BJT kot vklopnik

Definicija BJT kot preklopnik

BJT (dvopolni prelivni tranzistor) je naprava, ki deluje kot preklopnik z nadzorom tokov bazno-emiter, s čimer spremeni upornost emiter-kolektor.

Preklopnik ustvari odprt krog (neskončna upornost), ko je v položaju 'IZKLOPLJENO', in zaprt krog (ničelna upornost), ko je v položaju 'VKLOPLJENO'. Podobno lahko pri dvopolnem prelivnem tranzistorju nadzor tokov bazno-emiter naredi upornost emiter-kolektor skoraj neskončno ali skoraj ničelno.

V karakteristikah tranzistorja obstaja tri območja. To so:

• Območje odseka

• Aktivno območje

• Območje nasititve

Na aktivnem območju tok kolektor (IC) ostane konstanten na širokem obsegu napetosti kolektor-emiter (VCE). Ta konstanten tok povzroči veliko energijo, če tranzistor deluje na tem območju. Idealni preklopnik nima energije, ko je IZKLOPLJEN, ker je tok enak nič.

Podobno, ko je preklopnik VKLOPLJEN, je napetost preko preklopnika nič, zato tudi tu ni energije. Ko želimo, da BJT deluje kot preklopnik, mora biti tako operiran, da je energija med stanji VKLOPLJENO in IZKLOPLJENO skoraj nič ali zelo nizka.

To je mogoče le, če tranzistor deluje samo na robnih območjih karakteristik. Območje odseka in območje nasititve sta dva robna območja v karakteristikah tranzistorja. Opomba: to velja za npn tranzistorje in pnp tranzistorje.

Na sliki, ko je tok baze enak nič, ima tok kolektor (IC) zelo majhno konstantno vrednost na širokem obsegu napetosti kolektor-emiter (VCE). Torej, ko tranzistor deluje z tokom baze ≤ 0, je tok kolektor (IC ≈ 0) zelo majhen, zato se tranzistor smatra v stanju IZKLOPLJENO, hkrati pa je energija preko tranzistorja preklopnika, torej IC × VCE, zanemarljiva zaradi zelo majhnega IC.

Tranzistor je povezan serijno z izhodno upornostjo RC. Torej je tok skozi izhodno upornost

Če tranzistor deluje z tokom baze IB3, za katerega je tok kolektor IC1, in če je IC manjši od IC1, potem tranzistor deluje na območju nasititve. Tukaj bo za vsak tok kolektor, manjši od IC1, zelo majhna napetost kolektor-emiter (VCE < VCE1). Zato v tej situaciji je tok skozi tranzistor tako visok kot tok optage, a napetost preko tranzistorja (VCE < VCE1) zelo nizka, zato je energija v tranzistorju zanemarljiva.

Tranzistor se obnaša kot preklopnik VKLOPLJENO. Zato, če želimo uporabiti tranzistor kot preklopnik, moramo zagotoviti, da je uporabljeni tok baze dovolj visok, da ohrani tranzistor na območju nasititve za tok kolektor. Torej, iz zgornjega razlage lahko zaključimo, da dvopolni prelivni tranzistor deluje kot preklopnik le, ko je operiran na območju odseka in nasititve svojih karakteristik. V aplikacijah preklopov se izogibamo uporabi aktivnega območja ali aktivnega območja karakteristik. Kot smo že povedali, je energija v tranzistorju preklopniku zelo nizka, toda ne nič. Torej, to ni idealni preklopnik, toda je sprejemljiv kot preklopnik za specifične aplikacije.

Pri izbiri tranzistorja kot preklopnika upoštevajte njegove ocene. V stanju VKLOPLJENO mora tranzistor prenašati celotni tok optage. Če ta tok preseže varno kapaciteto toka kolektor-emiter, se lahko tranzistor pregreje in uniči. V stanju IZKLOPLJENO mora tranzistor prenašati odprto krogovo napetost optage, da prepreči preobremenitev. Ustrezen disperzni element je ključen za upravljanje toplote. Vsak tranzistor potrebuje končen čas za preklop med stanji IZKLOPLJENO in VKLOPLJENO.

Čeprav je čas preklapa zelo kratek, pogosto manj kot nekaj mikrosekund, ni enak nič. Med obdobjem VKLOPLJENO se tok (IC) povečuje, medtem ko se napetost kolektor-emiter (VCE) zmanjšuje proti nič. Obstaja trenutek, ko sta tok in napetost na svojem maksimumu, kar povzroči vrhunsko energijo. To se zgodi tudi pri preklopu s VKLOPLJENO na IZKLOPLJENO. Maksimalna energija nastane med temi prehodi, toda energija, ki se izdela, je umerna zaradi kratkega prehodnega obdobja. Pri nizkih frekvencah je toplotna generacija upravljiva, toda pri visokih frekvencah nastane znatna energija in toplota.

Treba je opozoriti, da se toplota ne pojavlja le med prehodnimi stanji, ampak tudi med stabilnimi stanji VKLOPLJENO ali IZKLOPLJENO tranzistorja, toda količina toplote v stabilnih stanjih je zelo majhna in zanemarljiva.