ทรานซิสเตอร์ BJT ใช้เป็นสวิตช์

นิยาม BJT เป็นสวิตช์

BJT (ทรานซิสเตอร์จุดต่อแบบสองขั้ว) ถูกกำหนดให้เป็นอุปกรณ์ที่ทำหน้าที่เป็นสวิตช์โดยควบคุมกระแสระหว่างฐานและอีมิเตอร์เพื่อเปลี่ยนความต้านทานระหว่างอีมิเตอร์และคอลเล็กเตอร์

สวิตช์สร้างวงจรเปิด (ความต้านทานอนันต์) เมื่ออยู่ในตำแหน่ง 'ปิด' และวงจรป้อน (ความต้านทานศูนย์) เมื่ออยู่ในตำแหน่ง 'เปิด' เช่นเดียวกัน ในทรานซิสเตอร์จุดต่อแบบสองขั้ว การควบคุมกระแสระหว่างฐานและอีมิเตอร์สามารถทำให้ความต้านทานระหว่างอีมิเตอร์และคอลเล็กเตอร์เกือบจะเป็นอนันต์หรือเกือบจะเป็นศูนย์ได้

ในลักษณะของทรานซิสเตอร์ มีสามเขต คือ

• เขตตัด

• เขตทำงาน

• เขตอิ่มตัว

ในเขตทำงาน กระแสคอลเล็กเตอร์ (IC) คงที่ตลอดช่วงกว้างของแรงดันระหว่างคอลเล็กเตอร์และอีมิเตอร์ (VCE) กระแสคงที่นี้ทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานมากหากทรานซิสเตอร์ทำงานในเขตดังกล่าว สวิตช์ที่สมบูรณ์แบบไม่มีการสูญเสียพลังงานเมื่ออยู่ในสถานะ 'ปิด' เนื่องจากกระแสเป็นศูนย์

เช่นเดียวกัน เมื่อสวิตช์อยู่ในสถานะ 'เปิด' แรงดันที่สวิตช์เป็นศูนย์ ดังนั้นไม่มีการสูญเสียพลังงานอีกครั้ง เมื่อเราต้องการให้ BJT ทำงานเป็นสวิตช์ ต้องทำงานในลักษณะที่การสูญเสียพลังงานในสถานะ 'เปิด' และ 'ปิด' ควรจะเป็นศูนย์หรือต่ำมาก

มันเป็นไปได้เฉพาะเมื่อทรานซิสเตอร์ทำงานในขอบเขตของลักษณะเฉพาะ เขตตัดและเขตอิ่มตัวเป็นสองขอบเขตในลักษณะเฉพาะของทรานซิสเตอร์ โปรดทราบว่านี่ใช้ได้กับทรานซิสเตอร์ npn และ pnp

ในรูป เมื่อกระแสฐานเป็นศูนย์ กระแสคอลเล็กเตอร์ (IC) มีค่าคงที่เล็ก ๆ สำหรับช่วงกว้างของแรงดันระหว่างคอลเล็กเตอร์และอีมิเตอร์ (VCE) ดังนั้นเมื่อทรานซิสเตอร์ทำงานด้วยกระแสฐาน ≤ 0 กระแสคอลเล็กเตอร์ (IC ≈ 0) จะเล็กมาก ดังนั้นทรานซิสเตอร์จะอยู่ในสถานะ 'ปิด' แต่ในขณะเดียวกัน การสูญเสียพลังงานที่สวิตช์ทรานซิสเตอร์ คือ IC × VCE จะน้อยเนื่องจาก IC ที่เล็กมาก

ทรานซิสเตอร์ถูกเชื่อมต่อแบบอนุกรมกับความต้านทานเอาต์พุต RC ดังนั้น กระแสผ่านความต้านทานเอาต์พุตคือ

หากทรานซิสเตอร์ทำงานด้วยกระแสฐาน I B3 ซึ่งกระแสคอลเล็กเตอร์คือ IC1 กระแส IC น้อยกว่า IC1 แล้วทรานซิสเตอร์จะทำงานในเขตอิ่มตัว ที่นี่ สำหรับกระแสคอลเล็กเตอร์ใด ๆ ที่น้อยกว่า IC1 จะมีแรงดันระหว่างคอลเล็กเตอร์และอีมิเตอร์ (VCE < VCE1) น้อยมาก ดังนั้นในสถานการณ์นี้ กระแสผ่านทรานซิสเตอร์จะเท่ากับกระแสโหลด แต่แรงดันที่ทรานซิสเตอร์ (VCE < VCE1) น้อยมาก ดังนั้นการสูญเสียพลังงานในทรานซิสเตอร์จะน้อยมาก

