8. ιακοπτική Λειτουργία Τρανζίστορ- Ι.Σ. Χαλκιάδης διαφάνεια 1. ιακοπτική λειτουργία: περιοχή κόρου: ON ΤΕΙ - ΧΑΛΚΙ ΑΣ. περιοχή αποκοπής: OFF

Μέγεθος: px

Εμφάνιση ξεκινά από τη σελίδα:

Download "8. ιακοπτική Λειτουργία Τρανζίστορ- Ι.Σ. Χαλκιάδης διαφάνεια 1. ιακοπτική λειτουργία: περιοχή κόρου: ON ΤΕΙ - ΧΑΛΚΙ ΑΣ. περιοχή αποκοπής: OFF"

Σκύλλα Λαιμός
8 χρόνια πριν
Προβολές:

1 8. ιακοπτική Λειτουργία Τρανζίστορ- Ι.Σ. Χαλκιάδης διαφάνεια 1 8. ΚΥΚΛΩΜΑΤΑ Ο ΗΓΗΣΗΣ ΦΟΡΤΙΟΥ Το τρανζίστορ σαν διακόπτης ιακοπτική λειτουργία: περιοχή κόρου: ON περιοχή αποκοπής: OFF

2 8. ιακοπτική Λειτουργία Τρανζίστορ- Ι.Σ. Χαλκιάδης διαφάνεια 2 α. Περιοχή Αποκοπής Συνθήκες λειτουργίας στην περιοχή αποκοπής: VBE < 0,3 V I C =0, I E =0 V C =V CC β. Ενεργός περιοχή Συνθήκες λειτουργίας στην ενεργό περιοχή: VBE 0,7 V I C =βι Β

3 8. ιακοπτική Λειτουργία Τρανζίστορ- Ι.Σ. Χαλκιάδης διαφάνεια 3 V BE <0.3 >0,8 V γ. Περιοχή κόρου Συνθήκες λειτουργίας στην περιοχή κόρου: V BE > 0,7 V I C = IC max = V CE =0 V α. Κατάσταση αποκοπής= ανοιχτός διακόπτης V R CC C V BE BE >0.8 <0,3 V I C(max) β. Κατάσταση κόρου= κλειστός διακόπτης I C(max) =V CC /R C

4 8. ιακοπτική Λειτουργία Τρανζίστορ- Ι.Σ. Χαλκιάδης διαφάνεια 4 Παράδειγµα Το τρανζίστορ στο κύκλωµα έχει β=100. Ποια πρέπει να είναι η τιµή της R B για να οδηγηθεί το τρανζίστορ στον κόρο; Λύση Απαιτείται: Αντίστοιχο Ι Βsat : I C max = V CC R C IB = sat 10V = = 10 ma 10mA β 1kΩ 10mA = = 100

Ποια πρέπει να είναι η τιµή της R B για να οδηγηθεί το τρανζίστορ στον

5 8. ιακοπτική Λειτουργία Τρανζίστορ- Ι.Σ. Χαλκιάδης διαφάνεια ma, Ισχύει: Επειδή κόρος η V BE =0,8 V, µε αντικατάσταση: + 5V 0.8V = 0.1mA RB 4.2V R B = kω = 42kΩ 0.1mA Άσκηση και Ι Β = v i R V B BE Για να λειτουργήσει σωστά η LED του παρακάτω σχήµατος απαιτεί ρεύµα µεγαλύτερο από 30 ma. Προσδιορίστε το πλάτος και τη συχνότητα του τετραγωνικού παλµού εισόδου για να αναβοσβήνει η

6 8. ιακοπτική Λειτουργία Τρανζίστορ- Ι.Σ. Χαλκιάδης διαφάνεια 6 LED κάθε 1 sec. ίνεται: V CC =9 V, R C =270 Ω, R B =3.3 kω και β=100. Χρήση ρελέ στα κυκλώµατα ελέγχου µε τρανζίστορ Ρελέ: µηχανικός διακόπτης. Ελέγχεται από συνεχές ρεύµα που διέρχεται από το πηνίο ενός ηλεκτροµαγνήτη. µονωτής οπλισµός επαφής σταθερό στήριγµα επαφές πηνίο Έξοδος ρελέ ηλεκτροµαγνήτης ρεύµα πηνίου συµβολισµός

Χρήση ρελέ στα κυκλώµατα ελέγχου µε τρανζίστορ Ρελέ: µηχανικός διακόπτης.

