Ứng dụng của transistor trong thực tế

Khi được sử dụng như một bộ khuếch đại tín hiệu AC, Transistor có điện áp phân cực nền ( Base ) được vận dụng để nó luôn hoạt động giải trí trong vùng “ hoạt động giải trí ”, đó là phần tuyến tính của những đường cong đặc tuyến đầu ra được sử dụng. Tuy nhiên, cả hai Transistor lưỡng cực NPN và PNP đều hoàn toàn có thể được triển khai để hoạt động giải trí như công tắc nguồn trạng thái rắn “ BẬT / TẮT ” bằng cách phân cực nền của transistor cho bộ khuếch đại tín hiệu. Công tắc trạng thái rắn là một trong những ứng dụng chính cho việc sử dụng Transistor để chuyển đầu ra DC “ BẬT ” hoặc “ TẮT ”. Một số thiết bị ví dụ điển hình như đèn LED chỉ nhu yếu một vài miliampe ở điện áp DC mức logic và do đó hoàn toàn có thể được tinh chỉnh và điều khiển trực tiếp bởi đầu ra của cổng logic. Tuy nhiên, những thiết bị hiệu suất cao như động cơ, đèn, thường nhu yếu nhiều điện hơn so với hiệu suất được cung ứng bởi cổng logic thường thì, thế cho nên những Transistor được sử dụng.

Các vùng hoạt động của Transistor được gọi là Vùng bão hòa và Vùng cắt. Điều này có nghĩa là chúng ta có thể bỏ qua phân cực điểm Q và mạch phân áp cần thiết để khuếch đại và sử dụng Transistor như một công tắc bằng cách điều khiển nó “TẮT hoàn toàn” (cắt) và “Bật hoàn toàn” (bão hòa) như hình dưới đây.

Bạn đang đọc: Ứng dụng của transistor trong thực tế

Mục Lục

Khu vực hoạt động

Vùng tô màu hồng ở dưới cùng của những đường cong bộc lộ vùng “ Cắt ” trong khi vùng màu xanh lam ở bên trái biểu lộ vùng “ Bão hòa ” của Transistor. Cả hai vùng Transistor này được định nghĩa là :

1. Vùng giới hạn

Ở đây điều kiện kèm theo hoạt động giải trí của Transistor là dòng điện ( I B = 0 ), dòng điện cực C đầu ra bằng không ( I C ) và điện áp cực lớn ( V CE ) dẫn đến lớp suy giảm lớn và không có dòng điện chạy qua. Do đó bóng bán dẫn được chuyển sang trạng thái “ TẮT trọn vẹn ”.

Đặc điểm

Cực B được nối đất (0v)
Điện áp BE V BE < 0,7 v
Tiếp giáp Base-Emitter được phân cực ngược
Tiếp giáp Base-Collector được phân cực ngược
Transistor ở trạng thái “TẮT hoàn toàn” (Vùng cắt)
( I C = 0 )
VOUT = VCE = VCC = ” 1 ″
Transistor hoạt động như một “công tắc mở”

Sau đó, tất cả chúng ta hoàn toàn có thể xác lập “ vùng cắt ” hoặc “ chính sách TẮT ” khi sử dụng bóng bán dẫn lưỡng cực làm công tắc nguồn, cả hai lớp tiếp giáp đều phân cực ngược, V B < 0,7 V và I C = 0. Đối với bóng bán dẫn PNP, điện áp BE phải âm.

2. Vùng bão hòa

Ở đây bóng bán dẫn sẽ được phân cực để lượng dòng điện tại cự B lớn nhất được đưa vào, làm dòng điện cực C lớn nhất dẫn đến sụt áp nhỏ trên cực E và dòng điện cực lớn chạy qua Transistor. Do đó bóng bán dẫn được chuyển sang “ Bật trọn vẹn ”.

Đặc điểm

Cực B được kết nối V CC
Điện áp V BE > 0,7 V
Tiếp giáp Base-Emitter được phân cực thuận
Tiếp giáp Base-Collector được phân cực thuận
Transistor “Bật hoàn toàn” (vùng bão hòa)
Dòng điện ( I C = Vcc / R L )
V CE = 0 (bão hòa lý tưởng)
V OUT = V CE = ” 0 ″
Transistor hoạt động như một “công tắc đóng”

