Применение биполярных транзисторов с микроконтроллерами / Хабр
В современном цифровом мире микроконтроллерам часто требуется выполнять какие-то действия в физическом мире людей с помощью различных механических, оптических, акустических и других внешних устройств. Транзисторы призваны согласовать микроконтроллер с исполнительными устройствами. В статье рассмотрим применение биполярных транзисторов в ключевых режимах.
Биполярный транзистор является по сути токовым прибором, током управляется и током управляет. По типу проводимости биполярные транзисторы бывают pnp и npn типа.
Наиболее часто используется схема включения с общим эмиттером. В этой схеме управление подается на базу через токоограничивающий резистор относительно эмиттера. Нагрузка подключается в цепь коллектора.
Схема управления светодиодом с рабочим током 50 мА
Светодиодом с рабочим током 50 мА нельзя управлять непосредственно от микроконтроллера, так как допустимый выходной ток с ножки обычно ограничен значением 10 мА – 20 мА.
Например, нам нужно включать/выключать инфракрасный светодиод BL-L513IRBC которым мы планируем управлять кондиционером.
Рисунок 1. Управление светодиодом
Резистор R1 задает ток базы транзистора при включении и при выключении. Транзистор BC847C довольно маломощный и при токе 50 мА на коллекторе в режиме насыщения будет падать около 200 мВ. Падение на светодиоде составит 2.0 В. Резистор R2 нужно выбрать таким, чтобы ток через светодиод был равен 50 мА. При питании 12 В, и суммарном падении напряжения на транзисторе и светодиоде 2.2 В на резисторе будет напряжение 9.8 В. Чтобы получить ток 50 мА сопротивление резистора R2 должно быть 196 Ом.
Если взять более мощный транзистор, например, BC817-25, то напряжение насыщения коллектора у него будет меньше, около 40 мВ при токе коллектора 50 мА, но у более мощных транзисторов, как правило, меньше коэффициент усиления.
При питании коллекторной цепи от 12 В мы можем соединить несколько светодиодов последовательно и управлять ими одновременно (например, чтобы увеличить дальность работы нашего пульта управления) соответственным образом пересчитав токоограничивающий резистор R2.
Как выбрать резистор в базе транзистора? Транзистор BC847C имеет коэффициент передачи по току hFE = 400 – 800. В линейном режиме это будет означать что ток базы (управляющий ток) во столько раз меньше тока коллектора (управляемый ток). Так как схема у нас работает в ключевом режиме, то ток базы необходимо установить больше. Чем больше ток базы, тем быстрей транзистор включится. Коэффициент во сколько раз ток базы превышает минимальный называется коэффициентом насыщения. Минимальный ток базы (с коэффициентом насыщения единица) который полностью откроет транзистор будет 50 мА / 400 = 0.125 мА. Так как характеристики транзистора меняются со временем, при изменении температуры, при изменении тока коллектора, от партии к партии, у разных производителей, правильным решением будет задавать коэффициент насыщения больше единицы, иначе может возникнуть ситуация при которой транзистор будет открываться не полностью и схема будет работать при этом не верно. Верхнее значение тока базы ограничено либо максимальным током базы по документации на транзистор, либо максимально допустимым током который может выдать выход микроконтроллера.
Пусть максимальный ток базы у нас будет 10 мА.
Рассчитаем базовый резистор для схемы на рисунке 1. Напряжение на базе при насыщении принято считать 0.7 В. При питании микроконтроллера 3.3 В на базовом резисторе будет напряжение 2.6 В. Минимальный базовый ток 0.125 мА будет обеспечен сопротивлением 20800 Ом. Максимальный базовый ток 10 мА будет обеспечен сопротивлением 260 Ом. В данном случае у нас довольно широкий диапазон выбора сопротивления, можем взять 1 кОм.
