บน 04/06/2024 540

การเรียนรู้การใช้ทรานซิสเตอร์เป็นสวิตช์

ทรานซิสเตอร์เป็นพื้นฐานของโลกของการออกแบบอิเล็กทรอนิกส์เนื่องจากพวกเขาให้พลังงานประสิทธิภาพและการทำงานของวงจรที่ทันสมัยบทความนี้นำเสนอการเปลี่ยนแปลงการทำงานและการใช้งานของทรานซิสเตอร์ทางแยกสองขั้ว (BJTs) ในการกำหนดค่าต่างๆโดยเน้นบทบาทที่สำคัญของพวกเขาทั้งในทั้งความอิ่มตัวและสถานะการตัดมีการสำรวจหลักการพื้นฐานของการดำเนินงานของทรานซิสเตอร์ - โดยให้ความสนใจเป็นพิเศษกับการเปลี่ยนผ่านระหว่าง "ON" (ความอิ่มตัว) และ "ปิด" (cutoff) - รวมถึงการบูรณาการเชิงกลยุทธ์ของส่วนประกอบเหล่านี้ในวงจรดิจิตอลและอะนาล็อกการอภิปรายขยายไปถึงการกำหนดค่าที่ใช้งานได้เช่นคู่ดาร์ลิงตันสำหรับแอพพลิเคชั่นปัจจุบันที่สูงขึ้นและการรวมตัวกันของทรานซิสเตอร์ลงในสวิตช์ที่ใช้แสงและความร้อนโดยเน้นความเก่งกาจในการออกแบบอิเล็กทรอนิกส์

แคตตาล็อก

รูปที่ 1: สวิตช์ทรานซิสเตอร์

ทรานซิสเตอร์สลับได้อย่างไร?

ทรานซิสเตอร์, การตั้งถิ่นฐานสำหรับการออกแบบวงจรอิเล็กทรอนิกส์, ฟังก์ชั่นอย่างมีประสิทธิภาพเป็นสวิตช์โดยการทำงานส่วนใหญ่ในสองภูมิภาค: ความอิ่มตัวและการตัดการทำความเข้าใจภูมิภาคเหล่านี้เป็นกุญแจสำคัญสำหรับฟังก์ชั่นสวิตช์ที่มีประสิทธิภาพ

รูปที่ 2: พื้นที่อิ่มตัว

ในพื้นที่อิ่มตัวทรานซิสเตอร์ทำหน้าที่เหมือนสวิตช์ปิดสถานะนี้สามารถทำได้โดยการตรวจสอบให้แน่ใจว่าทั้งทางแยกฐานและตัวเก็บฐานเป็นไปข้างหน้ามีอคติไปข้างหน้าโดยทั่วไปแล้วแรงดันไฟฟ้าพื้นฐานที่สูงกว่า 0.7 โวลต์จะขับทรานซิสเตอร์ไปสู่ความอิ่มตัวทำให้การไหลของกระแสสูงสุดกระแสผ่านตัวรวบรวม (IC) ถูกกำหนดโดยพารามิเตอร์วงจร (IC = VCC/RL)ที่นี่แรงดันไฟฟ้าลดลงข้ามทางแยกตัวสะสม-ตัวแสดงนั้นน้อยที่สุดใกล้กับศูนย์แสดงให้เห็นว่าทรานซิสเตอร์นั้นเต็มไปด้วย "เปิด" และกระแสกระแสไฟฟ้าอย่างอิสระ

รูปที่ 3. ภูมิภาคตัด

ในความแตกต่างภูมิภาค cutoff เกิดขึ้นเมื่อไม่มีกระแสฐานนำไปสู่ไม่มีกระแสสะสมสถานะนี้มาถึงเมื่อฐานของทรานซิสเตอร์มีศักยภาพบนพื้นดินทำให้ทั้งสองทางกลับมีอคติเป็นผลให้แรงดันไฟฟ้าของตัวสะสม-emitter ถึงสูงสุดเท่ากับแรงดันไฟฟ้า VCCในสถานะนี้ทรานซิสเตอร์ทำหน้าที่เหมือนสวิตช์เปิดปิดการไหลของกระแสใด ๆ ผ่านวงจร

รูปที่ 4: วงจรทรานซิสเตอร์พื้นฐาน

การสร้างวงจรทรานซิสเตอร์พื้นฐาน

วงจรการสลับทรานซิสเตอร์พื้นฐานมักใช้การกำหนดค่าตัวส่งสัญญาณทั่วไปที่ออกแบบมาสำหรับฟังก์ชั่นการสลับที่มีประสิทธิภาพประสิทธิภาพของทรานซิสเตอร์เป็นสวิตช์ขึ้นอยู่กับความสามารถในการสลับระหว่างสองสถานะ: ความอิ่มตัว (เต็ม "บน") และ cutoff (เต็ม "ปิด")

