BJT anahtarlama olarak

BJT'nin Anahtar Olarak Tanımı

Bir BJT (iki kutuplu birleşim transistörü), baz-emiter akımını kontrol ederek emiter-toprak direncini değiştiren bir cihaz olarak tanımlanır.

Bir anahtar, 'KAPALI' pozisyonunda açık devre (sonsuz direnç) oluşturur ve 'AÇIK' pozisyonunda kısa devre (sıfır direnç) oluşturur. Benzer şekilde, iki kutuplu birleşim transistöründe, baz-emiter akımının kontrolü, emiter-toprak direncini neredeyse sonsuz veya neredeyse sıfır yapabilir.

Transistör karakteristiklerinde üç bölge vardır. Bunlar şunlardır:

• Kesme Bölgesi

• Aktif Bölge

• Doygunluk Bölgesi

Aktif bölgede, toprak akımı (IC) geniş bir toprak-emiter gerilim (VCE) aralığında sabit kalır. Bu sabit akım, transistör bu bölgede çalışıyorsa önemli bir güç kaybına neden olur. İdeal bir anahtar, AKTİF durumda hiç güç kaybı olmaz çünkü akım sıfırdır.

Benzer şekilde, anahtar AÇIK olduğunda, anahtardaki gerilim sıfır olduğu için yine herhangi bir güç kaybı olmaz. Bir BJT'yi anahtar olarak kullanmak istediğimizde, AÇIK ve KAPALI durumlarda güç kaybı neredeyse sıfır veya çok düşük olmalıdır.

Bu, sadece transistörün karakteristiklerinin kenar bölgelerinde çalıştırılmasından mümkün hale gelir. Kesme bölgesi ve doygunluk bölgesi, transistör karakteristiklerindeki iki kenar bölgedir. Bu, hem npn transistörlere hem de pnp transistörlere uygulanır.

Şekilde, baz akımı sıfır olduğunda, toprak akımı (IC) geniş bir toprak-emiter gerilim (VCE) aralığında çok küçük sabit bir değerdedir. Bu nedenle, transistör baz akımı ≤ 0 ile çalıştırıldığında, toprak akımı (IC ≈ 0) çok küçüktür, bu yüzden transistör KAPALI durumda kabul edilir. Ancak aynı zamanda, transistör anahtarı üzerinden güç kaybı yani IC × VCE, çok küçük IC nedeniyle ihmal edilebilir düzeydedir.

Transistör, çıkış direnci RC ile seri bağlantılıdır. Bu nedenle, çıkış direnci üzerinden geçen akım

Eğer transistör, toprak akımı IC1 olan I B3 baz akımı ile çalıştırılırsa, IC, IC1'den küçük olduğunda, transistör doygunluk bölgesinde çalışır. Burada, herhangi bir toprak akımı IC1'den küçük olduğunda, toprak-emiter gerilimi (VCE < VCE1) çok küçük olacaktır. Bu durumda, transistör üzerinden geçen akım yük akımı kadar yüksek olur ancak transistör üzerindeki gerilim (VCE < VCE1) oldukça düşük olduğundan, transistördeki güç kaybı ihmal edilebilir düzeydedir.

Transistör, AÇIK anahtar gibi davranır. Bu nedenle, transistörü anahtar olarak kullanmak istediğimizde, uygulanan baz akımının, belirli bir toprak akımı için transistörü doygunluk bölgesinde tutacak kadar yüksek olması gerektiğini sağlamak gerekir. Yukarıdaki açıklamadan, bipolar birleşim transistörünün sadece karakteristiklerinin kesme ve doygunluk bölgelerinde çalıştırıldığında anahtar gibi davrandığını çıkarabiliriz. Anahtar uygulamalarında, aktif bölge veya karakteristiklerin aktif bölgesi kaçınılmalıdır. Daha önce belirtildiği gibi, transistör anahtarı üzerinden güç kaybı çok düşük ancak sıfır değil. Bu nedenle, ideal bir anahtar değildir ancak belirli uygulamalar için anahtar olarak kabul edilir.

Bir transistörü anahtar olarak seçerken, onun derecelendirilmesini düşünün. AÇIK durumda, transistör tüm yük akımını taşımalı. Eğer bu akım güvenli toprak-emiter akım kapasitesini aşarsa, transistör ısınabilir ve hasar alabilir. KAPALI durumda, transistör, yükün açık devre gerilimini dayanması gerekir ki bozulma önlenir. Uygun bir ısı kuyruğu, ısıyı yönetmek için gereklidir. Her transistör, KAPALI ve AÇIK durumları arasında geçiş yapmak için sonlu bir zaman alır.

Geçiş süresi genellikle birkaç mikrosaniyeden daha kısa olsa da, sıfır değildir. AÇIK geçiş sırasında, akım (IC) artarken toprak-emiter gerilimi (VCE) sıfıra doğru azalır. Hem akım hem de gerilimin en yüksek olduğu bir an vardır, bu nedenle zirve güç kaybı oluşur. Bu, AÇIK'tan KAPALİ'ye geçiş yaparken de gerçekleşir. Maksimum güç kaybı, bu geçişler sırasında meydana gelir ancak kısa geçiş süresi nedeniyle dağıtılan enerji orta seviyededir. Düşük frekanslarda, ısı üretimi yönetilebilir ancak yüksek frekanslarda, önemli bir güç kaybı ve ısı oluşur.

Not edilmesi gereken, ısı üretiminin sadece geçici koşullarda değil, ayrıca transistörün sabit AÇIK veya KAPALI durumlarında da oluştuğudur ancak sabit durumdaki ısı miktarı oldukça küçük ve ihmal edilebilir düzeydedir.