Рассмотрим схему с другой нагрузкой
Рисунок 2. Управление мощной нагрузкой
Нам нужно включать мотор с рабочим током 0.7 А. Для включения нам потребуется более мощный транзистор. Возьмем транзистор SS8050 с максимально допустимым током коллектора 1.5 А. У этого транзистора минимальный коэффициент передачи тока 120. При токе коллектора 0.7 А, нам необходимо обеспечить минимальный ток базы 5.8 мА. С учетом того что необходимо реализовать коэффициент насыщения больше единицы, у нас остается рабочий вариант для тока базы 10 мА.
При заданном токе коллектора 0.7 А напряжение насыщения базы этого транзистора составит около 1.2 В (по документации на транзистор). Напряжение на базовом резисторе получится 2.1 В, Минимальное сопротивление базового резистора получается 2.1 В / 0.010 А = 210 Ом. Максимальное сопротивление базового резистора получается 2.1 В / 0.0058 А = 360 Ом. Если мы поставим базовый резистор больше 360 Ом, транзистор заведомо не будет открываться полностью и не обеспечит ток на выходе в 0.7 А.
При токе коллектора 0.7 А напряжение насыщения коллектора составит около 0.2 В. Мощность рассеиваемая на коллекторе транзистора составит около 0.14 Вт, транзистор при этом будет заметно теплым.
Дополнительно отмечу, что электродвигатель постоянного тока является индуктивной нагрузкой и параллельно ему обязательно нужно ставить защитный диод который защитит транзистор от ЭДС самоиндукции при выключении транзистора. Номинальный ток этого диода должен быть равен или больше рабочего тока индуктивной нагрузки.
Рабочее напряжение диода должно быть больше напряжения питания нагрузки.
Нужно указать на важный момент. Чем больше ток базы, тем быстрей включится транзистор, тем больше коэффициент насыщения. Чем больше коэффициент насыщения, там медленней транзистор будет выключаться. Задержка выключения может достигать нескольких сотен наносекунд. На первый взгляд эта величина кажется слишком маленькой чтобы обращать на нее внимание. Фактически, если вы станете управлять током через нагрузку с помощью ШИМ, или постараетесь увеличить скорость передачи данных через инфракрасный канал, вы увидите что задержка выключения транзистора будет очень сильно искажать сигнал.
Например, возьмем ШИМ частотой 20 кГц с разрешением 8 бит. Период ШИМ-а будет 50 микросекунд, разрешение одного шага составит около 200 наносекунд. Задержка выключения транзистора на 400 наносекунд поглотит разрешение двух младших бит и оставит от разрешения 8 бит всего 6 бит динамического диапазона.
Для увеличения скорости выключения транзистора есть способы которые мы рассмотрим позже.
Рассмотрим еще одну схему, которая обладает рядом интересных свойств
Рисунок 3. Схема стабилизации тока
Эта схема также с общим эмиттером. В ней отсутствует резистор в цепи базы, и ток базы задается сопротивлением резистора в цепи эмиттера. Через этот резистор течет ток базы и ток коллектора (ток управления и ток нагрузки). Получается отрицательная обратная связь: при увеличении тока нагрузки, будет увеличиваться ток через эмиттерный резистор и при этом будет увеличиваться падение напряжения на эмиттерном резисторе. Так как напряжение на базе у нас фиксированное, 3.3 В, то при увеличении напряжения на эмиттерном резисторе напряжение на эмиттерном переходе транзистора будет уменьшаться, при этом будет уменьшаться ток базы и транзистор будет закрываться. Таким образом, будет стабилизироваться эмиттерный ток транзистора. Так как базовый ток в коэффициент усиления раз меньше коллекторного, то его влияние на напряжение эмиттерного резистора незначительное и, при первом приближении, его можно не учитывать при расчете и считать что ток эмиттера приблизительно равен току коллектора .
