BJT kao prekidač

Definicija BJT kao prekidača

BJT (bipolarni spojni tranzistor) definisan je kao uređaj koji deluje kao prekidač kontrolišući struju između baze i emitera kako bi promenio otpornost između emitra i kolektora.

Prekidač stvara otvorenu vezu (beskonačnu otpornost) kada je u položaju 'ISKLJUČENO' i kratku vezu (nultu otpornost) kada je u položaju 'UKLJUČENO'. Slično tome, kod bipolarnog spojnog tranzistora, kontrola struje između baze i emitra može da učini otpornost između emitra i kolektora gotovo beskonačnom ili gotovo nultom.

U karakteristikama tranzistora postoje tri regije. One su:

• Regija isključenja

• Aktivna regija

• Regija nasitka

U aktivnoj regiji, struja kolektora (IC) ostaje konstantna na širokom opsegu napona između kolektora i emitra (VCE). Ova konstantna struja dovodi do značajne gubitka snage ako tranzistor radi u ovoj regiji. Idealni prekidač nema gubitak snage kada je ISKLJUČEN, jer je struja nula.

Slično tome, kada je prekidač UKLJUČEN, napon preko prekidača je nula, pa opet nema gubitka snage. Kada želimo da BJT radi kao prekidač, mora se operirati tako da gubitak snage tokom UKLJUČENOG i ISKLJUČENOG stanja bude gotovo nula ili vrlo nizak.

To je moguće samo kada tranzistor radi u marginalnim regijama karakteristika. Regija isključenja i regija nasitka su dve marginalne regije u karakteristikama tranzistora. Napomena: Ovo važi za oba tipa tranzistora, npn i pnp.

Na slici, kada je struja baze nula, struja kolektora (IC) ima vrlo mali konstantan vrednost za širok opseg napona između kolektora i emitra (VCE). Dakle, kada tranzistor radi sa strujom baze ≤ 0, struja kolektora (IC ≈ 0) je vrlo mala, pa se kaže da je tranzistor u ISKLJUČENOM stanju, ali istovremeno, gubitak snage preko tranzistora, IC × VCE, je zanemarljiv zbog vrlo male struje IC.

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

Ako tranzistor radi sa strujom baze IB3 za koju je struja kolektora IC1, a IC je manja od IC1, tada tranzistor radi u regiji nasitka. U ovom slučaju, za svaku struju kolektora manju od IC1, postoji vrlo mali napon između emitra i kolektora (VCE < VCE1). Dakle, u ovoj situaciji, struja kroz tranzistor je visoka kao struja opterećenja, ali napon preko tranzistora (VCE < VCE1) je vrlo nizak, pa je gubitak snage u tranzistoru zanemarljiv.

Tranzistor se ponaša kao UKLJUČENI prekidač. Dakle, kada koristimo tranzistor kao prekidač, treba osigurati da primenjena struja baze bude dovoljno visoka da održava tranzistor u regiji nasitka, za datu struju kolektora. Iz prethodnog objašnjenja možemo zaključiti da bipolarni spojni tranzistor ponaša se kao prekidač samo kada radi u regiji isključenja i regiji nasitka svoje karakteristike. U aplikacijama prekidača, izbegavaju se aktivna regija ili aktivna regija karakteristika. Kao što smo već rekli, gubitak snage u tranzistoru prekidaču je vrlo nizak, ali ne nula. Stoga, to nije idealni prekidač, ali prihvaća se kao prekidač za specifične primene.

Kada birate tranzistor kao prekidač, razmotrite njegovu ocenu. Tokom UKLJUČENOG stanja, tranzistor mora da upravlja celokupnom strujom opterećenja. Ako ova struja premaši sigurnu kapacitet struje između kolektora i emitra, tranzistor može da se pregreje i uništi. Tokom ISKLJUČENOG stanja, tranzistor mora da izdrži otvoreni napon opterećenja kako bi se spriječio raspad. Odgovarajući hladnjak je neophodan za upravljanje toplinom. Svaki tranzistor potrebuje konačno vreme da prebaci između stanja ISKLJUČENO i UKLJUČENO.

Iako je vreme prebacivanja vrlo kratko, često manje od nekoliko mikrosekundi, to nije nula. Tokom perioda UKLJUČENJA, struja (IC) raste dok napon između kolektora i emitra (VCE) opada ka nuli. Postoji trenutak kada su i struja i napon na svojoj maksimalnoj vrednosti, što dovodi do maksimalnog gubitka snage. To se takođe dešava kada se prebacuje sa UKLJUČENO na ISKLJUČENO. Maksimalni gubitak snage događa se tokom ovih prelaza, ali energija koja se disipa je umjerena zbog kratkog vremenskog perioda prelaza. Na niskim frekvencijama, generisanje toplote je upravljivo, ali na visokim frekvencijama, značajan gubitak snage i toplina nastaju.

Treba napomenuti da generisanje toplote ne nastaje samo tokom prelaznih stanja, već i tokom stabilnih stanja UKLJUČENO ili ISKLJUČENO, ali količina topline tokom stabilnih stanja je vrlo mala i zanemarljiva.