สภาพอิ่มตัว

ในสถานะความอิ่มตัวความต้านทานของทรานซิสเตอร์ระหว่างตัวส่งและตัวสะสมจะลดลงอย่างมากทำให้การไหลของกระแสสูงสุดผ่านวงจรสถานะนี้เกิดขึ้นเมื่อจุดเชื่อมต่อฐานและตัวเก็บฐานเป็นตัวเลือกที่มีอคติไปข้างหน้าโดยทั่วไปแล้วแรงดันไฟฟ้าพื้นฐานจะต้องเกิน 0.7 โวลต์เพื่อให้ได้ความอิ่มตัวเพื่อให้มั่นใจว่ากระแสฐานเพียงพอที่จะขับทรานซิสเตอร์เปิดอย่างเต็มที่

สถานะตัดออก

อย่างเท่าเทียมกันในสถานะการตัดความต้านทานภายในจะสูงมากบล็อกการไหลของกระแสใด ๆ อย่างมีประสิทธิภาพสิ่งนี้จะเกิดขึ้นเมื่อแรงดันไฟฟ้าพื้นฐานต่ำกว่าเกณฑ์ (โดยทั่วไปคือ 0.7 โวลต์สำหรับทรานซิสเตอร์ซิลิคอน) ส่งผลให้ไม่มีกระแสพื้นฐานและดังนั้นจึงไม่มีกระแสสะสม

กระแสรั่วไหล

แม้ในสถานะตัดทรานซิสเตอร์สามารถแสดงกระแสรั่วไหลเล็กน้อยแม้ว่าจะน้อยที่สุด แต่การรั่วไหลนี้มีความสำคัญในการออกแบบวงจรที่แม่นยำเนื่องจากอาจส่งผลกระทบต่อประสิทธิภาพของวงจรโดยรวม

การคำนวณตัวต้านทานฐาน

มุมมองที่ร้ายแรงของการออกแบบวงจรสวิตช์กำลังคำนวณตัวต้านทานฐานที่เหมาะสม (RB) ซึ่งควบคุมกระแสพื้นฐาน (IB)ตัวอย่างเช่นหากกระแสฐานที่ต้องการคือ25μAโดยมีแรงดันไฟฟ้าฐาน 0.7V และแรงดันไฟฟ้าอินพุตคือ 3.0V ตัวต้านทานฐานคำนวณโดยใช้กฎของโอห์ม:

การคำนวณนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่ากระแสฐานเพียงพอที่จะผลักดันให้ทรานซิสเตอร์เข้าสู่ความอิ่มตัวทำให้สามารถทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพเป็นสวิตช์ค่าตัวต้านทานที่แม่นยำเป็นกุญแจสำคัญสำหรับการดำเนินการสวิตช์ที่เชื่อถือได้โดยเน้นการพิจารณาโดยละเอียดที่จำเป็นในการออกแบบวงจรที่อิงกับทรานซิสเตอร์

รูปที่ 5: สวิตช์ทรานซิสเตอร์ PNP

แอปพลิเคชันสวิตช์ทรานซิสเตอร์ PNP

ทรานซิสเตอร์ PNP เป็นสวิตช์ที่มีประสิทธิภาพในวงจรคล้ายกับทรานซิสเตอร์ NPN แต่พวกเขาแตกต่างกันในทิศทางการตั้งค่าและการไหลของกระแสในการกำหนดค่าการสลับทรานซิสเตอร์ PNP ที่โดดเด่นโหลดจะเชื่อมต่อโดยตรงกับพื้นดินและทรานซิสเตอร์ควบคุมแหล่งจ่ายไฟไปยังโหลด

ในการเปิดใช้งานทรานซิสเตอร์ PNP ฐานจะต้องมีการต่อสายดินซึ่งตรงข้ามกับเงื่อนไขที่จำเป็นสำหรับทรานซิสเตอร์ NPNในทรานซิสเตอร์ PNP แทนที่จะจมกระแสฐานทรานซิสเตอร์แหล่งที่มาดังนั้นกระแสของตัวสะสมจะไหลจากตัวส่งไปยังตัวสะสมเมื่อทรานซิสเตอร์เปิดอยู่

การพลิกกลับนี้เป็นศูนย์กลางในการออกแบบวงจรที่การจัดหาในปัจจุบันมีประโยชน์โดยเฉพาะอย่างยิ่งที่การสลับระดับพื้นดินเป็นจริงหรือจำเป็นตามตรรกะของวงจรการทำความเข้าใจข้อกำหนดปัจจุบันและแรงดันไฟฟ้าที่กลับด้านเหล่านี้เป็นพื้นฐานสำหรับการใช้ทรานซิสเตอร์ PNP อย่างถูกต้องในบทบาทสวิตช์เพิ่มความน่าเชื่อถือและประสิทธิภาพ

การเปลี่ยนแปลงของแรงดันไฟฟ้าฐานและตัวส่งสัญญาณ

การต่อสายดินฐานเพื่อเปิดใช้งานทรานซิสเตอร์หมายถึงแรงดันไฟฟ้าฐานจะต้องต่ำกว่าแรงดันไฟฟ้าของตัวส่งสัญญาณโดยทั่วไปจะใกล้เคียงกับศักยภาพของพื้นดินสิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าทรานซิสเตอร์จะยังคงดำเนินการเพื่อจัดการการส่งมอบพลังงานไปยังโหลดเมื่อปิดสวิตช์

รูปที่ 6: วงจรทรานซิสเตอร์ NPN

จะตั้งค่าวงจรทรานซิสเตอร์ NPN ได้อย่างไร?