Сопротивление эмиттерного резистора рассчитать довольно просто. При управляющем напряжении 3.3 В, и падении на эмиттерном переходе 0.7 В напряжение на эмиттерном резисторе получается 2.6 В. При целевом токе в нагрузке 50 мА, сопротивление эмиттерного резистора должно быть около 52 Ом.
Эта схема позволяет стабилизировать ток нагрузки, то есть, при изменении напряжения питания нагрузки (или при изменении сопротивления нагрузки) ток через нагрузку останется постоянным. Мы можем поставить один светодиод, два или три при этом эмиттерный резистор менять не придется и ток через светодиоды будет один и тот же. При этом нужно отметить, что в этой схеме избыточное напряжение падает на транзисторе и нужно учитывать мощность рассеиваемую на транзисторе.
Транзистор в этой схеме работает в линейном режиме и не входит в насыщение. Это позволяет транзистору быстро открываться и быстро закрываться.
В этой схеме только один резистор вместо двух, что так же может иметь важное значение в практическом применении.
Важно чтобы напряжение управления базы было стабильным, так как оно является опорным для стабилизации тока.
Для питания коллекторной цепи этой схемы требуется напряжение большее чем напряжение управляющего сигнала.
Способы сократить время выключения транзистора
Если у нас стоит базовый резистор и мы управляем транзистором от вывода микроконтроллера с питанием 3.3 В, то получается что мы включаем транзистор током с 3.3 В , а выключаем транзистор током через тот же резистор, но током с напряжения 0.7 В, то есть ток базы на выключение транзистора получится меньше.
Рисунок 4. Время выключения транзистора 1200 нсек
Это одна из причин почему выключается транзистор медленней. Для увеличения скорости выключения транзистора мы можем применить такую схему.
Рисунок 5. Время выключения транзистора 400 нсек
В схеме на рисунке 5, при выключении, когда выходной сигнал с микроконтроллера становится равным 0 В, получается что оба резистора 300 Ом и 200 Ом соединяются параллельно и суммарное сопротивление становится меньше, что приводит к увеличению тока базы транзистора при выключении.
Это увеличивает скорость выключения транзистора.
Еще один способ увеличить скорость выключения транзистора, это сократить глубину насыщения транзистора при включении. Диод подключенный от базы на коллектор уменьшит глубину насыщения. Вначале включения на коллекторе высокое напряжение, диод закрыт и весь ток базового резистора течет через эмиттерный переход транзистора. Когда напряжение на коллекторе станет ниже напряжения базы, этот диод начнет шунтировать эмиттерный переход и часть тока базового резистора потечет через диод при этом ток через эмиттерный переход уменьшится и это сократит глубину насыщения транзистора.
Рисунок 6. Задержка выключения транзистора составляет около 20 нсек
Каскад увеличения выходного тока на биполярных транзисторах.
Эта схема позволяет увеличить ток на выходе. Это полумостовая схема. В ней используется два транзистора различной проводимости, комплементарная пара транзисторов. Оба транзистора, и верхний и нижний, в этой схеме включены по схеме с общим коллектором.
Включение с общим коллектором обладает такой особенностью, что выходное напряжение не может быть больше входного напряжения, при этом происходит усиление тока.
Рисунок 7. Схема увеличения выходного тока
При построении полумоста на полевых транзисторах нужно особым образом проектировать схему управления, и если оба транзистора управлять от одного сигнала, то в момент переключения будет течь сквозной ток с питания на землю, так как один транзистор уже включился, а другой еще не успел выключиться.
Сквозной ток плох тем, что он будет увеличивать потребление, сквозной ток будет создавать мощную помеху и может вывести транзисторы из строя. Для устранения этого для управления полумостом полевых транзисторов используют два сигнала, на один транзистор подается сигнал отключения, затем пауза на время отключения транзистора (мертвое время, deadtime), затем подается сигнал на включение второго транзистора. Такой способ заметно усложняет схему управления и требует два различных сигнала управления.
Полумостовая схема на биполярных транзисторах включенных с общим эмиттером тоже требует мертвое время при переключении для исключения сквозного тока.
