Cum se utilizează tranzistoarele

Dacă ați înțeles corect cum să utilizați tranzistoarele în circuite, este posibil să fi cucerit deja jumătate din electronică și principiile sale. În acest post facem un efort în această direcție.

Introducere

Tranzistoarele sunt dispozitive semiconductoare cu 3 terminale care sunt capabile să conducă o putere relativ mare pe cele două terminale ale acestora, ca răspuns la o intrare de putere semnificativ redusă la al treilea terminal.

Tranzistoarele sunt practic de două tipuri: tranzistor de joncțiune bipolar (BJT) și tranzistor cu efect de câmp metal – oxid – semiconductor ( MOSFET )

Pentru un BJT, cele 3 terminale sunt desemnate ca bază, emițător, colector. Un semnal de putere redusă între terminalul de bază / emițător permite tranzistorului să comute o sarcină de putere relativ mare pe terminalul său colector.

Pentru MOSFET-urile acestea sunt desemnate ca Poartă, Sursă, Scurgere. Un semnal de putere redusă pe terminalul Poartă / Sursă permite tranzistorului să comute o sarcină de putere relativ mare pe terminalul său colector.

Din motive de simplitate, vom discuta BJT-urile aici, deoarece caracteristicile lor sunt mai puțin complexe în comparație cu MOSFET-urile.

Tranzistoarele (BJT) sunt elementele de bază ale tuturor dispozitive semiconductoare găsit astăzi. Dacă nu ar exista tranzistoare, nu ar exista circuite integrate sau orice altă componentă semiconductoare. Chiar și CI-urile sunt alcătuite din 1000 de tranzistoare strâns legate, care constituie caracteristicile cipului special.

Noilor pasionați de electronice le este greu să manipuleze aceste componente utile și să le configureze ca circuite pentru o aplicație intenționată.

Aici vom studia funcțiile și modul de manipulare și implementare a tranzistoarelor bipolare în circuite practice.

Cum se utilizează tranzistoarele ca un comutator

Tranzistori bipolari sunt în general o componentă electronică activă cu trei conductori care funcționează fundamental ca un comutator pentru pornirea sau oprirea alimentării la o sarcină externă sau o etapă electronică asociată a circuitului.

Un exemplu clasic poate fi văzut mai jos, unde un tranzistor este conectat ca amplificator comun emițător :

Aceasta este metoda standard de utilizare a oricărui tranzistor ca un comutator pentru controlul unei sarcini date. Puteți vedea când se aplică o mică tensiune externă la bază, tranzistorul pornește și conduce un curent mai mare pe bornele emițătorului colector, pornind o sarcină mai mare.

Valoarea rezistenței de bază poate fi calculată folosind formula:

R_b= (Alimentare de bază V_b- Tensiune înainte a emițătorului de bază) x hFE / curent de încărcare

Amintiți-vă, de asemenea, că negativul sau linia de masă a tensiunii externe trebuie să fie conectată la linia de masă a tranzistorului sau a emițătorului, altfel tensiunea externă nu va avea niciun efect asupra tranzistorului.

Utilizarea tranzistorului ca driver de releu

Am explicat deja într-una din postările mele anterioare despre cum să faci un circuitul driverului tranzistorului .

Practic, folosește aceeași configurație așa cum se arată mai sus. Iată circuitul standard pentru același lucru:

Dacă sunteți confuz cu privire la releu, puteți consulta acest articol cuprinzător care explică totul despre configurațiile releu .

Utilizarea tranzistorului pentru a reduce lumina

Următoarea configurație arată modul în care un tranzistor poate fi folosit ca regulator de lumină cu ajutorul unui circuitul adept al emițătorului .

Puteți vedea cum rezistența variabilă sau potul variază, intensitatea lămpii variază, de asemenea. Ii spunem emițător-adept , deoarece tensiunea la emițător sau peste bec urmează tensiunea de la baza tranzistorului.

Pentru a fi precis, tensiunea emițătorului va fi cu doar 0,7 V în spatele tensiunii de bază. De exemplu, dacă tensiunea de bază este de 6 V, emițătorul va avea 6 - 0,7 = 5,3 V și așa mai departe. Diferența de 0,7 V se datorează ratei minime de cădere a tensiunii înainte a tranzistorului pe emițătorul de bază.

