Израчунавање транзистора као прекидача

Иако се транзистори (БЈТ) популарно користе за израду кругова појачала, они се такође могу ефикасно користити за пребацивање апликација.

Транзисторски прекидач је коло у којем се колектор транзистора УКЉУЧУЈЕ / ИСКЉУЧУЈЕ са релативно већом струјом као одговор на одговарајући прекидачки сигнал ОН / ОФФ слабе струје на свом основном емитеру.

Као пример, следеће БЈТ конфигурација се може користити као прекидач за инвертовање улазног сигнала за рачунарско логичко коло.

Овде можете пронаћи да је излазни напон Вц супротан потенцијалу примењеном на бази / емитеру транзистора.

Такође, база није повезана ни са једним фиксним извором једносмерне струје, за разлику од кругова заснованих на појачалима. Колектор има извор једносмерне струје који одговара нивоима напајања система, на пример 5 В и 0 В у овом случају рачунарске апликације.

Разговараћемо о томе како би ова инверзија напона могла бити дизајнирана тако да осигура да се радна тачка правилно пребаци са одсечене на засићење дуж линије терета, као што је приказано на следећој слици:

За садашњи сценарио, на горњој слици претпоставили смо да је ИЦ = ИЦЕО = 0 мА, када је ИБ = 0 уА (сјајна апроксимација у погледу побољшања грађевинских стратегија). Уз то, претпоставимо да је ВЦЕ = ВЦЕ (сат) = 0 В, уместо уобичајеног нивоа од 0,1 до 0,3 В.

Сада ће се при Ви = 5 В БЈТ укључити, а разматрање дизајна мора осигурати да је конфигурација високо засићена, величине ИБ која може бити већа од вредности повезане са ИБ кривом која се види близу нивоа засићења.

Као што се може видети на горњој слици, ови услови захтевају да ИБ буде већи од 50 уА.

Израчунавање нивоа засићења

Ниво засићења колектора за приказано коло може се израчунати помоћу формуле:

ИЦ (сат) = Вцц / Рц

Величина основне струје у активном подручју непосредно пре нивоа засићења може се израчунати помоћу формуле:

ИБ (мак) ≅ ИЦ (сат) / βдц ---------- Једначина 1

То подразумева да за примену нивоа засићености морају бити испуњени следећи услови:

ИБ> ИЦ (сат) / ИЦ (сат) / βдц -------- Једначина 2

На графику који је претходно разматран, када је Ви = 5 В, резултујући ниво ИБ може се проценити на следећи начин:

Ако тестирамо једначину 2 са овим резултатима, добићемо:

Чини се да ово савршено задовољава тражени услов. Без сумње, било којој вредности ИБ која је већа од 60 уА биће дозвољено да уђе преко К-тачке преко теретне линије смештене крајње близу вертикалне осе.

Сада, позивајући се на БЈТ мрежу приказану на првом дијаграму, док је Ви = 0 В, ИБ = 0 уА, и претпостављајући ИЦ = ИЦЕО = 0 мА, пад волатора који се јавља преко РЦ биће по формули:

ВРЦ = ИЦРЦ = 0 В.

Ово нам даје ВЦ = +5 В за први горњи дијаграм.

Поред рачунарских апликација за пребацивање логотипа, ова БЈТ конфигурација се такође може применити попут прекидача користећи исте екстремне тачке теретне линије.

Када дође до засићења, тренутна ИЦ има тенденцију да постане прилично висока, што одговара паду напона ВЦЕ на најнижу тачку.

То доводи до нивоа отпора на два терминала како је приказано на следећој слици и израчунато је помоћу следеће формуле:

Р (сат) = ВЦЕ (сат) / ИЦ (сат) као што је назначено на следећој слици.

Ако претпоставимо типичну просечну вредност за ВЦЕ (сат) као што је 0,15 В у горњој формули, добићемо:

Ова вредност отпора на стезаљкама колекторског емитора изгледа прилично мала у поређењу са серијским отпором у кило Охима на колекторским стезаљкама БЈТ.

Сада, када је улаз Ви = 0 В, прекидач БЈТ ће бити прекинут узрокујући отпор преко колекторског емитора:

Р (гранична вредност) = Вцц / ИЦЕО = 5 В / 0 мА = ∞ Ω

То доводи до ситуације с отвореним кругом преко терминала колекторских емитора. Ако узмемо у обзир типичну вредност 10 уА за ИЦЕО, вредност отпорног пресека биће дата у наставку:

Одсецање = Вцц / ИЦЕО = 5 В / 10 уА = 500 к Ω

Ова вредност изгледа значајно велика и еквивалентна је отвореном колу за већину БЈТ конфигурација као прекидач.

Решавање практичног примера

Израчунајте вредности РБ и РЦ за транзисторски прекидач конфигурисан као претварач доле, с обзиром на то да је ИЦмак = 10мА

Формула за изражавање засићености колектора је:

ИЦсат = Вцц / Рц

∴ 10 мА = 10 В / Рц

∴ Рц = 10 В / 10 мА = 1 кΩ

Такође, на тачки засићења

ИБ ≅ ИЦ (сат) / βдц = 10 мА / 250 = 40 μА

За загарантовану засићеност изаберемо ИБ = 60 μА и користећи формулу

ИБ = Ви - 0,7 В / РБ, добијамо

РБ = 10 В - 0,7 В / 60 μА = 155 кΩ,

Заокружујући горњи резултат на 150 кΩ и поново процењујући горњу формулу добијамо:

ИБ = Ви - 0,7 В / РБ

= 10 В - 0,7 В / 150 кΩ = 62 μА,

пошто је ИБ = 62 μА > ИЦсат / βдц = 40 μА

Ово потврђује да морамо да користимо РБ = 150 кΩ

Прорачун комутационих транзистора

Пронаћи ћете посебне транзисторе који се називају преклопни транзистори због њихове брзе брзине пребацивања са једног нивоа напона на други.

Следећа слика упоређује временске периоде симболизоване као тс, тд, тр и тф са колекторском струјом уређаја.

Ефекат временских периода на одзив брзине колектора дефинисан је одзивом струје колектора како је приказано доле:

Укупно време потребно да транзистор пређе из стања „искључено“ у стање „укључено“ симболизира се као т (укључено) и може се утврдити формулом:

т (укључено) = тр + тд

Овде тд идентификује кашњење које се дешава док улазни комутациони сигнал мења стање и излаз транзистора реагује на промену. Време тр означава коначно кашњење пребацивања са 10% на 90%.

Укупно време потребно бЈт-у од стања УКЉУЧЕНО до искљученог стања означено је као т (искључено) и изражено формулом:

т (искључено) = тс + тф

тс одређује време складиштења, док тф идентификује време пада са 90% на 10% првобитне вредности.

Позивајући се на горњи графикон, за општу намену БЈТ, ако је колекторска струја Иц = 10 мА, можемо видети да:

тс = 120 нс, тд = 25 нс, тр = 13 нс, тф = 12 нс

што значи т (укључено) = тр + тд = 13 нс + 25 нс = 38 нс

т (искључено) = тс + тф = 120 нс + 12 нс = 132 нс