Схема изображенная на рисунке 7 с биполярными транзисторами включенными по схеме с общим коллектором лишена такого недостатка, и полумост может управляться одним сигналом. То есть сквозной ток через оба транзистора при переключении в схеме на рисунке 7 отсутствует.
Дополнительным достоинством этой схемы, является отсутствие резисторов.
Так же, транзисторы в этой схеме работают без насыщения, то есть максимально быстро включаются и отключаются, что позволяет применять эту схему как усилитель ШИМ.
Недостатком этой схемы является падение на транзисторах. На примере нижнего транзистора. Когда мы переводим сигнал управления на базе с 3.3 В на 0 В, нижний транзистор начинает включаться. При этом напряжение на эмиттере транзистора не может стать равным нулю, так как в этом случае через эмиттерный переход будет отсутствовать ток открывающий транзистор.
Таким образом минимальное напряжение на выходе этого каскада составит около 0.7 В. Аналогичная ситуация и с верхним транзистором, максимальное напряжение на выходе каскада не может быть больше чем напряжение питания минус 0.7 В.
Как можно использовать каскад усиления тока
Если взять два таких полумоста с питанием равным напряжению питания микроконтроллера, сделать сигнал ШИМ и его инверсию (либо отдельным инвертором, либо конфигурацией выходов в микроконтроллере) и подать каждый сигнал на свой полумост, то получится довольно мощный усилитель, например для генерации звука.
Рисунок 8
При питании усилителя от 3.3 В Размах напряжения на выходе составит 3.3 В — 2 * 0.7 В = 1.9 В. При использовании динамической головки сопротивлением 4 Ом ток через нее составит около 0.4 А и максимальная мощность на нагрузке получится чуть больше половины Ватта. Что довольно таки хорошо для такого простейшего усилителя ШИМ. Питание этой схемы усилителя нужно качественно фильтровать, так как любое изменение напряжения питания будет отражаться на изменении тока через нагрузку.
При применении микроконтроллера с питанием 5 В так же можно увеличить напряжение питания усилителя до 5 В, при этом выходная мощность на нагрузке сопротивлением 4 Ом получится около 3 Вт. При этом нужно взять транзисторы с большим допустимым током коллектора, например комплементарную пару SS8550 (pnp) и SS8050 (npn), они допускают ток коллектора до 1.5 А, транзисторы придется дополнительно охлаждать.
Эту же схему можно использовать для управления коллекторными моторами с применением ШИМ. Схема позволяет менять направление вращения электромотора. При использовании более высокого напряжения питания этого усилителя тока требуется также увеличить напряжение управляющего сигнала.
Рисунок 9. Мост управления коллекторным двигателем
Для приведения уровня управляющего сигнала с 3.3 В до 15 В применен транзистор.
В этой схеме для управления каждым полумостом используется логическая микросхема 4069 (CD4069UB). В этой микросхеме шесть логических инверторов, питание микросхемы может осуществляться от 3 В до 18 В.
Для управления мостом необходимо подать питание на эту микросхему от того же напряжения питания что и мост. Эта же микросхема используется для формирования инверсного сигнала для второго полумоста. Для того чтобы на нагрузку можно было подать максимальное напряжение 12 В с учетом падения на транзисторах, увеличено напряжение питания моста до 15 В. В этой схеме реализован режим управления током нагрузки fast decay. Для реализации режима slow decay потребуется отдельное управление для каждого полумоста.
Для упрощения понимания в статье рассматриваются только основные параметры, и характеристики реальных каскадов будут несколько отличаться. Все схемы приведенные в статье промоделированы в LTspice
Биполярный транзистор
Биполярный транзисторИзмерение электрофизических характеристик биполярного транзистора
Описание лабораторной установки и практические заданияУстройство лабораторной установки
Внешний вид установки можно увидеть на рис.