Sau đó, tất cả chúng ta hoàn toàn có thể xác lập “ vùng bão hòa ” hoặc “ chính sách BẬT ” khi sử dụng bóng bán dẫn lưỡng cực làm công tắc nguồn, cả hai lớp tiếp giáp đều phân cực thuận, V B > 0,7 V và I C = Cực đại. Đối với bóng bán dẫn PNP, Điện áp BE phải dương. Sau đó, transistor hoạt động giải trí như một công tắc nguồn trạng thái rắn “ đơn cực ” ( SPST ). Với một tín hiệu bằng không được đặt vào cực B của transistor, nó sẽ “ TẮT ” hoạt động giải trí giống như một công tắc nguồn mở và dòng điện cực C bằng không. Với một tín hiệu dương được đặt vào cực B của transistor, nó sẽ “ BẬT ” hoạt động giải trí giống như một công tắc nguồn đóng và dòng điện mạch cực lớn chạy qua thiết bị. Dưới đây là một ví dụ về Transistor NPN như một công tắc nguồn được sử dụng để quản lý và vận hành rơ le. Với tải cảm ứng như rơle hoặc điện trở, một diode bánh đà được đặt trên tải để tiêu tán EMF phía sau được tạo ra bởi tải cảm ứng khi bóng bán dẫn chuyển sang trạng thái “ TẮT ” và do đó bảo vệ bóng bán dẫn khỏi bị hư hỏng. Nếu tải có thực chất dòng điện hoặc điện áp rất cao, ví dụ điển hình như động cơ, lò sưởi, v.v., thì dòng điện tải hoàn toàn có thể được tinh chỉnh và điều khiển trải qua một rơ le thích hợp như được minh họa.

Chuyển mạch transistor NPN cơ bản

Mạch này tương tự như như mạch E chung mà tất cả chúng ta đã xem trong những bài hướng dẫn trước. Sự độc lạ lần này là để quản lý và vận hành transistor như một công tắc nguồn, transistor được “ TẮT trọn vẹn ” ( cắt ) hoặc “ BẬT trọn vẹn ” ( bão hòa ). Một công tắc nguồn transistor lý tưởng sẽ có điện trở mạch vô hạn giữa Cực C và Cực E khi được “ TẮT trọn vẹn ” dẫn đến dòng điện chạy qua nó bằng không và điện trở giữa E và C bằng không khi được bật “ BẬT trọn vẹn ”, dẫn đến dòng điện tối đa. Trong thực tế khi bóng bán dẫn ở trạng thái “ TẮT ”, dòng điện rò nhỏ chạy qua transistor và khi “ BẬT ” trọn vẹn, có giá trị điện trở thấp gây ra điện áp bão hòa nhỏ ( V CE ) trên nó. Mặc dù transistor không phải là một công tắc nguồn hoàn hảo nhất, ở cả vùng cắt và vùng bão hòa, hiệu suất tiêu tán của bóng bán dẫn ở mức thấp. Để có dòng qua cực B, điện áp cực B phải được làm dương hơn so với Cực E bằng cách tăng nó lên trên 0,7 V. Bằng cách đổi khác điện áp Base-Emitter này V BE, dòng cực B cũng được đổi khác và do đó điều khiển và tinh chỉnh lượng dòng điện cực C chạy qua transistor như đã luận bàn trước đó.

Transistor như một công tắc chuyển mạch Ví dụ No1

Giả sử ta có những giá trị : β = 200, Ic = 4 mA và Ib = 20 uA, tìm giá trị của Điện trở cực ( Rb ) thiết yếu để transistor “ BẬT ” trọn vẹn khi điện áp đầu vào đầu vào vượt quá 2,5 v.

Xem thêm: Thiết lập góc nhìn đa chiều – Duy Tân

Giá trị ưu tiên thấp nhất là : 82 kΩ, điều này bảo vệ công tắc nguồn transistor luôn bão hòa.

Transistor như một công tắc chuyển mạch Ví dụ số 2

Một lần nữa sử dụng những giá trị tựa như ở trên, hãy tìm Dòng điện cực B tối thiểu thiết yếu để transistor “ BẬT trọn vẹn ” ( bão hòa ) cho tải nhu yếu dòng điện 200 mA khi điện áp nguồn vào được tăng lên 5,0 V. Đồng thời tính giá trị mới của Rb. Dòng điện cực B Transistor :

Điện trở cực B của transistor :

Công tắc transistor được sử dụng cho nhiều ứng dụng như tiếp xúc những thiết bị dòng điện lớn hoặc điện áp cao như động cơ, rơ le hoặc đèn với IC kỹ thuật số điện áp thấp hoặc cổng logic như cổng AND hoặc cổng OR. Ở đây, đầu ra từ cổng logic kỹ thuật số chỉ là + 5 v nhưng thiết bị được điều khiển và tinh chỉnh hoàn toàn có thể nhu yếu nguồn cung ứng 12 hoặc thậm chí còn 24 volt. Hoặc tải như Động cơ DC hoàn toàn có thể cần được điều khiển và tinh chỉnh vận tốc của nó bằng cách sử dụng một loạt những xung ( Điều chế độ rộng xung ). công tắc nguồn transistor sẽ được cho phép tất cả chúng ta làm điều này nhanh hơn và thuận tiện hơn so với những công tắc nguồn cơ học thường thì.

Công tắc transistor logic kỹ thuật số

Điện trở cực B : Rb được nhu yếu để hạn chế dòng ra từ cổng logic.

Công tắc transistor PNP

Chúng ta cũng hoàn toàn có thể sử dụng những transistor PNP như một công tắc nguồn, sự độc lạ lần này là tải được liên kết với đất ( 0V ) và transistor PNP chuyển nguồn cho nó. Để chuyển transistor PNP hoạt động giải trí như một công tắc nguồn “ BẬT ”, Cực B được liên kết với đất hoặc không vôn ( LOW ) như hình minh họa.

