如何作为开关操作晶体管

时间:2025-03-17
  晶体管开关对于低直流开/关的转换中的电子设备至关重要, 在其截止状态或饱和状态下晶体管的操作。某些电子设备(例如LED)需要几毫安的电源,并且可以由逻辑门输出驱动。但是,高功率电子设备(例如电磁阀,灯和电动机)比逻辑门供应需要更多的电力。输入晶体管开关。
  图片使用的Adobe股票

  晶体管开关操作和操作区域

  图1中图上的蓝色阴影区域表示饱和区域,而粉红色阴影区域则表示截止区域。
  图1。晶体管操作区域。图片由西蒙·穆尼瓦(Simon Munyua Mugo)提供这些区域被定义为:
  饱和区域。这是将晶体管在收集器处以为电流的基本电流和电压下降的区域,在收集器发射器处将其值下降,这又使耗尽层尽可能微小,从而使电流的流动流过我们的晶体管。这使晶体管打开。图2证明了饱和区域的特征。
  输入和底座连接到V CC
  碱发射器电压V为> 0.7V
  基本发射线交界处是向前偏见的
  基础 - 收集器连接处有偏见
  晶体管是“全面”(饱和区域)
  收集器电流流(I C = V CC /R L)
  V CE = 0(理想饱和)
  v out = v ce =“ 0”

  晶体管作为“封闭开关”运行

  图2。饱和区域特征。图片由西蒙·穆尼瓦(Simon Munyua Mugo)提供截止区域。在这里,输入碱电流和输出收集器电流为零,收集器电压处于值,导致较大的耗竭层,零电流流过晶体管。在这种情况下,晶体管被关闭。
  截止区域特征如下所示:
  输入和底座是接地的(0V)
  碱发射器电压V为<0.7V
  基本发射线连接处是反向偏见的
  基础接口相反
  晶体管是“完全关闭的”(截止区域)
  没有收集器电流流(I C = 0)
  v out = v ce = v cc =“ 1”

  晶体管作为“打开开关”运行

  图3。截止区域特征。图片由西蒙·穆尼瓦(Simon Munyua Mugo)提供晶体管操作类似于单极单插曲固态开关的操作,当在其底座上应用零信号时,它将保持关闭,在这种情况下,它充当开放开关,零收集器电流流动。当我们将正信号应用于晶体管的底部时,它会打开,在这种情况下,它充当封闭开关,其中电流流过它。

  基本晶体管开关电路

  图4。基本的NPN晶体管开关电路。图片由西蒙·穆尼瓦(Simon Munyua Mugo)提供该电路类似于公共发射极电路的电路。不同之处在于,我们需要完全打开晶体管(饱和)或完全关闭(截止),以便能够作为开关操作。
  当完全关闭电流流通过它的0电流流动时,一个理想的晶体管开关在发射器和收集器之间具有无限的电阻,并且在完全对准的发射器和收集器之间的0导致电流流到值时。
  实际上,当晶体管在完全关闭时的切断时运行时,我们将有少量的泄漏电流。另一方面,在饱和区域操作时,该设备具有低电阻,导致我们称为饱和电压的小电压的流动(V CE)。
  为了使基本电流开始流动,基本端子必须比发射器更正。对于硅设备,底座必须具有至少0.7伏的偏置输入电压。改变基本发射极电压(V BE)会改变基本电流,后者又改变了流过给定晶体管的收集器电流。
  如果我们达到收集器电流的流量,则晶体管将饱和。放置晶体管所需的输入电压和电流由基本电阻确定让我们假设
  b = 200,i c = 6mA,i b = 25UA
  找到在输入的电压超过3.0V时,找到在晶体管上完全供电所需的基本电阻(R B )值解决方案
  \(r_ {b} =(v_ {in} -v_ {be})/i_ {b} \)\(r_ {b} =(3.0V-0.7)/25x10 \)^\(-6 \)\(R_ {B} = 92K \ Omega \)

  保证饱和晶体管开关的值为82kΩ。

  图5。数字逻辑晶体管开关。图片由西蒙·穆尼瓦(Simon Munyua Mugo)提供在上述电路中,R B 是从数字逻辑门限制输出电流所必需的。
  PNP晶体管开关

  PNP晶体管可以与NPN晶体管相同。区别在于,在PNP中,负载始终连接到地面,PNP将用于将功率切换为负载。为了打开PNP晶体管,我们必须如图6所示地面底座。

  图6。PNP晶体管的开关电路。图片由西蒙·穆尼瓦(Simon Munyua Mugo)提供用于计算收集器电流,基本电阻和电压计算的PNP晶体管方程仍然与NPN计算中使用的相同。区别在于开关电流。对于PNP,开关电流是采购电流。对于NPN,它是下沉电流。
  达灵顿晶体管开关
  这涉及使用多个开关晶体管,因为有一段时间,单个双极晶体管的直流增益太低而无法切换负载电压或电流。在配置中,一个小的输入双极连接晶体管(BJT)晶体管参与打开和关闭较大的电流保持输出bjt晶体管。
  为了化信号增益,两个晶体管以达灵顿的配置连接,其中包含两个NPN或PNP双极晶体管互连的互连,使得晶体管1的当前增益乘以晶体管2的当前增益,终与具有较高基础较小基础电流的单个晶体管相同的设备,以较小的基础电流的应用。
  该晶体管的总电流增益值是每个晶体管的个体值的产物;\ [\ beta_ {total} = \ beta_ {1} \ times \ beta_ {2} \] \]

  以下是Darlington晶体管开关配置。

  图7。NPNDarlington配置。图片由西蒙·穆尼瓦(Simon Munyua Mugo)提供在NPN Darlington的配置中,两个晶体管的收集器连接在一起,而第二晶体管的底部连接到晶体管的发射极。从配置中,我们可以看到晶体管的发射器电流成为将其打开的第二晶体管的基本电流。


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