De Bipolar Junction Transistor (BJT) als Switch

Bipolaire junctietransistoren (Ook bekend als BJT's) kunnen worden gebruikt als een versterker, filter, gelijkrichter, oscillator of zelfs een schakelaar, waarvan we in het eerste gedeelte een voorbeeld behandelen. De transistor werkt als een versterker of een ander lineair circuit als de transistor in het lineaire gebied is voorgespannen. De transistor kan worden gebruikt als een schakelaar als deze is voorgespannen in de verzadigings- en afsnijgebieden. Hierdoor kan stroom (of niet) in andere delen van een circuit vloeien.

Omdat de collectorstroom van een transistor proportioneel wordt beperkt door zijn basisstroom, kan deze worden gebruikt als een soort stroomgestuurde schakelaar. Een relatief kleine stroom elektronen die door de basis van de transistor wordt gestuurd, kan controle uitoefenen over een veel grotere stroom elektronen door de collector.

Een BJT als schakelaar gebruiken:een voorbeeld

Stel we hadden een lamp die we met een schakelaar aan en uit wilden zetten. Zo'n schakeling zou uiterst eenvoudig zijn, zoals in onderstaande figuur (a).

Laten we ter illustratie een transistor plaatsen in plaats van de schakelaar om te laten zien hoe deze de stroom van elektronen door de lamp kan regelen. Onthoud dat de gecontroleerde stroom door een transistor tussen collector en emitter moet gaan.

Omdat het de stroom door de lamp is die we willen regelen, moeten we de collector en emitter van onze transistor plaatsen waar de twee contacten van de schakelaar waren. We moeten er ook voor zorgen dat de stroom van de lamp tegen . beweegt de richting van het emitterpijlsymbool om ervoor te zorgen dat de junctiebias van de transistor correct is, zoals in de onderstaande afbeelding (b).

(a) mechanische schakelaar, (b) NPN-transistorschakelaar, (c) PNP-transistorschakelaar.

Voor de klus had ook gekozen kunnen worden voor een PNP-transistor. De toepassing ervan wordt getoond in de afbeelding hierboven (c).

De keuze tussen NPN en PNP is eigenlijk arbitrair. Het enige dat van belang is, is dat de juiste stroomrichtingen worden gehandhaafd omwille van de juiste junctievoorspanning (elektronenstroom die tegen gaat de pijl van het transistorsymbool).

In de bovenstaande afbeeldingen is de basis van beide BJT's niet aangesloten op een geschikte spanning en stroomt er geen stroom door de basis. Bijgevolg kan de transistor niet inschakelen. Misschien is het het eenvoudigst om een ​​schakelaar aan te sluiten tussen de basis- en collectordraden van de transistor, zoals in afbeelding (a) hieronder.

Transistor:(a) uitschakeling, lamp uit; (b) verzadigd, lamp aan.

Afsluiting versus verzadigde transistoren

Als de schakelaar open is zoals in figuur (a), blijft de basisdraad van de transistor "zwevend" (niet aangesloten op iets) en zal er geen stroom doorheen lopen. In deze toestand wordt gezegd dat de transistor afsnijding . is .

Als de schakelaar gesloten is zoals in figuur (b), kan er stroom van de basis naar de emitter van de transistor vloeien via de schakelaar. Deze basisstroom zal een veel grotere stroom van de collector naar de emitter mogelijk maken, waardoor de lamp oplicht. In deze toestand van maximale circuitstroom wordt gezegd dat de transistor verzadigd . is .

Natuurlijk kan het zinloos lijken om in deze hoedanigheid een transistor te gebruiken om de lamp aan te sturen. In plaats van een transistor volstaat een gewone schakelaar.

Waarom een ​​transistor gebruiken om de stroom te regelen?

Hierbij kunnen twee punten worden gemaakt. Ten eerste is het feit dat wanneer ze op deze manier worden gebruikt, de schakelcontacten slechts de kleine basisstroom hoeven te verwerken die nodig is om de transistor aan te zetten; de transistor zelf verwerkt het grootste deel van de stroom van de lamp. Dit kan een belangrijk voordeel zijn als de schakelaar een lage stroomsterkte heeft:een kleine schakelaar kan worden gebruikt om een ​​relatief hoge stroombelasting te regelen.

Wat nog belangrijker is, is dat het stroomregelende gedrag van de transistor ons in staat stelt om iets heel anders te gebruiken om de lamp aan of uit te zetten. Bekijk de onderstaande afbeelding, waar een paar zonnecellen 1 V levert om de 0,7 V basis-emitterspanning van de transistor te overwinnen om een ​​basisstroom te veroorzaken, die op zijn beurt de lamp bestuurt.

Zonnecel dient als lichtsensor.

Of we kunnen een thermokoppel gebruiken (veel in serie geschakeld) om de benodigde basisstroom te leveren om de transistor in de onderstaande afbeelding aan te zetten.

Een enkel thermokoppel levert minder dan 40 mV. Veel in serie zouden meer dan de 0,7 V-transistor V_BE . kunnen produceren om de basisstroom en de daaruit voortvloeiende collectorstroom naar de lamp te veroorzaken.

Zelfs een microfoon (zie de onderstaande afbeelding) met voldoende spanning en stroom (van een versterker) kan de transistor inschakelen, op voorwaarde dat de uitvoer wordt gelijkgericht van AC naar DC, zodat de emitter-basis PN-overgang binnen de transistor altijd naar voren zal zijn -bevooroordeeld:

Het versterkte microfoonsignaal wordt gelijkgericht naar gelijkstroom om de basis van de transistor voor te spannen, wat een grotere collectorstroom oplevert.

Het punt zou nu heel duidelijk moeten zijn. Elke voldoende bron van gelijkstroom kan worden gebruikt om de transistor aan te zetten, en die stroombron hoeft maar een fractie te zijn van de stroom die nodig is om de lamp van stroom te voorzien.

Hier zien we de transistor niet alleen als schakelaar functioneren, maar ook als een true versterker:een relatief laag vermogen signaal gebruiken om een ​​relatief grote hoeveelheid vermogen te regelen. Houd er rekening mee dat het werkelijke vermogen voor het aansteken van de lamp afkomstig is van de batterij rechts van het schema. Het is niet zo dat de kleine signaalstroom van de zonnecel, thermokoppel of microfoon op magische wijze wordt omgezet in een grotere hoeveelheid vermogen. In plaats daarvan regelen die kleine stroombronnen gewoon het vermogen van de batterij om de lamp te laten branden.

De BJT als Switch REVIEW:

• Transistors kunnen worden gebruikt als schakelelementen om gelijkstroom naar een belasting te regelen. De geschakelde (geregelde) stroom gaat tussen emitter en collector; de stuurstroom gaat tussen zender en basis.
• Als er geen stroom door een transistor loopt, wordt gezegd dat deze zich in een staat van afsnijding bevindt (volledig niet-geleidend).
• Als er een maximale stroom door een transistor loopt, wordt gezegd dat deze zich in een staat van verzadiging bevindt (volledig dirigeren).

GERELATEERD WERKBLAD:

• Werkblad Bipolaire junctietransistoren als schakelaars