ในการออกแบบทางอิเล็กทรอนิกส์ทรานซิสเตอร์ NPN จำเป็นต้องใช้ในวงจรสวิตช์ตัวส่งสัญญาณทั่วไปซึ่งทำงานในสองสถานะหลัก: เต็ม "เปิด" (อิ่มตัว) และ "ปิด" อย่างเต็มที่ (ตัดออก)

เมื่อทรานซิสเตอร์ NPN อิ่มตัวมันจะนำเสนอความต้านทานน้อยที่สุดช่วยให้การไหลของกระแสสูงสุดผ่านวงจรอย่างไรก็ตามในการใช้งานในทางปฏิบัติแรงดันไฟฟ้าอิ่มตัวเล็กน้อยยังคงมีอยู่ซึ่งหมายความว่ามีแรงดันไฟฟ้าลดลงเล็กน้อยในทรานซิสเตอร์แม้ว่ามันจะเปิดอย่างเต็มที่

ในสถานะที่ถูกตัดออกทรานซิสเตอร์แสดงความต้านทานสูงมากหยุดการไหลของกระแสไฟฟ้าอย่างมีประสิทธิภาพอย่างไรก็ตามเรื่องนี้กระแสรั่วไหลเล็กน้อยอาจยังคงเกิดขึ้นซึ่งจะต้องมีการออกแบบในการออกแบบวงจรที่แม่นยำ

การทำงานของทรานซิสเตอร์ NPN เป็นสวิตช์เชื่อมโยงอย่างใกล้ชิดกับการควบคุมของกระแสพื้นฐานการปรับแรงดันไฟฟ้าฐานตัวอ่อนนั้นร้ายแรงเนื่องจากมันกำหนดปริมาณของกระแสไฟฟ้าที่ไหลเข้าสู่ฐานดังนั้นจึงควบคุมกระแสสะสม

การตั้งค่าแรงดันไฟฟ้าพื้นฐานประมาณ 0.7 โวลต์ในทรานซิสเตอร์ซิลิคอนทำให้มั่นใจได้ว่าฐานนั้นมีอคติไปข้างหน้าอย่างเพียงพอสิ่งนี้ช่วยให้กระแสเพียงพอที่จะไหลเข้าสู่ฐานขับทรานซิสเตอร์ไปสู่ความอิ่มตัวการควบคุมที่แม่นยำนี้ในปัจจุบันและปัจจุบันตัวสะสมในปัจจุบันนั้นเน้นถึงประสิทธิภาพของทรานซิสเตอร์ในฐานะสวิตช์จัดการเส้นทางไฟฟ้าด้วยความแม่นยำ

รูปที่ 7: สวิตช์ทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตัน

เพิ่มประสิทธิภาพสูงสุดด้วยสวิตช์ทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตัน

ในแอปพลิเคชันการสลับพลังงานสูงทรานซิสเตอร์เดี่ยวมักจะขาดอัตราขยายที่จำเป็นในการขับเคลื่อนการโหลดอย่างมีประสิทธิภาพการกำหนดค่า Darlington นำเสนอโซลูชันที่ทรงพลังโดยการรวมสองทรานซิสเตอร์ในการจัดเรียงแบบเรียงซ้อนในช่วงหัวเลี้ยวหัวต่อนี้ตัวส่งสัญญาณของทรานซิสเตอร์แรกจะป้อนเข้าสู่ฐานของทรานซิสเตอร์ที่สองโดยตรงซึ่งเป็นการขยายอัตราขยายโดยรวมอย่างมีนัยสำคัญ

ขยายกำไรปัจจุบัน

การกำหนดค่าของดาร์ลิงตันคูณผลกำไรปัจจุบันของทรานซิสเตอร์ทั้งสองส่งผลให้เกิดกำไรโดยรวมที่สูงขึ้นมากนี่คือจุดเด็ดขาดสำหรับแอปพลิเคชันที่ต้องการประสิทธิภาพที่แข็งแกร่งจากกระแสอินพุตน้อยที่สุดกระแสฐานขนาดเล็กในทรานซิสเตอร์แรกได้รับการขยายขับรถทรานซิสเตอร์ที่สองซึ่งจะขยายกระแสไฟฟ้าเพื่อขับโหลด

คู่ของดาร์ลิงตันมีประโยชน์อย่างยิ่งในระบบที่ต้องใช้การขยายกระแสมากจากกระแสฐานต่ำเหมาะอย่างยิ่งสำหรับการใช้งานที่มีกำลังสูงเช่นอินเวอร์เตอร์, การควบคุมมอเตอร์ DC, วงจรแสงและมอเตอร์สเต็ปเปอร์การกำหนดค่าเหล่านี้ไม่เพียง แต่ปรับปรุงความเร็วในการสลับ แต่ยังจัดการกับแรงดันไฟฟ้าและกระแสที่สูงขึ้น