7 8. ιακοπτική Λειτουργία Τρανζίστορ- Ι.Σ. Χαλκιάδης διαφάνεια 7 Όταν το πηνίο διεγερθεί έλκει τον οπλισµό επαφής και κλείνει το κύκλωµα τροφοδοσίας (πηγή V ρελέ ) του φορτίου (λάµπες D.C. ή A.C., κινητήρες κ.α.). O V Η δίοδος προστατεύει το τρανζίστορ από τη µεγάλη αντιηε που παράγεται λόγω του πηνίου του ρελέ. Η V B επηρεάζει το I B από το οποίο εξαρτάται το Ι C το οποίο διεγείρει το πηνίο του ρελέ. Μειονέκτηµα των ρελέ: ο χρόνος αντίδρασής τους είναι µεγάλος σε σχέση µε τα ηµιαγωγά στοιχεία. V B R B 1 kω I B V CC 6 V I C V ρελέ 12 V

8 8. ιακοπτική Λειτουργία Τρανζίστορ- Ι.Σ. Χαλκιάδης διαφάνεια 8 Τρανζίστορ Υψηλής Ισχύος Έχουν τη δυνατότητα να παρέχουν ισχυρά ρεύµατα. Παραδείγµατα τρανζίστορ ισχύος: Τύπος I C Κέρδος (β) Τιµή (περίπου) BC 1B ma ZTX ma BFY51 1 Α 40 1,5 TIP31A 3 A TIP33A 10 A MJ A IP A

9 8. ιακοπτική Λειτουργία Τρανζίστορ- Ι.Σ. Χαλκιάδης διαφάνεια 9 Επιλογή του τρανζίστορ ισχύος Ας υποθέσουµε ότι θέλουµε να ελέγξουµε ένα φορτίο µε ρεύµα 3 Α. Από πίνακα µε τρανζίστορ τύπου TIP31A, στη βάση απαιτείται ρεύµα: Ι B = I C / β = 3 / 10 = 300 ma, που θεωρείται µεγάλη τιµή για ρεύµα βάσης. Με τρανζίστορ τύπου MJ2501 µε β=1000 θα έπρεπε να τροφοδοτήσουµε τη βάση µε ένα ρεύµα: Ι B = I C / β = 3 / 1000 = 3 ma µε συνέπεια η οδήγηση της βάσης να είναι ευκολότερη.

Από πίνακα µε τρανζίστορ τύπου TIP31A, στη βάση απαιτείται ρεύµα: Ι B = I C / β = 3 / 10 = 300 ma, που θεωρείται

10 8. ιακοπτική Λειτουργία Τρανζίστορ- Ι.Σ. Χαλκιάδης διαφάνεια 10 Ζεύγος Darlington Ρεύµα εξόδου υπολογιστή 2 ma. Με χρήση ενός τρανζίστορ για να ενισχυθεί το ρεύµα στα 2 Α, που απαιτεί το φορτίο, θα πρέπει: β = 2Α = mA Τιµή του β πολύ µεγάλη για να επιτευχθεί από ένα µόνο τρανζίστορ. 2 ma κύκλωµα οδήγησης (β=1000) φορτίο ( 2A)

Με χρήση ενός τρανζίστορ για να ενισχυθεί το ρεύµα στα 2 Α, που απαιτεί το φορτίο,

11 8. ιακοπτική Λειτουργία Τρανζίστορ- Ι.Σ. Χαλκιάδης διαφάνεια 11 Αν χρησιµοποιήσουµε δύο τρανζίστορ όπως σχήµα: Ι C1 = β 1 x I B1 = 30 x 2 ma = 60 ma Ι C2 = β 2 x I B2 = 30 x 60 ma = 1800 ma I cολ = I C1 + I C2 = 1860 ma (β 1 β 2 ) Ι Β1 Τελικά β ολ =(β 1 β 2 ) Η διάταξη των 2 τρανζίστορ συνδεδεµένα όπως στο σχήµα ονοµάζεται Darlington.

