BJT som bryter

BJT som bryter definisjon

En BJT (bipolar junction transistor) er definert som et enhet som fungerer som en bryter ved å kontrollere base-emitter strømmen for å endre motstand mellom emitter og kollektor.

En bryter opprettholder en åpen krets (uendelig motstand) når den er i 'AV' posisjon og en kortslutning (null motstand) når den er i 'PÅ' posisjon. På samme måte kan man i en bipolar junction transistor gjøre motstanden mellom emitter og kollektor nesten uendelig eller nesten null ved å kontrollere base-emitter strømmen.

I karakteristikkene til en transistor finnes det tre områder. Disse er

• Avskjæringsområde

• Aktivt område

• Metningsområde

I aktivt område forblir kollektorstrømmen (IC) konstant over et stort spenningsområde mellom kollektor og emitter (VCE). Denne konstante strømmen fører til betydelig effektforbruk hvis transistor opererer i dette området. En ideal bryter har ingen effektforbruk når den er slått av, da strømmen er null.

På samme måte, når bryteren er på, er spenningen over bryteren null, så det er ingen effektforbruk igjen. Når vi ønsker at en BJT skal fungere som en bryter, må den opereres slik at effektforbruket under både PÅ- og AV-tilstand er nesten null, eller veldig lavt.

Dette er bare mulig når transistor kun opereres i marginalområdene av karakteristikken. Avskjæringsområdet og metningsområdet er de to marginalområdene i transistor karakteristikken. Merk at dette gjelder både for npn-transistorer og pnp-transistorer.

I figuren, når basestrømmen er null, har kollektorstrømmen (IC) en svært liten konstant verdi over et stort spenningsområde mellom kollektor og emitter (VCE). Så når transistor opereres med basestrøm ≤ 0, er kollektorstrømmen (IC ≈ 0) veldig liten, derfor sies transistoren å være i AV-tilstand, men samtidig er effektforbruket over transistorswitchen, dvs. IC × VCE, ubetydelig på grunn av veldig liten IC.

Transistoren er koblet i serie med en utgangsmotstand RC. Derfor er strømmen gjennom utgangsmotstanden

Hvis transistor opereres med en basestrøm I B3 for hvilken kollektorstrøm er IC1. IC er mindre enn IC1, så opereres transistor i metningsområdet. Her, for enhver kollektorstrøm mindre enn IC1, vil det være en svært liten kollektor-emitter spenning (VCE < VCE1). Derfor, i denne situasjonen, er strømmen gjennom transistor like høy som belastningsstrømmen, men spenningen over transistor (VCE < VCE1) er ganske lav, så effektforbruket i transistor er ubetydelig.

Transistoren oppfører seg som en PÅ-bryter. Så for å bruke transistor som en bryter, må vi sikre oss at den anvendte basestrømmen er tilstrekkelig høy for å holde transistor i metningsområdet, for en kollektorstrøm. Så, fra ovenstående forklaring, kan vi konkludere at en bipolar junction transistor oppfører seg som en bryter bare når den opereres i avskjærings- og metningsområdet av sin karakteristikk. I switchingsapplikasjoner unngås aktivt område eller aktivt område av karakteristikken. Som vi allerede har nevnt, er effektforbruket i transistorswitch veldig lavt, men ikke null. Så, det er ikke en ideal bryter, men akseptert som en bryter for spesifikke applikasjoner.

Når du velger en transistor som bryter, må du ta hensyn til dens rating. Under PÅ-tilstanden må transistor håndtere hele belastningsstrømmen. Hvis denne strømmen overstiger trygge kollektor-emitter strømkapasiteten, kan transistor overhete og bli ødelagt. Under AV-tilstanden må transistor tåle åpen krets spenning av belastningen for å unngå sammenbrudd. En passende varmesink er essensiell for å håndtere varme. Hver transistor tar en endelig tid for å skifte mellom AV- og PÅ-tilstand.

Selv om switchingstiden er veldig kort, ofte mindre enn noen få mikrosekunder, er den ikke null. Under PÅ-switchingstiden øker strømmen (IC) mens kollektor-emitter spenningen (VCE) minsker mot null. Det er et øyeblikk da både strøm og spenning er på sitt maksimum, som fører til topp effektforbruk. Dette skjer også når det skifter fra PÅ til AV. Maksimalt effektforbruk forekommer under disse overganger, men energien som dissiperes er moderat på grunn av kort overgangsperiode. Ved lave frekvenser er varmegenerering behersket, men ved høye frekvenser forekommer betydelig effektforbruk og varme.

Det er verdt å merke seg at, varmegenerering forekommer ikke bare under overgangsforhold, men også under stabil PÅ- eller AV-tilstand for transistor, men mengden varme under stabil tilstand er ganske liten og ubetydelig.