ข้อควรพิจารณาแรงดันไฟฟ้าพื้นฐาน

สิ่งสำคัญอย่างหนึ่งของการใช้ทรานซิสเตอร์ดาร์ลิงตันคือข้อกำหนดแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นที่ทางแยกพื้นฐานของตัวอ่อนซึ่งโดยทั่วไปจะมีประมาณ 1.4 โวลต์สำหรับอุปกรณ์ที่ใช้ซิลิคอนการเพิ่มขึ้นนี้เกิดจากการเชื่อมต่อซีรีส์ของสองทางแยก PN ในคู่ดาร์ลิงตันนักออกแบบวงจรจะต้องคำนึงถึงข้อกำหนดของแรงดันไฟฟ้านี้เพื่อให้แน่ใจว่าการทำงานของทรานซิสเตอร์ที่มีประสิทธิภาพและเพื่อใช้ประโยชน์จากอัตราขยายที่สูงในปัจจุบันที่ได้รับจากการกำหนดค่า

ทรานซิสเตอร์ในการสลับดิจิตอล

การรวมทรานซิสเตอร์เป็นสวิตช์ในวงจรดิจิตอลต้องมีการสอบเทียบที่แม่นยำของค่าตัวต้านทานพื้นฐานสิ่งนี้ทำให้มั่นใจได้ว่าการใช้งานที่ดีที่สุดโดยไม่กระทบต่อส่วนประกอบตรรกะดิจิตอลตัวต้านทานฐานควบคุมกระแสจากประตูตรรกะไปยังทรานซิสเตอร์มันเด็ดขาดที่จะป้องกันไม่ให้กระแสมากเกินไปซึ่งสามารถทำลายทรานซิสเตอร์หรือประสิทธิภาพของวงจรที่บกพร่อง

การเลือกค่าตัวต้านทานฐานที่ถูกต้องเกี่ยวข้องกับการพิจารณาคุณสมบัติเอาต์พุตของเกตลอจิกและข้อกำหนดอินพุตของทรานซิสเตอร์ซึ่งรวมถึงการคำนวณกระแสสูงสุดที่เกตลอจิกสามารถส่งออกได้อย่างปลอดภัยและปรับตัวต้านทานฐานเพื่อ จำกัด กระแสฐานทรานซิสเตอร์สมมติว่าถ้าเกตลอจิกส่งออก 5V และทรานซิสเตอร์ต้องการกระแสพื้นฐานของ 1 mA เพื่อสลับตัวต้านทานพื้นฐานควร จำกัด กระแสไฟฟ้าเข้าสู่ระดับนี้ซึ่งคิดเป็นแรงดันไฟฟ้าตกผ่านทางแยกพื้นฐาน

ทรานซิสเตอร์ในวงจรดิจิตอลจะต้องทำงานอย่างพึ่งพาและมีประสิทธิภาพซึ่งต้องใช้การรวมอย่างรอบคอบรับประกันได้ว่าประสิทธิภาพและความยืดหยุ่นของระบบอย่างต่อเนื่องโดยการปกป้องทรานซิสเตอร์รวมถึงส่วนประกอบตรรกะดิจิตอลความน่าเชื่อถือความเร็วในการสลับและเวลาตอบสนองของวงจรได้รับการปรับปรุงทั้งหมดโดยการวางและคำนวณตัวต้านทานฐานอย่างเหมาะสมซึ่งจะเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของการออกแบบดิจิตอล

เคล็ดลับในการใช้สวิตช์ทรานซิสเตอร์

เมื่อใช้ทรานซิสเตอร์เป็นสวิตช์ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์จำเป็นต้องใช้งานในภูมิภาคที่กำหนดไว้: ความอิ่มตัวอย่างสมบูรณ์ "เปิด" และตัดออกอย่างเต็มที่ "ปิด"สิ่งนี้ช่วยให้มั่นใจได้ว่าการควบคุมอุปกรณ์อย่างมีประสิทธิภาพเช่นหลอดไฟมอเตอร์และรีเลย์ใช้ประโยชน์จากกระแสพื้นฐานขนาดเล็กเพื่อจัดการกระแสสะสมขนาดใหญ่

เพื่อประสิทธิภาพที่มีประสิทธิภาพทรานซิสเตอร์จะต้องดำเนินการอย่างชัดเจนในความอิ่มตัวและภูมิภาคที่ถูกตัดออกในความอิ่มตัวของทรานซิสเตอร์ทำหน้าที่เป็นสวิตช์ปิดช่วยให้การไหลของกระแสสูงสุดในการตัดมันทำหน้าที่เป็นสวิตช์เปิดป้องกันการไหลของกระแส

การจัดการกระแสน้ำที่สำคัญด้วยการกำหนดค่าดาร์ลิงตัน

ในวงจรที่จัดการกระแสที่สำคัญโดยใช้การกำหนดค่าดาร์ลิงตันการตั้งค่านี้เกี่ยวข้องกับการจัดเรียงแบบตีคู่ของสองทรานซิสเตอร์เพื่อขยายกำไรปัจจุบันกระแสอินพุตขนาดเล็กที่ฐานของทรานซิสเตอร์แรกควบคุมกระแสเอาต์พุตที่ใหญ่กว่ามากทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่มีกำลังสูง