ทรานซิสเตอร์แสดงพฤติกรรมเหมือนสวิตช์ 'เปิด' ดังนั้นในการใช้ทรานซิสเตอร์เป็นสวิตช์ เราต้องแน่ใจว่ากระแสฐานที่นำไปใช้ต้องสูงพอเพื่อให้ทรานซิสเตอร์อยู่ในเขตอิ่มตัว สำหรับกระแสคอลเล็กเตอร์ ดังนั้น จากคำอธิบายข้างต้น เราสามารถสรุปได้ว่า ทรานซิสเตอร์จุดต่อแบบสองขั้วจะแสดงพฤติกรรมเหมือนสวิตช์เฉพาะเมื่อทำงานในเขตตัดและเขตอิ่มตัวของลักษณะเฉพาะ ในแอปพลิเคชันสวิตช์ เขตทำงานหรือเขตทำงานของลักษณะเฉพาะจะหลีกเลี่ยง ตามที่เราบอกไว้แล้ว การสูญเสียพลังงานในสวิตช์ทรานซิสเตอร์น้อยมาก แต่ไม่ใช่ศูนย์ ดังนั้นมันไม่ใช่สวิตช์ที่สมบูรณ์แบบ แต่ยอมรับเป็นสวิตช์สำหรับแอปพลิเคชันเฉพาะ

เมื่อเลือกทรานซิสเตอร์เป็นสวิตช์ ควรพิจารณาการเรตติ้ง เมื่ออยู่ในสถานะ 'เปิด' ทรานซิสเตอร์ต้องรองรับกระแสโหลดทั้งหมด หากกระแสเกินความสามารถของกระแสระหว่างคอลเล็กเตอร์และอีมิเตอร์ที่ปลอดภัย ทรานซิสเตอร์อาจร้อนเกินไปและเสียหาย เมื่ออยู่ในสถานะ 'ปิด' ทรานซิสเตอร์ต้องทนแรงดันวงจรเปิดของโหลดเพื่อป้องกันการแตกหัก ฮีทซิงค์ที่เหมาะสมเป็นสิ่งจำเป็นในการจัดการความร้อน ทรานซิสเตอร์แต่ละตัวใช้เวลาจำกัดในการสลับระหว่างสถานะ 'ปิด' และ 'เปิด'

แม้ว่าเวลาในการสลับจะสั้นมาก บ่อยครั้งน้อยกว่าไมโครเซคเอนด์ แต่ไม่ใช่ศูนย์ เมื่อสลับเป็น 'เปิด' กระแส (IC) เพิ่มขึ้นในขณะที่แรงดันระหว่างคอลเล็กเตอร์และอีมิเตอร์ (VCE) ลดลงเข้าหาศูนย์ มีช่วงเวลาที่ทั้งกระแสและแรงดันอยู่ที่สูงสุด ทำให้เกิดการสูญเสียพลังงานสูงสุด ซึ่งเกิดขึ้นเมื่อสลับจาก 'เปิด' เป็น 'ปิด' การสูญเสียพลังงานสูงสุดเกิดขึ้นในช่วงการเปลี่ยนแปลง แต่พลังงานที่สูญเสียไปนั้นน้อยเนื่องจากช่วงเวลาการเปลี่ยนแปลงสั้น ในความถี่ต่ำ การสร้างความร้อนสามารถจัดการได้ แต่ในความถี่สูง จะมีการสูญเสียพลังงานและความร้อนอย่างมาก

ควรทราบว่า การสร้างความร้อนไม่ได้เกิดขึ้นเฉพาะในช่วงภาวะเปลี่ยนแปลงเท่านั้น แต่ยังเกิดขึ้นในช่วงภาวะคงที่ 'เปิด' หรือ 'ปิด' ของทรานซิสเตอร์ แต่ปริมาณความร้อนในช่วงภาวะคงที่นั้นน้อยและน้อยมาก