1. В её состав входят: источники питания 1, многопредельный миллиамперметр 2, измерительный модуль 3, осциллограф 4 и генератор сигналов 5.Рис. 1.
1. Источники питания
Для питания схемы используются два лабораторных источника питания GPS3030D. Как пользоваться прибором, читаем здесь..
2. Многопредельный миллиамперметр
Для измерения тока в работе используется мультиметр APPA-201N. Основные приёмы работы с ним можно прочитать здесь.
3. Измерительный модуль
Исследуемый транзистор и несколько пассивных элементов помещены в диэлектрический бокс, обеспечивающий защиту элементов схемы от внешних факторов и защищающий экспериментаторов от неблагоприятных воздействий (рис 2). Для подсоединения питающих напряжений и измерительных приборов на корпусе модуля имеются клеммы и ВЧ разъёмы.
Рис. 2.
4. Осциллограф
Осциллограф в данной установке используется для визуализации сигналов.
Как пользоваться осциллографом, вкратце рассказано по этой ссылке.
5. Генератор сигналов
Генератор сигналов служит для подачи сигнала на базу исследуемого транзистора. Форма, частота и другие параметры сигнала зависят от поставленного задания. Краткую инструкцию по использованию генератора читайте здесь.
Практические задания
1. Измерение входной характеристики транзистора Iб = f(Uб)Входная характеристика транзистора измеряется по схеме, изображённой на рис. 3(а).
Рис. 3.
Снимите зависимость тока базового перехода от напряжения на нём.
Следите за тем, чтобы величина тока была не более 1 мА.
2. Измерение обратной характеристики перехода база-эмиттер Iб = f (Uб)
Это задание необходимо выполнять, если в маршруте отсутствует работа «Полупроводниковый диод».
Измерение обратной характеристики перехода база-эмиттер производится по схеме, изображённой на рис.
3(б).
Снимите зависимость тока базового перехода от обратного напряжения на нём.
Следите за тем, чтобы величина тока была не более 50 мкА.
3. Измерение переходных характеристик транзистора Iк = f(Iб)
Для выполнения этого задания потребуется собрать схему рис. 4.
Рис. 4.
Проведите измерение семейства переходных характеристик при напряжениях на коллекторе транзистора
0,5 В,
1,0 В и
1,5 В.
4. Измерение выходных характеристик транзистора Iк = f (Uк)
Выполнение этого задания производится при включении транзистора по схеме рис. 4.
Проведите измерение семейства выходных характеристик при токах базы транзистора 20 мкА, 40 мкА, 60 мкА и 80 мкА.
Ток коллектора должен быть не более 7 мА.
5. Расчёт параметров транзистора
По результатам проведённых измерений:
– рассчитайте и постройте зависимость коэффициент передачи тока от напряжения коллектора при токах коллектора 2 мА и 5 мА;
– рассчитайте h-параметры транзистора при Iб = 40 мкА, Uк = 5 В.
6. Измерение коэффициента усиления однокаскадного усилителя
Задание выполняется по схеме рис. 5.
Рис. 5.
Установите линейный режим работы транзистора: напряжение Е1 = 6 В, ток базы (меняется изменением Е2) примерно 50…150 мкА, при этом ток коллектора должен быть в районе 3 мА, напряжение на коллекторе около 3 В. Подайте с генератора сигналов синусоидальный сигнал частотой 10…20 кГц, напряжением 10…20 мВ. Получите на осциллографе выходной сигнал. Скорректируйте положение рабочей точки и уровень входного сигнала для достижения минимальных искажений выходного сигнала (рис. 6).
Рис. 6.
При онлайн измерениях транзистор сам устанавливается в линейный режим, амплитуда входного напряжения соответствует требуемому значению.
Проведите измерение зависимости коэффициента усиления по напряжению от частоты усиливаемого сигнала. Найдите граничные частоты усиления.
7. Измерение времени переключения транзистора
Задание выполняется по схеме рис. 5.