การเลือกส่วนประกอบที่แม่นยำและการออกแบบวงจร

ประสิทธิภาพของทรานซิสเตอร์ที่ดีที่สุดขึ้นอยู่กับการเลือกส่วนประกอบที่มีการจัดอันดับกระแสและแรงดันไฟฟ้าที่เหมาะสมการออกแบบวงจรไดรฟ์ฐานเพื่อให้ทรานซิสเตอร์อยู่ในพื้นที่ปฏิบัติการที่ปลอดภัยนั้นมีความสำคัญสูงการรวมองค์ประกอบป้องกันเช่นตัวต้านทานฐานและไดโอด flyback (สำหรับโหลดอุปนัย) ช่วยเพิ่มความน่าเชื่อถือและอายุยืน

ตัวต้านทานฐาน จำกัด กระแสฐานป้องกันความเสียหายต่อทรานซิสเตอร์ไดโอด flyback ป้องกันแรงดันไฟฟ้าแหลมเมื่อเปลี่ยนโหลดอุปนัยช่วยปกป้องทั้งทรานซิสเตอร์และวงจร

รูปที่ 8: สวิตช์ทรานซิสเตอร์ทางแยกสองขั้ว

ข้อดีของการใช้ทรานซิสเตอร์แยกสองขั้ว (BJTs) เป็นสวิตช์

การใช้ทรานซิสเตอร์ทางแยกสองขั้ว (BJTs) เป็นสวิตช์ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์มีข้อได้เปรียบมากมาย

ประสิทธิภาพในการสูญเสียพลังงาน

BJTs มีประสิทธิภาพสูงในสถานะที่รุนแรงของพวกเขา-การตัดออกและความอิ่มตัวในสถานะที่ถูกตัดออกแทบจะไม่มีการไหลในปัจจุบันในสถานะความอิ่มตัวแรงดันไฟฟ้าจะลดลงข้ามทรานซิสเตอร์น้อยที่สุดส่งผลให้การกระจายพลังงานต่ำการใช้พลังงานที่มีประสิทธิภาพนี้ช่วยเพิ่มประสิทธิภาพโดยรวมของวงจร

การทำงานของแรงดันไฟฟ้าต่ำ

BJT ทำงานที่แรงดันไฟฟ้าค่อนข้างต่ำเพิ่มความปลอดภัยโดยการลดอันตรายทางไฟฟ้าการดำเนินการแรงดันไฟฟ้าต่ำนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งในการใช้งานอิเล็กทรอนิกส์ที่ละเอียดอ่อนซึ่งแรงดันไฟฟ้าที่สูงขึ้นอาจสร้างความเสียหายต่อส่วนประกอบอื่น ๆ

ไม่มีการสึกหรอเชิงกล

ซึ่งแตกต่างจากสวิตช์เชิงกล BJT ไม่ได้รับผลกระทบจากการย่อยสลายทางกายภาพในฐานะที่เป็นอุปกรณ์ของโซลิดสเตตพวกเขาจะปราศจากการสึกหรอร่วมกันกับส่วนประกอบเชิงกลส่งผลให้เกิดความน่าเชื่อถือมากขึ้นและอายุการใช้งานที่ยาวนานขึ้นสำหรับอุปกรณ์

กะทัดรัดและมีน้ำหนักเบา

BJTs มีขนาดกะทัดรัดและมีน้ำหนักเบาทำให้เหมาะสำหรับการใช้งานที่พื้นที่และน้ำหนักเป็นข้อ จำกัด ที่ไม่ปลอดภัยแม้จะมีขนาดเล็ก แต่พวกเขาก็จัดการกับกระแสสูงและให้การสูญเสียการนำไฟฟ้าลดลงเมื่อเทียบกับอุปกรณ์เช่นรีเลย์หรือสวิตช์เชิงกลสิ่งนี้มีคุณค่าอย่างยิ่งในการใช้งานปัจจุบันที่มีประสิทธิภาพและการใช้พื้นที่เป็นข้อควรพิจารณาที่สำคัญ

โดยรวมแล้ว BJT ให้ประสิทธิภาพการปฏิบัติงานที่ดีขึ้นความปลอดภัยความทนทานและประสิทธิภาพเหมาะสำหรับการใช้งานที่หลากหลายตั้งแต่อุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ขนาดเล็กไปจนถึงระบบอุตสาหกรรมที่มีพลังงานสูงผลประโยชน์ในทางปฏิบัติเหล่านี้ทำให้ BJT เป็นตัวเลือกที่เชื่อถือได้และมีประสิทธิภาพสำหรับความต้องการการสลับอิเล็กทรอนิกส์ที่หลากหลาย

การเปลี่ยนแปลงโดยละเอียดของการทำงานของทรานซิสเตอร์ในการสลับ

ฟังก์ชั่นทรานซิสเตอร์แบบไดนามิกระหว่างสองสถานะหลักในการใช้งานจริง: เป็นสวิตช์เปิดในภูมิภาคที่ถูกตัดและเป็นสวิตช์ปิดในพื้นที่อิ่มตัว