I B1 = 30 x 2 ma = 60 ma Ι C2 = β 2 x I B2 = 30 x 60 ma = 1800 ma I cολ = I C1 + I

12 8. ιακοπτική Λειτουργία Τρανζίστορ- Ι.Σ. Χαλκιάδης διαφάνεια 12 Εφαρµογή 1 Το κύκλωµα ελέγχει το φωτισµό του λαµπτήρα Λ. Το ποτενσιόµετρο των 10 kω και η φωτοαντίσταση αποτελούν διαιρέτη τάσης που καθορίζει το δυναµικό του σηµείου Α, που µαζί µε την τιµή της αντίστασης R B καθορίζουν την τιµή του ρεύµατος Ι B που θα έχει σαν αποτέλεσµα τη δηµιουργία ικανοποιητικού ή όχι ρεύµατος συλλέκτη για το άναµµα του Λ.

Το ποτενσιόµετρο των 10 kω και η φωτοαντίσταση αποτελούν διαιρέτη τάσης που καθορίζει το δυναµικό του

13 8. ιακοπτική Λειτουργία Τρανζίστορ- Ι.Σ. Χαλκιάδης διαφάνεια 13 Χρησιµοποιείται ζεύγος Darlington για να ενισχυθεί ικανοποιητικά το µικρής τιµής ρεύµα Ι Β. Εάν τιµή του ποτενσιόµετρου µεγάλη µικρό V A µηδενικό ρεύµα στη βάση και Λ σβηστή. Όταν ο εξωτερικός φωτισµός µειώνεται τιµή της φωτοαντίστασης αυξάνει. Το δυναµικό της βάσης αυξάνει και δηµιουργείται Ι C αρκετό για να εκπέµπει φως ο Λ. Για να αλλάξει το δυναµικό στο Α θα πρέπει ο πυκνωτής C να έχει φορτιστεί (ή εκφορτιστεί) άρα χρονική καθυστέρηση.

Εάν τιµή του ποτενσιόµετρου µεγάλη µικρό V A µηδενικό ρεύµα στη βάση και Λ σβηστή.

14 8. ιακοπτική Λειτουργία Τρανζίστορ- Ι.Σ. Χαλκιάδης διαφάνεια 14 Εφαρµογή 2 ιάταξη ανίχνευσης µιας δεδοµένης στάθµης υγρού. ακίδες 3,3 kω 3,3 kω 1Ν V Όταν η στάθµη του (αγώγιµου) υγρού φτάσει στη θέση των ακίδων, πολώνεται το ζεύγος Darlington Το κύκλωµα ενεργοποιεί ένα ρελέ και ενεργοποιείται π.χ. ένας βοµβητής. 2Ν2222

ακίδες 3,3 kω 3,3 kω 1Ν4001 +9 V Όταν η στάθµη του (αγώγιµου) υγρού φτάσει στη

15 8. ιακοπτική Λειτουργία Τρανζίστορ- Ι.Σ. Χαλκιάδης διαφάνεια 15 Παράδειγµα Το τρανζίστορ εισόδου του κυκλώµατος έχει β 1 =250 και το τρανζίστορ εξόδου β 2 =75. Αν τα τρανζίστορ εισόδου και εξόδου εµφανίζουν πτώση τάσης V BE =0,7 V και 1,2 V αντίστοιχα, ποια είναι ελάχιστη V in που προκαλεί µέγιστο ρεύµα στο φορτίο;

1 =250 και το τρανζίστορ εξόδου β 2 =75.