Aici, rezistența potului împreună cu rezistorul de 1 K formează o rețea de separare rezistivă la baza tranzistorului. Pe măsură ce glisorul potului este mutat, tensiunea de la baza tranzistorului este schimbată, iar aceasta modifică în mod corespunzător tensiunea emițătorului de pe lampă, iar intensitatea lămpii se schimbă în consecință.

Utilizarea tranzistorului ca senzor

Din discuțiile de mai sus, ați fi putut observa că tranzistorul face un lucru crucial în toate aplicațiile. Practic, amplifică tensiunea la baza sa, permițând comutarea unui curent mare peste emițătorul colector.

Această caracteristică de amplificare este, de asemenea, exploatată atunci când un tranzistor este utilizat ca senzor. Următorul exemplu arată cum poate fi folosit pentru a simți diferența de lumină ambientală și pentru a porni ON / OFF un releu în consecință.

Și aici LDR iar cei de 300 ohmi / 5 k presetat formează un divizor de potențial la baza tranzistorului.

De 300 ohmi nu este de fapt necesar. Este inclus pentru a se asigura că baza tranzistorului nu este niciodată complet împământată și, prin urmare, nu este niciodată complet dezactivată sau oprită. De asemenea, se asigură că curentul prin LDR nu poate depăși niciodată o anumită limită minimă, indiferent cât de strălucitoare este intensitatea luminii pe LDR.

Când este întuneric, LDR are o rezistență ridicată, care este de multe ori mai mare decât valoarea combinată a celor 300 ohmi și a presetării de 5 K.

Datorită acestui fapt, baza tranzistorului obține mai multă tensiune la sol (negativă) decât tensiunea pozitivă, iar conducerea colectorului / emițătorului său rămâne oprită.

Cu toate acestea, atunci când cade suficientă lumină pe LDR, rezistența sa scade la o valoare de câțiva kilo-ohm.

Acest lucru permite ca tensiunea de bază a tranzistorului să crească bine peste valoarea de 0,7 V. Tranzistorul este acum polarizat și pornește sarcina colectorului, adică releul.

După cum puteți vedea, și în această aplicație tranzistoarele amplifică practic mica tensiune de bază, astfel încât o sarcină mai mare la colector să poată fi pornită.

LDR poate fi înlocuit cu alți senzori, cum ar fi a termistor pentru detectarea căldurii, a senzor de apă pentru detectarea apei, a fotodiodă pentru detectarea fasciculului IR și așa mai departe.

Întrebare pentru tine: Ce se întâmplă dacă poziția LDR și a presetării 300/5 K sunt schimbate între ele?

Pachete cu tranzistoare

Tranzistoarele sunt recunoscute în mod normal prin pachetul lor extern în care dispozitivul respectiv poate fi încorporat. Cele mai comune tipuri de pachete în care sunt încorporate aceste dispozitive utile sunt T0-92, TO-126, TO-220 și TO-3. Vom încerca să înțelegem toate aceste specificații ale tranzistoarelor și vom învăța cum să le folosim în circuite practice.

Înțelegerea tranzistoarelor de semnale mici TO-92:

Tranzistoarele, cum ar fi BC547, BC557, BC546, BC548, BC549, etc se încadrează în această categorie.

Acestea sunt cele mai elementare din grup și sunt utilizate pentru aplicații care implică tensiuni și curenți mici. Interesant este că această categorie de tranzistoare este utilizată cel mai extins și universal în circuitele electronice datorită parametrilor lor versatili.

În mod normal, aceste dispozitive sunt proiectate să gestioneze tensiuni între 30 și 60 de volți în colector și emițător.

Tensiunea de bază nu depășește 6, dar pot fi ușor declanșate cu un nivel de tensiune de până la 0,7 volți la baza lor. Cu toate acestea, curentul trebuie limitat la aproximativ 3 mA.

Cele trei conductoare ale unui tranzistor TO-92 pot fi identificate în modul următor:

Păstrând fața imprimată spre noi, cablul din partea dreaptă este emițătorul, cel central este baza, iar piciorul din stânga este colectorul dispozitivului.