ในสถานะที่ถูกตัดออกทั้งทางแยกฐานและตัวรวบรวมฐานจะกลับมีอคติแบบย้อนกลับสิ่งนี้ยับยั้งการไหลของกระแสการแยกตัวสะสมออกจากตัวปล่อยและลดการกระจายพลังงานให้น้อยที่สุดทำให้ทรานซิสเตอร์ "ปิด"

ในอีกทางหนึ่งในพื้นที่อิ่มตัวทั้งสองทางแยกนั้นมีลำเอียงไปข้างหน้าช่วยให้การไหลของกระแสสูงสุดกระแสความอิ่มตัวของตัวสะสม (ICSAT) ไหลผ่านทรานซิสเตอร์อย่างอิสระทำให้มัน "เปิด" อย่างเต็มที่สถานะนี้เป็นสิ่งจำเป็นสำหรับการรับรองความต่อเนื่องของวงจรอย่างต่อเนื่องทำให้ทรานซิสเตอร์สามารถถ่ายทอดพลังงานหรือสัญญาณข้ามวงจรได้อย่างมีประสิทธิภาพ

การเปลี่ยนแปลงระหว่างสถานะเหล่านี้และการบำรุงรักษาภายใต้เงื่อนไขไฟฟ้าที่แตกต่างกันเป็นพื้นฐานในการใช้ทรานซิสเตอร์เป็นสวิตช์อย่างมีประสิทธิภาพสิ่งนี้ต้องมีการจัดการอย่างรอบคอบของระดับฐานและระดับแรงดันไฟฟ้าเพื่อให้แน่ใจว่าการสลับที่แม่นยำและรวดเร็วตามความต้องการการปฏิบัติงานของวงจร

ประโยชน์ของสวิตช์ทรานซิสเตอร์ในการออกแบบอิเล็กทรอนิกส์ร่วมสมัย

สวิตช์ทรานซิสเตอร์เป็นพื้นฐานในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยนำเสนอประสิทธิภาพที่เหนือกว่าความน่าเชื่อถือและความสามารถในการปรับตัวข้อดีเหล่านี้ทำให้พวกเขาต้องการส่วนประกอบผ่านสวิตช์เชิงกลแบบดั้งเดิม

ลดการกระจายพลังงาน: สวิตช์ทรานซิสเตอร์แสดงการกระจายพลังงานลดลงอย่างมีนัยสำคัญ

การดำเนินการแรงดันไฟฟ้าต่ำที่มีประสิทธิภาพ: สวิตช์ทรานซิสเตอร์ทำงานได้อย่างมีประสิทธิภาพที่แรงดันไฟฟ้าต่ำสิ่งนี้จะอนุรักษ์พลังงานและลดความเสี่ยงของอันตรายที่เกี่ยวข้องกับแรงดันไฟฟ้าเพิ่มความปลอดภัยในการปฏิบัติงาน

ความทนทานและอายุยืน: ซึ่งแตกต่างจากสวิตช์เชิงกลทรานซิสเตอร์ไม่มีชิ้นส่วนที่เคลื่อนไหวและดังนั้นจึงไม่ได้รับการสึกหรอทางกายภาพขยายอายุการใช้งานของทรานซิสเตอร์และลดความจำเป็นในการบำรุงรักษา

การจัดการปัจจุบันสูง: ทรานซิสเตอร์สามารถจัดการกระแสสูงทำให้จำเป็นในการใช้งานต่าง ๆ ตั้งแต่อุปกรณ์ผู้บริโภคขนาดเล็กไปจนถึงเครื่องจักรอุตสาหกรรมขนาดใหญ่ความสามารถในการจัดการกับกระแสสูงในขณะที่ยังคงการสูญเสียพลังงานน้อยที่สุดเป็นข้อได้เปรียบที่สำคัญ

ขนาดกะทัดรัด: ขนาดกะทัดรัดของสวิตช์ทรานซิสเตอร์ช่วยให้การออกแบบที่เพรียวบางและมีประสิทธิภาพมากขึ้นในวงจรอิเล็กทรอนิกส์ปัจจัยขนาดเล็กนี้มีประโยชน์อย่างยิ่งสำหรับการสร้างอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่มีความคล่องตัวและประหยัดพื้นที่มากขึ้น

การสำรวจทรานซิสเตอร์ในการสลับแอปพลิเคชัน

ทรานซิสเตอร์มีความจำเป็นในอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยโดยเฉพาะอย่างยิ่งสวิตช์ในการใช้งานที่หลากหลายความเก่งกาจและบทบาทที่จริงจังในระบบควบคุมมีความชัดเจนในหลาย ๆ สถานการณ์

รูปที่ 9: สวิตช์ที่ดำเนินการด้วยแสง

สวิตช์ที่ดำเนินการด้วยแสง

ในสวิตช์ที่ดำเนินการด้วยแสงทรานซิสเตอร์ควบคุมระบบไฟเพื่อตอบสนองต่อการเปลี่ยนแปลงของแสงโดยรอบตัวต้านทานที่ขึ้นกับแสง (LDRs) ทำหน้าที่เป็นเซ็นเซอร์ปรับกระแสฐานในทรานซิสเตอร์ตามความเข้มของแสงการมอดูเลตนี้เปลี่ยนสถานะของทรานซิสเตอร์เปิดหรือปิดระบบไฟตามต้องการโซลูชันอัตโนมัตินี้ปรับให้เข้ากับสภาพแสงด้านสิ่งแวดล้อมได้อย่างราบรื่น

