BJT som brytare

BJT som en växel Definition

En BJT (bipolär spänningsklyvningstransistor) definieras som en enhet som fungerar som en växel genom att styra bas-emitterströmmen för att ändra emitter-samlarresistansen.

En växel skapar en öppen krets (oändlig resistans) när den är i 'AV' läget och en kortslutning (noll resistans) när den är i 'PÅ' läget. På liknande sätt, i en bipolär spänningsklyvningstransistor, kan kontroll av bas-emitterströmmen göra emitter-samlarresistansen nästan oändlig eller nästan noll.

I en transistorkarakteristik finns det tre regioner. De är

• Avstängningsregion

• Aktiv region

• Sättningregion

I den aktiva regionen stannar samlarströmmen (IC) konstant över ett brett område av samlar-emitterspänning (VCE). Denna konstanta ström orsakar betydande effektavläggning om transistorn opereras i denna region. En idealisk växel har ingen effektavläggning när den är AV, eftersom strömmen är noll.

På liknande sätt, när växeln är PÅ, är spänningen över växeln noll, vilket återigen resulterar i ingen effektavläggning. När vi vill att en BJT ska opereras som en växel, måste den opereras på ett sådant sätt att effektavläggningen under både PÅ och AV-lägen bör vara nästan noll, eller mycket låg.

Detta är endast möjligt när transistorn bara opereras i marginalregionerna av karaktäristiken. Avstängningsregionen och sättningregionen är de två marginalregionerna i transistorkaraktäristiken. Observera att detta gäller både för npn-transistorer och pnp-transistorer.

I figuren, när basströmmen är noll, har samlarströmmen (IC) en mycket liten konstant värde för ett brett område av samlar-emitterspänning (VCE). Så när transistorn opereras med basströmmen ≤ 0, är samlarströmmen (IC ≈ 0) mycket liten, vilket gör att transistorn anses vara i AV-läge, men samtidigt är effektavläggningen över transistorsväxeln, dvs. IC × VCE, försumbar eftersom IC är mycket liten.

Transistorn är ansluten i serie med en utdataresistans RC. Därför är strömmen genom utdataresistansen

Om transistorn opereras med en basström I B3 för vilken samlarströmmen är IC1. IC är mindre än IC1, då opereras transistorn i sättningregionen. Här, för alla samlarströmmar mindre än IC1, kommer det att finnas en mycket liten samlar-emitterspänning (VCE < VCE1). Därför är strömmen genom transistorn lika hög som belastningsströmmen, men spänningen över transistorn (VCE < VCE1) är ganska låg, vilket gör att effektavläggningen i transistorn är försumbar.

Transistorn beter sig som en PÅ-växel. Så för att använda transistorn som en växel bör vi se till att den tillämpade basströmmen är tillräckligt hög för att hålla transistorn i sättningregionen, för en samlarström. Så, från ovanstående förklaring kan vi dra slutsatsen att en bipolär spänningsklyvningstransistor beter sig som en växel endast när den opereras i avstängnings- och sättningregionen av sin karaktäristik. I växellägen undviks den aktiva regionen eller den aktiva regionen av karaktäristiken. Som vi redan sagt, är effektavläggningen i transistorsväxeln mycket låg men inte noll. Så, det är inte en idealisk växel men accepteras som en växel för specifika tillämpningar.

När du väljer en transistorsväxel, överväg dess specifikationer. Under PÅ-läget måste transistorn hantera hela belastningsströmmen. Om denna ström överstiger den säkra samlar-emitterströmskapaciteten kan transistorn överhettas och förstöras. Under AV-läget måste transistorn tåla öppna kretsens spänning av belastningen för att förhindra kortsvar. En lämplig värmeavledare är nödvändig för att hantera värme. Varje transistorsväxel tar en ändlig tid att växla mellan AV- och PÅ-lägen.

Även om växlingstiden är mycket kort, ofta mindre än några mikrosekunder, är den inte noll. Under PÅ-växlingsperioden ökar strömmen (IC) medan samlar-emitterspänningen (VCE) minskar mot noll. Det finns en stund när både ström och spänning är vid sitt maximum, vilket orsakar peak-effektavläggning. Detta inträffar också när växlingen går från PÅ till AV. Maximal effektavläggning inträffar under dessa övergångar, men energin som dissiperas är måttlig på grund av den korta övergångsperioden. Vid låga frekvenser är värmeuppbyggandet hanterbart, men vid höga frekvenser uppstår betydande effektavläggning och värme.

Det bör noteras att värmeuppbyggande inte bara inträffar under tillfällig tillstånd utan även under stabilt PÅ- eller AV-läge av transistorn, men mängden värme under stabil tillstånd är ganska liten och försumbar.