ACTUALIZAȚI: Vrei să știi cum să folosești tranzistoarele cu Arduino? Citiți-l aici

Cum se configurează un tranzistor TO-92 în modele practice

Tranzistoarele sunt în principal de două tipuri, unul de tip NPN și unul de tip PNP, ambele sunt complementare. Practic, ambii se comportă la fel, dar în referințe și direcții opuse.

De exemplu, un dispozitiv NPN va necesita un declanșator pozitiv față de sol, în timp ce un dispozitiv PNP va necesita un declanșator negativ cu referire la o linie de alimentare pozitivă pentru implementarea rezultatelor specificate.

Cele trei fire ale tranzistorului explicate mai sus trebuie să fie atribuite cu intrări și ieșiri specificate pentru a-l face să funcționeze pentru o anumită aplicație, care, evident, este pentru comutarea unui parametru.

Conductorii trebuie să fie alocați cu următorii parametri de intrare și ieșire:

emițătorul oricărui tranzistor este pinul de referință al dispozitivului , ceea ce înseamnă că trebuie să i se atribuie referința de alimentare comună specificată, astfel încât celelalte două conductoare să poată opera cu referire la aceasta.

Un tranzistor NPN va avea întotdeauna nevoie de o sursă negativă ca referință, conectat la cablul emițătorului său pentru o funcționare corectă, în timp ce pentru un PNP, acesta va fi linia de alimentare pozitivă pentru emițătorul său.

Colectorul este cablul de încărcare al unui tranzistor, iar sarcina care trebuie comutată este introdusă la colectorul unui tranzistor (a se vedea figura).

baza unui tranzistor este terminalul de declanșare care trebuie aplicat cu un nivel de tensiune mic, astfel încât curentul prin sarcină să poată trece, prin linia emițătorului, completând circuitul și operând sarcina.

Înlăturarea sursei de declanșare la bază oprește imediat sarcina sau pur și simplu curentul din colector și terminalele emițătorului.

Înțelegerea tranzistoarelor de putere TO-126, TO-220:

Acestea sunt tranzistoare de putere de tip mediu utilizate pentru aplicații care necesită comutarea unor transformatoare puternice, lămpi etc. și pentru conducerea dispozitivelor TO-3, de exemplu, sunt BD139, BD140, BD135 etc.

Identificarea pinouts BJT

pinout sunt identificate în modul următor:

Ținând dispozitivul cu suprafața imprimată orientată spre dvs., cablul lateral drept este emițătorul, cablul central este colectorul, iar cablul lateral stâng este baza.

Funcționarea și principiul declanșatorului sunt exact similare cu cele explicate în secțiunea anterioară.

Dispozitivul este acționat cu sarcini de oriunde de la 100 mA la 2 amperi prin colectorul lor până la emițător.

Declanșatorul de bază poate fi de la 1 la 5 volți cu curenți care nu depășesc 50 mA, în funcție de puterea sarcinilor de comutat.

Înțelegerea tranzistoarelor de putere TO-3:

Acestea pot fi văzute în pachete metalice așa cum se arată în figură. Exemplele comune de tranzistoare de putere TO-3 sunt 2N3055, AD149, BU205 etc.

Conductoarele unui pachet TO-3 pot fi identificate după cum urmează:

Ținând partea de plumb a dispozitivului spre tine astfel încât partea metalică de lângă plumbele cu suprafață mai mare să fie menținută în sus (vezi figura), plumbul din partea dreaptă este baza, plumbul din partea stângă este emițătorul în timp ce corpul metalic al dispozitivului formează colectorul coletului.

Funcția și principiul de funcționare sunt aproape la fel ca cele explicate pentru tranzistorul de semnal mic, cu toate acestea, specificațiile de putere cresc proporțional, așa cum se arată mai jos:

Tensiunea colector-emițător poate fi între 30 și 400 volți și curent între 10 și 30 Amperi.

Declanșatorul de bază ar trebui să fie optim în jur de 5 volți, cu niveluri de curent de la 10 la 50 mA în funcție de magnitudinea sarcinii care trebuie declanșată. Curentul de declanșare de bază este direct proporțional cu curentul de încărcare.

Aveți întrebări mai specifice? Vă rugăm să le întrebați prin comentariile dvs., sunt aici pentru a le rezolva pe toate pentru dvs.