รูปที่ 10: สวิตช์ที่ดำเนินการด้วยความร้อน

สวิตช์ความร้อนที่ดำเนินการ

สวิตช์ที่ดำเนินการด้วยความร้อนใช้เทอร์มิสเตอร์ซึ่งเปลี่ยนความต้านทานด้วยการแปรผันของอุณหภูมิสวิตช์เหล่านี้เป็นศูนย์กลางในระบบควบคุมความปลอดภัยและสิ่งแวดล้อมเช่นสัญญาณเตือนไฟไหม้เมื่ออุณหภูมิสูงขึ้นอย่างมีนัยสำคัญเทอร์มิสเตอร์จะเปลี่ยนกระแสฐานของทรานซิสเตอร์ทำให้เกิดการเตือนภัยการตอบสนองอย่างรวดเร็วต่ออุณหภูมิการเปลี่ยนแปลงนี้เน้นถึงความสำคัญของทรานซิสเตอร์ในการใช้งานด้านความปลอดภัยที่เต็มไปด้วยอันตราย

รูปที่ 11: วงจรควบคุมมอเตอร์ DC

วงจรควบคุมมอเตอร์ DC

ในวงจรควบคุมมอเตอร์ DC ทรานซิสเตอร์จัดการสถานะการทำงานของมอเตอร์โดยการเปิดหรือปิดแหล่งจ่ายไฟหรือโดยการควบคุมความเร็วและทิศทางตามสัญญาณอินพุตการควบคุมที่แม่นยำนี้เป็นสิ่งจำเป็นในแอปพลิเคชันตั้งแต่ระบบหุ่นยนต์ไปจนถึงอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์สำหรับผู้บริโภคเพื่อให้มั่นใจว่าการทำงานและประสิทธิภาพ

บทสรุป

จากการวิเคราะห์จะเห็นได้ชัดว่าทรานซิสเตอร์โดยเฉพาะอย่างยิ่ง BJT เป็นเครื่องมือในการออกแบบอิเล็กทรอนิกส์ที่ทันสมัยโดยให้ประโยชน์มากมายมากกว่าสวิตช์เครื่องจักรกลแบบดั้งเดิมความสามารถของพวกเขาในการทำงานอย่างมีประสิทธิภาพในสถานะที่รุนแรง-ความอิ่มตัวและการตัด-ลดการสูญเสียพลังงานและเพิ่มประสิทธิภาพสูงสุดซึ่งเป็นข้อได้เปรียบหลักในการใช้งานที่ไวต่อพลังงานยิ่งไปกว่านั้นการรวมเข้ากับระบบเช่นการควบคุมมอเตอร์ DC สวิตช์ที่ไวต่อแสงและสัญญาณเตือนที่ขึ้นกับอุณหภูมิตอกย้ำการปรับตัวและการขาดแคลนในแอพพลิเคชั่นที่กว้างการสนทนาที่ครอบคลุมนี้ส่งเสริมความเข้าใจที่ลึกซึ้งยิ่งขึ้นเกี่ยวกับการดำเนินงานของทรานซิสเตอร์และบทบาทสำคัญในการออกแบบวงจรนอกจากนี้ยังเน้นผลกระทบต่อความทนทานประสิทธิภาพและนวัตกรรมในการพัฒนาระบบอิเล็กทรอนิกส์ทำให้พวกเขาเป็นรากฐานที่สำคัญของอุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์ร่วมสมัยและแรงผลักดันที่อยู่เบื้องหลังความก้าวหน้าทางเทคโนโลยี

คำถามที่พบบ่อย [คำถามที่พบบ่อย]

1. ทรานซิสเตอร์ทำงานเป็นสวิตช์เปิดได้อย่างไร?

ทรานซิสเตอร์ทำงานเป็นสวิตช์เปิดเมื่ออยู่ในสถานะ "ปิด" ซึ่งหมายความว่าไม่อนุญาตให้กระแสไหลระหว่างตัวสะสมและตัวส่งสัญญาณสิ่งนี้เกิดขึ้นเมื่อแรงดันไฟฟ้าพื้นฐานต่ำกว่าเกณฑ์ที่กำหนด (สำหรับทรานซิสเตอร์แยกสองขั้ว) หรือเมื่อแรงดันไฟฟ้าเกท-แหล่งที่มาไม่เพียงพอ (สำหรับทรานซิสเตอร์ผลกระทบภาคสนาม)ในสถานะนี้ทรานซิสเตอร์แยกส่วนประกอบวงจรที่เชื่อมต่อกับตัวสะสมและตัวส่งสัญญาณป้องกันกระแสไฟฟ้าคล้ายกับว่าสวิตช์เชิงกลจะอยู่ในตำแหน่ง "ปิด"

2. ทรานซิสเตอร์สามารถใช้เป็นสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ได้หรือไม่?

