧЕНО и ВКЛУЧЕНО.

Иако временското период на превклучување е многу краток, често под неколку микросекунди, тој не е нула. Во периодот на превклучување ВКЛУЧЕНО, струјата (IC) се зголемува додека напонот на колектор-извод (VCE) се намалува кон нула. Постои момент кога и струјата и напонот се на свој максимум, што предизвикува максимален губиток на моќ. Ова се случува и кога се превклучува од ВКЛУЧЕНО на ИСКЛУЧЕНО. Максималниот губиток на моќ се случува во овие преминувања, но енергијата што се дисипира е умерена поради краткиот временски период. На ниски фреквенции, генерацијата на топлина е управлива, но на високи фреквенции, се случува значителен губиток на моќ и топлина.

Забелешка, генерирањето на топлина не се случува само во преходни услови, туку и во стабилни состојби ВКЛУЧЕНО или ИСКЛУЧЕНО, но количеството на топлина во стабилни состојби е многу мало и пренебрегливо.