Mạch chuyển mạch bóng bán dẫn PNP

Các phương trình để đo lường và thống kê Điện trở cực B, Dòng cực C và điện áp trọn vẹn giống như so với công tắc nguồn transistor NPN trước đó.

Công tắc transistor Darlington

Đôi khi độ lợi dòng điện một chiều của bóng bán dẫn lưỡng cực quá thấp để chuyển đổi trực tiếp dòng tải hoặc điện áp, vì vậy nhiều transistor chuyển mạch được sử dụng. Ở đây, một transistor đầu vào nhỏ được sử dụng để chuyển “BẬT” hoặc “TẮT” một bóng bán dẫn đầu ra xử lý dòng điện lớn hơn nhiều. Để tối đa hóa độ lợi tín hiệu, hai transistor được kết nối trong một “Cấu hình cộng hưởng độ lợi bổ sung” hoặc thường được gọi là ” Transistor Darlington “

Transistor Darlington chỉ đơn giản là chứa hai bóng bán dẫn loại NPN hoặc PNP lưỡng cực được kết nối với nhau để độ lợi dòng điện của bóng bán dẫn đầu tiên được nhân với độ lợi dòng điện của transistor thứ hai để tạo ra một thiết bị hoạt động giống như một transistor duy nhất với dòng điện rất cao. Giá trị độ lợi tổng thể hiện tại Beta (β) hoặc giá trị hfe của Darlington là kết quả của hai độ lợi riêng lẻ của các bóng bán dẫn và được cho là:

Vì vậy, những transistor Darlington với giá trị β rất cao và dòng điện cực C cao nó như thể một transistor. Ví dụ : nếu transistor nguồn vào tiên phong có độ lợi dòng điện là 100 và transistor chuyển mạch thứ hai có độ lợi dòng điện là 50 thì tổng độ lợi dòng điễn sẽ là 100 * 50 = 5000. Vì vậy, ví dụ, nếu dòng tải của tất cả chúng ta từ ví dụ phía trên là 200 mA, khi đó dòng Cực B darlington chỉ 200 mA / 5000 = 40 uA. Giảm rất nhiều so với 1 mA trước đây cho một bóng bán dẫn duy nhất. Dưới đây là một ví dụ về hai loại transistor Darlington cơ bản.

Transistor Darlington

Transistor NPN Darlington ở trên cho thấy cực C của hai transistor được liên kết với nhau với cực E của transistor thứ nhất được liên kết với cực gốc của transistor thứ hai, do đó, dòng điện cực E của transistor thứ nhất trở thành dòng điện cực B của transistor thứ hai nó “ BẬT ”.

Transistor đầu tiên hoặc “đầu vào” nhận tín hiệu đầu vào đến Cực B của nó. transistor này khuếch đại nó theo cách thông thường và sử dụng nó để điều khiển các transistor “đầu ra” thứ hai lớn hơn. Transistor thứ hai khuếch đại tín hiệu một lần nữa dẫn đến độ lợi dòng điện rất cao. Một trong những đặc điểm chính của Transistor Darlington là độ lợi dòng điện cao so với transistor lưỡng cực đơn.

Xem thêm: Hoàng Duy Hùng – Wikipedia tiếng Việt

Cùng với năng lực quy đổi dòng điện và điện áp tăng cao, một ưu điểm khác của “ Transistor Darlington ” là ở vận tốc chuyển mạch cao khiến chúng trở nên lý tưởng để sử dụng trong những mạch quy đổi, mạch chiếu sáng và những ứng dụng điều khiển và tinh chỉnh động cơ DC hoặc động cơ bước. Một điểm độc lạ cần xem xét khi sử dụng Transistor Darlington so với những loại transistor đơn cực thường thì khi sử dụng transistor làm công tắc nguồn là điện áp nguồn vào ( V BE ) cần phải cao hơn ở khoảng chừng 1,4 V.

Các ứng dụng của transistor trong thực tế như một công tắc

Công tắc transistor có thể được sử dụng để chuyển đổi và điều khiển đèn, rơ le hoặc thậm chí động cơ.
Khi sử dụng transistor lưỡng cực làm công tắc, chúng phải ở trạng thái “TẮT hoàn toàn” hoặc “BẬT hoàn toàn”.
Các transistor hoàn toàn “BẬT” được cho là nằm trong vùng Bão hòa của chúng .
Các transistor hoàn toàn “TẮT” được cho là nằm trong vùng Cắt của chúng .
Khi sử dụng transistor làm công tắc, dòng cực B nhỏ sẽ điều khiển dòng tải Collector lớn hơn nhiều.
Khi sử dụng bóng bán dẫn để chuyển đổi tải cảm ứng như rơle và điện trở, phải sử dụng thêm điode nhánh.
Khi cần điều khiển dòng điện hoặc điện áp lớn, có thể sử dụng Transistor Darlington.