ใช่ทรานซิสเตอร์สามารถทำหน้าที่เป็นสวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ได้อย่างมีประสิทธิภาพมันทำสิ่งนี้โดยการสลับระหว่างความอิ่มตัว (เปิดอย่างเต็มที่) และการตัด (ปิดเต็ม)ในสถานะความอิ่มตัวทรานซิสเตอร์อนุญาตให้กระแสสูงสุดสามารถไหลได้ระหว่างตัวสะสมและตัวส่งสัญญาณทำตัวเหมือนสวิตช์ปิดในสถานะการตัดจะบล็อกการไหลของกระแส, ทำหน้าที่เหมือนสวิตช์เปิดความสามารถในการสลับนี้ใช้ในแอพพลิเคชั่นต่าง ๆ รวมถึงวงจรดิจิตอลและระบบการปรับความกว้างพัลส์ (PWM)

3. วิธีใช้ทรานซิสเตอร์เป็นสวิตช์สำหรับมอเตอร์?

ในการใช้ทรานซิสเตอร์เป็นสวิตช์สำหรับการควบคุมมอเตอร์คุณจะต้องตั้งค่าทรานซิสเตอร์ในวงจรที่สามารถจัดการกับข้อกำหนดปัจจุบันของมอเตอร์นี่คือวิธีที่ตรงไปตรงมา:

เลือกทรานซิสเตอร์ที่เหมาะสม: เลือกทรานซิสเตอร์ที่สามารถจัดการข้อกำหนดปัจจุบันและแรงดันไฟฟ้าของมอเตอร์

การตั้งค่าวงจร: เชื่อมต่อ emitter (สำหรับทรานซิสเตอร์ NPN) หรือแหล่งที่มา (สำหรับ MOSFET ประเภท N) กับพื้นเชื่อมต่อมอเตอร์ระหว่างแหล่งจ่ายไฟ (ตรงกับแรงดันไฟฟ้าที่ได้รับการจัดอันดับของมอเตอร์) และตัวสะสม (หรือท่อระบายน้ำ)

การเชื่อมต่อการควบคุม: เชื่อมต่อสัญญาณควบคุม (จากไมโครคอนโทรลเลอร์หรือวงจรควบคุมอื่น) ไปยังฐาน (หรือประตู) ของทรานซิสเตอร์ผ่านตัวต้านทานที่เหมาะสมเพื่อ จำกัด กระแสไฟฟ้า

การทำงาน: การใช้แรงดันไฟฟ้าที่เพียงพอกับฐานหรือประตูเปิดทรานซิสเตอร์เปิดให้กระแสไหลและมอเตอร์ทำงานการถอดสัญญาณปิดทรานซิสเตอร์หยุดมอเตอร์

4. คุณใช้ทรานซิสเตอร์เป็นสวิตช์ได้อย่างไร?

การใช้ทรานซิสเตอร์เป็นสวิตช์เกี่ยวข้องกับการเดินสายเพื่อควบคุมโหลด (เช่น LED, มอเตอร์หรืออุปกรณ์อิเล็กทรอนิกส์อื่น) ที่มีสัญญาณควบคุมนี่คือวิธีพื้นฐาน:

เชื่อมต่อโหลด: แนบปลายด้านหนึ่งของโหลดเข้ากับแหล่งจ่ายไฟและปลายอีกด้านกับตัวสะสม (NPN) หรือท่อระบายน้ำ (MOSFET)

การเชื่อมต่อฐาน/เกต: แนบฐานหรือเกตเข้ากับแหล่งสัญญาณควบคุมผ่านตัวต้านทาน

ปล่อย/แหล่งที่มากับพื้น: เชื่อมต่อ emitter (NPN) หรือแหล่งที่มา (MOSFET) กับพื้น

ควบคุมสัญญาณ: การเปลี่ยนแปลงสัญญาณควบคุมระหว่างสถานะสูงและต่ำจะสลับทรานซิสเตอร์ระหว่างการดำเนินการและสถานะที่ไม่ใช่ตัวนำ

5. ทรานซิสเตอร์สามารถทำหน้าที่เป็นสวิตช์หรือเครื่องขยายเสียงได้หรือไม่?

ใช่ทรานซิสเตอร์สามารถทำงานได้ทั้งแบบสวิตช์และเป็นเครื่องขยายเสียงขึ้นอยู่กับว่ามันถูกกำหนดค่าในวงจรอย่างไร:

เป็นสวิตช์: เมื่อกำหนดค่าให้ทำงานระหว่างการตัด (ปิดสถานะ) และความอิ่มตัว (บนสถานะ) มันจะทำหน้าที่เป็นสวิตช์

ในฐานะแอมพลิฟายเออร์: เมื่อกำหนดค่าในภูมิภาคที่ใช้งานอยู่ (เปิดบางส่วน) ทรานซิสเตอร์จะขยายสัญญาณอินพุตที่ฐานโดยมีเอาต์พุตขยายที่สอดคล้องกันที่ตัวสะสม

การใช้งานเหล่านี้แสดงให้เห็นถึงความเก่งกาจของทรานซิสเตอร์ในวงจรอิเล็กทรอนิกส์สามารถควบคุมความเข้มของสัญญาณหรือทำหน้าที่เป็นอุปกรณ์ไบนารีสลับระหว่างสถานะเปิดและนอก