16 8. ιακοπτική Λειτουργία Τρανζίστορ- Ι.Σ. Χαλκιάδης διαφάνεια 16 Λύση Είναι: I I B2 = I I β 30V 1Ω IC = 2 C2 2 = 30 A =, 30Α 75 = 0,4 A C1 B1 = β και επειδή από κύκλωµα I C1 =I E1 =I B2, 1 τελικά: I I B2 B = ,6 ma =. Η τιµή αυτή θα προκαλέσει το µέγιστο ρεύµα στο φορτίο του 1 Ω και η ελάχιστη τιµή της V in που θα προκαλέσει 1,6 ma στη βάση του 1 ου τρανζίστορ δίνεται από τον Κύρκωφ των τάσεων του κυκλώµατος εισόδου : V in ελάχ. =(I B Ω)+V B1 +V B2 ή v in ελάχ. = 1,6mA 680Ω + 0,7V + 1,2V = 2,99 V.

C1 =I E1 =I B2, 1 τελικά: I I B2 B = 1 250 1,6 ma =.

17 8. ιακοπτική Λειτουργία Τρανζίστορ- Ι.Σ. Χαλκιάδης διαφάνεια 17 V in Άσκηση Το τρανζίστορ του κυκλώµατος του σχήµατος (α) λειτουργεί σαν διακόπτης µε συντελεστή ενίσχυσης ρεύµατος β=50. Οι µορφές των σηµάτων εισόδου (V in ) και εξόδου (V out ), φαίνονται στο σχήµα (β). Όταν V in =6 V η V out γίνεται ίση µε +5 V, η V CE =0 V, το ρεύµα συλλέκτη λαµβάνει τη µέγιστη τιµή του Ι Cmax =10 mα και η τάση V BE είναι 0,7 V. Ζητείται να υπολογιστούν οι τιµές των R C, R E και R B. R B V CC 10 V (α) R C V out V in 0 V V out 0 V +6 V V (β) t t

ρεύµατος β=50. Οι µορφές των σηµάτων εισόδου (V in ) και εξόδου (V out ), φαίνονται στο σχήµα (β).

18 8. ιακοπτική Λειτουργία Τρανζίστορ- Ι.Σ. Χαλκιάδης διαφάνεια 18 Λύση Όταν V in =6 V είναι: V CC =I Cmax R C +V out ή 10V 5V R C = 10mA Επίσης V out 500Ω =. = I E R E = (I C + I C β Από βρόχο εισόδου είναι: V in = R I 0,7V I 10mA 6V = RB ( ) + 0,7V 50 R = 1,5 kω Β B B + + E )R R E E R E + 10mA 500Ω 500 Ω.

19 8. ιακοπτική Λειτουργία Τρανζίστορ- Ι.Σ. Χαλκιάδης διαφάνεια 19 ιάφορα κυκλώµατα τρανζίστορ-ρελέ ( Η δίοδος σε όλα τα παρακάτω κυκλώµατα προστατεύει το τρανζίστορ από υπερτάσεις που τυχόν δηµιουργηθούν λόγω της διακοπτικής λειτουργίας του τρανζίστορ και του πηνίου του ρελέ) είσοδος Κύκλ. Α R +V Χρήση: όταν το ρελέ απαιτεί 100 ma και το ρεύµα εισόδου είναι 2 mα ή περισσότερο. Υπολογισµός R: Εάν +V=5 V, I B =2 ma R=(5V-0,8V)/0.002A=2100 Ω και επειδή δεν υπάρχει στο εµπόριο επιλέγουµε 2,2 kω

από υπερτάσεις που τυχόν δηµιουργηθούν λόγω της διακοπτικής λειτουργίας του τρανζίστορ και του πηνίου του ρελέ) είσοδος

20 8. ιακοπτική Λειτουργία Τρανζίστορ- Ι.Σ. Χαλκιάδης διαφάνεια 20 Κύκλ. Β είσοδος Χρήση: όταν η τάση εισόδου=τάση λειτουργίας ρελέ. Εάν +V=12 V και R ρελέ =120Ω, το ρελέ για να λειτουργήσει απαιτεί Ι ρελέ =Ι Ε =12V/120Ω=100 ma και µε β=50, απαιτείται ρεύµα βάσης Ι Β =[Ι C (=Ι Ε )] /β=100ma/50=2ma εν απαιτείται αντίσταση στη βάση για να περιορίσει το ρεύµα της βάσης. διότι το κύκλωµα σαν ακολουθητής τάσης παρουσιάζει µεγάλη αντίσταση εισόδου +V

