BJT को स्विचको रूपमा प्रयोग

BJT को स्विच रूप में परिभाषा

एक BJT (बिपोलर जंक्शन ट्रान्झिस्टर) एक उपकरण के रूप में परिभाषित होता है जो बेस-इमिटर धारा को नियंत्रित करके इमिटर-कलेक्टर प्रतिरोध को बदलकर स्विच की तरह कार्य करता है।

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

ट्रान्झिस्टर के विशेषताओं में तीन क्षेत्र होते हैं। वे हैं

• कटऑफ़ क्षेत्र

• सक्रिय क्षेत्र

• संतृप्ति क्षेत्र

सक्रिय क्षेत्र में, कलेक्टर धारा (IC) एक विस्तृत श्रेणी के कलेक्टर-इमिटर वोल्टेज (VCE) के लिए स्थिर रहती है। यह स्थिर धारा ट्रान्झिस्टर को इस क्षेत्र में कार्य करने पर महत्वपूर्ण ऊर्जा नुकसान का कारण बनती है। आदर्श स्विच बंद होने पर शून्य धारा के कारण शक्ति नुकसान नहीं होता।

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

यह केवल तब संभव है जब ट्रान्झिस्टर को विशेषताओं के सीमांत क्षेत्र में संचालित किया जाता है। कटऑफ़ क्षेत्र और संतृप्ति क्षेत्र ट्रान्झिस्टर की विशेषताओं के दो सीमांत क्षेत्र हैं। ध्यान दें कि यह दोनों npn ट्रान्झिस्टर और pnp ट्रान्झिस्टर के लिए लागू होता है।

आंकड़े में, जब बेस धारा शून्य होती है, तो कलेक्टर धारा (IC) एक विस्तृत श्रेणी के कलेक्टर-इमिटर वोल्टेज (VCE) के लिए बहुत छोटी स्थिर मान रखती है। इसलिए, जब ट्रान्झिस्टर को बेस धारा ≤ 0 के साथ संचालित किया जाता है, तो कलेक्टर धारा (IC ≈ 0) बहुत छोटी होती है, इसलिए ट्रान्झिस्टर को बंद स्थिति में कहा जाता है, लेकिन उसी समय, ट्रान्झिस्टर स्विच पर शक्ति नुकसान अर्थात IC × VCE बहुत छोटी IC के कारण नगण्य होता है।

ट्रान्झिस्टर एक आउटपुट प्रतिरोध RC के साथ श्रृंखला में जुड़ा होता है। इसलिए, आउटपुट प्रतिरोध के माध्यम से धारा होती है

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

ट्रान्झिस्टर चालू स्विच की तरह व्यवहार करता है। इसलिए, ट्रान्झिस्टर को स्विच के रूप में उपयोग करने के लिए, हमें यह सुनिश्चित करना चाहिए कि लगाई गई बेस धारा कलेक्टर धारा के लिए ट्रान्झिस्टर को संतृप्ति क्षेत्र में रखने के लिए पर्याप्त उच्च होनी चाहिए। इसलिए, ऊपर दिए गए विवरण से, हम निष्कर्ष निकाल सकते हैं कि बिपोलर जंक्शन ट्रान्झिस्टर केवल तभी स्विच की तरह व्यवहार करता है जब इसे इसकी 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, ट्रान्झिस्टर स्विच में शक्ति नुकसान बहुत कम लेकिन शून्य नहीं होता। इसलिए, यह एक आदर्श स्विच नहीं है, लेकिन विशिष्ट अनुप्रयोगों के लिए स्विच के रूप में स्वीकार किया जाता है।

जब ट्रान्झिस्टर को स्विच के रूप में चुना जाता है, तो इसकी रेटिंग को ध्यान में रखें। चालू स्थिति के दौरान, ट्रान्झिस्टर को पूरी लोड धारा का सामना करना चाहिए। यदि यह धारा सुरक्षित कलेक्टर-इमिटर धारा क्षमता से अधिक हो, तो ट्रान्झिस्टर गर्म होकर नष्ट हो सकता है। बंद स्थिति के दौरान, ट्रान्झिस्टर को लोड के खुले सर्किट वोल्टेज को संभालना चाहिए ताकि विघटन से बचा जा सके। गर्मी को प्रबंधित करने के लिए एक उपयुक्त हीट सिंक आवश्यक है। प्रत्येक ट्रान्झिस्टर को बंद से चालू स्थिति में 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 होता। चालू स्विच अवधि के दौरान, धारा (IC) बढ़ती है जबकि कलेक्टर-इमिटर वोल्टेज (VCE) शून्य की ओर घटती है। एक क्षण होता है जब धारा और वोल्टेज दोनों अपने अधिकतम मान पर होते हैं, जिससे शीर्ष शक्ति नुकसान होता है। यह चालू से बंद स्विचिंग के दौरान भी होता है। अधिकतम शक्ति नुकसान इन परिवर्तनों के दौरान होता है, लेकिन छोटे परिवर्तन अवधि के कारण निष्पादित ऊर्जा मध्यम होती है। निम्न आवृत्ति पर, गर्मी उत्पादन प्रबंधन योग्य होता है, लेकिन उच्च आवृत्ति पर, महत्वपूर्ण शक्ति नुकसान और गर्मी होती है।

यह ध्यान देने योग्य है कि, गर्मी उत्पादन केवल अस्थायी स्थिति के दौरान नहीं, बल्कि ट्रान्झिस्टर की स्थिर चालू या बंद स्थिति के दौरान भी होता है, लेकिन स्थिर स्थिति के दौरान गर्मी की मात्रा बहुत कम और नगण्य होती है।