Установите для транзистора режим отсечки: напряжение Е1 = 6 В, ток базы – ноль, при этом ток коллектора должен быть равен нулю, напряжение на коллекторе около 6 В. Подайте с генератора прямоугольный сигнал «меандр» частотой 120…150 кГц, напряжением 2…3 В. Получите на осциллографе выходной сигнал.
Подстройте уровень выходного напряжения генератора так, чтобы транзистор переключался из режима отсечки в режим насыщения. Примерный вид осциллограммы см. на рис. 7.
Рис. 7.
При онлайн измерениях транзистор сам устанавливается в необходимый режим, амплитуда входного напряжения соответствует требуемому значению.
Оцените предельную частоту усиления транзистора, сравните со значением, полученным в предыдущем задании.
Техника безопасности
1. В лабораторной установке используются низкие напряжения, не опасные для жизни, поэтому дополнительных требований к безопасности нет.2. Сборку, разборку и любые изменения в схеме следует производить только при выключенном питании.
3. После сборки схемы перед её включением следует пригласить заведующего лабораторией. Он проверит правильность сборки схемы и проведёт инструктаж по технике безопасности на рабочем месте.
Что это такое и как определить насыщение одного из транзисторов
? Что это значит? Что ж, этот термин может иметь смысл только в том случае, если вы дизайнер или инженер, хорошо знакомый с транзисторными переключателями.
Если нет, то разберем.
Когда вы имеете дело с устройствами с низким постоянным током, нормально включать или выключать их. А добиться этого можно с помощью транзисторных ключей. Но транзистор должен быть в состоянии насыщения, чтобы включить или выключить устройство постоянного тока.
Далее в этой статье мы подробнее обсудим эту тему, покажем вам режимы работы, расчеты и многое другое.
Итак, приступим!
Что такое насыщение транзистора?Насыщение происходит, когда система достигает порогового или максимального значения. Таким образом, транзистор работает в зоне насыщения, когда ток достигает максимального заданного значения.
Например, когда вы наливаете жидкость в стакан до краев — он находится в состоянии насыщения. И это потому, что зеркало не может больше пить. Кроме того, когда вы изменяете конфигурацию транзистора, он быстро меняет уровень насыщения.
Но важно отметить, что при настройке транзисторов устройство не достигает точки насыщения.
И это потому, что база-коллектор не остается в режиме обратного смещения. В результате в выходных сигналах будут искажения.
Какие режимы работы?
Транзисторы работают в четырех различных режимах, поскольку они являются нелинейными устройствами. А моды показывают ток, протекающий через них (т. е. от коллектора NPN к эмиттеру).
Транзистор NPN
Кроме того, если вы хотите узнать режим транзистора, вы должны обратить внимание на соотношение и напряжения трех контактов.
Итак, V BC — это напряжение, которое движется от базы к коллектору, а V BE относится к току, движущемуся от пола к эмиттеру. Тем не менее, режимы работы включают:
Режим насыщенияКогда транзистор находится в режиме насыщения, он включен. Плюс ведет себя как короткое замыкание между коллектором и эмиттером.
Кроме того, в этом режиме диоды транзистора смещаются в прямом направлении. А прямое смещение — это когда V BE и V BC больше нуля.
Кроме того, это означает, что V B выше, чем V C и V E .
Другими словами, для перехода транзистора в состояние насыщения V BE должно быть выше порогового напряжения. Вы можете представить падение напряжения с помощью нескольких сокращений, таких как V d , V th и т. д., а значение различается между транзисторами и даже температурой.
Итак, при комнатной температуре мы можем оценить, что многие транзисторы имеют падение напряжения около 0,6В.
Кроме того, очень важно отметить, что у вас может быть не очень хорошая проводимость между коллектором и эмиттером. В результате вы заметите небольшое падение напряжения на узлах.
Производители часто представляют это напряжение в описаниях транзисторов как V CE(sat) (напряжение насыщения CE). И вы можете определить V CE(Sat) как напряжение от коллектора к эмиттеру, необходимое транзисторам для насыщения.
Значение V CE(Sat) находится в диапазоне 0,05–0,2 В.
И сделка показывает, что V C должно быть немного выше, чем V E , чтобы транзистор перешел в режим насыщения. Кроме того, V C и V E должны быть меньше, чем V B .
Обратно-активный режим возникает, когда транзистор усиливает и проводит, но ток движется в противоположном направлении (от эмиттера к коллектору).
Итак, чтобы транзистор был в неактивном обратном режиме, напряжение на эмиттере должно быть больше, чем на базе. И это напряжение должно быть больше коллекторного. Другими словами, V C < V B < V E .
Кроме того, нелегко увидеть, как производители разрабатывают активный реверсивный режим для приложения. И это потому, что эта модель не управляет транзистором.
Активный Транзистор V BC и V BE должен быть вредным и выше нуля в этом режиме соответственно.
Кроме того, это означает, что базовое напряжение должно быть выше, чем на эмиттере, но ниже, чем на коллекторе.
Итак, коллектор должен быть выше эмиттера, т.е. V C >V B >V E . Интересно, что эта модель является наиболее мощной модой транзистора, потому что она превращает устройство в усилитель.
Следовательно, ток, проходящий через базовый штифт, увеличивается. В результате ветер, который движется в коллектор, выходит из эмиттера.
Ic = bI B
Где:
Ic = ток коллектора
b = коэффициент усиления
I B = ток базы
90 013 Cut-Off
Этот режим возникает при выключенном транзисторе — что противоположно насыщению. Итак, в этом режиме транзистор напоминает разомкнутую цепь, потому что в нем отсутствуют токи коллектора и эмиттера.
Как перевести транзистор в этот режим? Вы можете сделать это, обеспечив, чтобы напряжения эмиттера и коллектора были более значительными, чем базовое напряжение.
Другими словами, значения V BE и V BC должны быть отрицательными.
Режим отсечки можно представить следующим образом:
V C > V B
V E >V B
Важно отметить что мы ссылались на транзисторы режима NPN на протяжении всей статьи. Итак, для транзистора PNP у вас будет характеристика, противоположная NPN. Например, в режиме насыщения PNP-транзисторов ток движется от эмиттера к коллектору.
Кроме того, вы можете обратиться к таблице ниже для лучшего понимания:
| РЕЖИМ NPN | СООТНОШЕНИЯ НАПРЯЖЕНИЯ | РЕЖИМ PNP 900 14 |
| Задний ход | V E > V B > V C | Активный |
| Отсечка | V E > V B < V C 9003 4 | Насыщенность |
| Насыщение | В E < V B > В C | Отсечка |
| Активный | V E < V B < V C | Реверс |
Как рассчитать насыщение транзистора
Рассчитать насыщение транзистора легко, когда есть кривая, которую можно изучить.
Итак, если ваша кривая показывает, что уровень напряжения равен 0 В, а ток относительно выше — используйте закон Ома.
Таким образом, вы сможете определить сопротивление между выводами (коллектор и эмиттер) транзистора следующим образом:
—— = — — = 0 W
I C I C(Sat)
Что делать, если вам нужно определить приблизительную насыщенность ток коллектора транзистора в цепи? Вы можете получить это, приняв соответствующее значение короткого замыкания на CE устройства (коллектор-эмиттер). Затем подставьте его в формулу выше. Можно поставить В CE как 0 В и вычислить для V CE(Sat) .
Также, если схема имеет конфигурацию с фиксированным смещением, вы можете подать заявку на краткий курс. Следовательно, RC (напряжение на стыке) будет равно V CC . И вы можете выразить условие, как показано ниже.
- I C(Sat) = V CC/RC
Работать с транзистором в режиме насыщения непросто, но возможно.
Кроме того, очень важно настроить свою работу в активной области, если вы хотите управлять своим транзисторным усилителем. Вот проверенные способы узнать насыщенный транзистор:
1. Проведение реальных измерений
2. Моделирование — лучший метод, чем предыдущий
3. Вычисления — старый метод, дешевый и без ограничений. Один из способов использования этого метода — предположить, что цепь насыщена. При этом решите для максимального усиления курса. Затем свяжите его с минимальным текущим прогрессом устройства.
Подведение итоговНа самом деле есть разные способы определить насыщение транзистора. В конце концов, это единственный способ, которым транзистор будет работать как переключатель для регулирования низкого постоянного напряжения.
Также он поставляется с четырьмя режимами работы, и условия различаются для транзисторов NPN и PNP. У вас есть вопросы или опасения по поводу насыщенных транзисторов? Пожалуйста, не стесняйтесь обращаться к нам.
Что такое насыщение транзистора | Проекты самодельных схем
0003
В предыдущем посте мы узнали о смещении биполярного транзистора, в этой статье мы узнаем, что такое насыщение транзистора или биполярного транзистора, и как быстро определить значение с помощью формул и практических оценок.
Что такое насыщение транзистора
Термин насыщение относится к любой системе, в которой уровни спецификации достигли максимального значения.
Можно сказать, что транзистор работает в области насыщения, когда параметр тока достигает максимального заданного значения.
Возьмем в качестве примера полностью мокрую губку, которая может находиться в насыщенном состоянии, когда в ней нет места для дальнейшей жидкости.
Изменение конфигурации может привести к быстрому изменению уровня насыщения транзистора.
При этом максимальный уровень насыщения всегда будет соответствовать максимальному току коллектора устройства, как указано в техническом описании устройства.
В транзисторных конфигурациях обычно гарантируется, что устройство не достигает точки насыщения, так как в этом случае базовый коллектор перестает находиться в режиме обратного смещения, вызывая искажения в выходных сигналах.
Мы можем видеть рабочую точку в области насыщения на рисунке 4.8а. Заметим, что это та конкретная область, где стык характеристических кривых с напряжением коллектор-эмиттер ниже, чем VCEsat, или находится на том же уровне. Кроме того, ток коллектора сравнительно высок на характеристических кривых.
Как рассчитать уровень насыщения транзистора
Путем сравнения и усреднения характеристических кривых рис. 4.8a и 4.8b мы, возможно, можем получить быстрый метод определения уровня насыщения.
На рис. 4.8b мы видим, что уровень тока относительно выше, а уровень напряжения равен 0 В. Если мы применим здесь закон Ома, мы сможем рассчитать сопротивление между выводами коллектора и эмиттера BJT следующим образом:
Практическая реализация приведенной выше формулы показана на рис.
4.9 ниже: подразумевает, что всякий раз, когда требуется быстро оценить приблизительный ток коллектора насыщения для данного биполярного транзистора в цепи, вы можете просто принять эквивалентное значение тока короткого замыкания на эмиттере коллектора устройства, а затем применить его в формуле для получения приблизительного тока коллектора. ток насыщения. Проще говоря, назначьте VCE = 0 В, и тогда вы сможете легко вычислить VCEsat.
В цепях с конфигурацией с фиксированным смещением, как показано на рис. 4.10, может быть применено короткое замыкание, что может привести к возникновению напряжения на RC, равном напряжению Vcc.
Ток насыщения, развивающийся в вышеуказанном состоянии, можно интерпретировать с помощью следующего выражения:
Решение практического примера для нахождения тока насыщения BJT:
Если мы сравним приведенный выше результат с результатом, который мы получили в конце этого поста, мы находим, что результат I CQ = 2,35 мА намного ниже, чем указанные выше 5,45 мА, что говорит о том, что обычно биполярные транзисторы никогда не работают на уровне насыщения в цепях, а при гораздо более низких значениях.