Εάν +V=12 V και R ρελέ =120Ω, το ρελέ για να λειτουργήσει απαιτεί Ι ρελέ =Ι Ε =12V/120Ω=100 ma και µε β=50,

21 8. ιακοπτική Λειτουργία Τρανζίστορ- Ι.Σ. Χαλκιάδης διαφάνεια 21 είσοδος Κύκλ. Γ R Χρήση: όταν το ρελέ έχει υψηλό ρεύµα λειτουργίας και εποµένως απαιτείται υψηλότερο ρεύµα εισόδου. Υπολογισµός R: εάν β 1 =β 2 =50 β ολ =2500. Με ρελέ των 250 ma, το απαιτούµενο ρεύµα βάσης είναι Ι Β =250mA/2500=100µΑ. Γι τάση εισόδου 5 V από βρόχο εισόδου 5V=V BE1 +I B2 R+ V BE2 +V =0,8V+(β 1 100µΑ)R+0,8V R 750 Ω

22 8. ιακοπτική Λειτουργία Τρανζίστορ- Ι.Σ. Χαλκιάδης διαφάνεια 22 είσοδος Κύκλ. R R 1 I C1 I R1 Χρήση: αντιστρέφει τη λειτουργία του ρελέ (είσοδος ON ρελέ OFF, είσοδος 0 ρελέ ON) Έστω ότι γίνεται χρήση ρελέ µε τάση λειτουργίας V ρελέ =12V, ρεύµα λειτουργίας Ι ρελέ =100mA και µε τρανζίστορ µε β 1 =β 2 =50. Με 1 ο τρανζίστορ OFF και 2 ο ON, είναι: I C2 =0 και επειδή I R1 = I C1 + I B2. Ισχύει: V R1 (max)=12 V V R1 (max)=i R1 R 1max R 1max =12V/2mA=6000Ω (1). Με 1 ο τρανζίστορ OΝ και έστω I Β1 =100µΑ I C1 =100µΑ 50=5mA. Είναι I R1 = I C1 + I B2. I B2 +V Με 2 ο τρανζίστορ OFF I B2 =0 I R1 = I C1 =5mA Ισχύει: V R1 (max)=12 V, V R1 (max)=i R1 R 1max R 1max =12V/5mA=2400Ω (2). Τελικά από (1) και (2) 2,4 kω R 1 6 kω. Μια δεκτή τιµή είναι R 1 =4.8 kω.

23 8. ιακοπτική Λειτουργία Τρανζίστορ- Ι.Σ. Χαλκιάδης διαφάνεια 23 Κυκλώµατα αυτόµατου φωτισµού R 2 +6 V +6 V ρελέ R 3 D D 1 1 D 1 = 1N4001 δίοδος Q 1 = 2N2222 τρανζίστορ R 1 = φωτοαντίσταση (µεγάλη τιµή στο σκοτάδι) R 2 = 50 kω ποτενσιόµετρο R 3 = 1kΩ ρελέ = τάση λειτουργίας 5 ή 6 V R 1 ΤΟ ΡΕΛΕ Q 1 ΛΕΙΤΟΥΡΓΕΙ R 3 R 1 ΣΤΟ ΣΚΟΤΑ Ι R 2 Q 1 ρελέ ΤΟ ΡΕΛΕ ΛΕΙΤΟΥΡΓΕΙ ΣΤΟ ΦΩΣ

24 8. ιακοπτική Λειτουργία Τρανζίστορ- Ι.Σ. Χαλκιάδης διαφάνεια 24 Παράδειγµα Η LED στο παρακάτω κύκλωµα καταναλώνει 40 mw µε 0,7 V στα άκρα της, όταν ανάβει. α. Να υπολογιστούν οι τιµές των R B και R C για να ανάψει η LED όταν εφαρµοστεί ο παλµός (V BE =0,7 V, β=100) β. Να εξηγηθεί η λειτουργία του κυκλώµατος. 0 V 5 V R B Λύση I C =40 mw/0.7 V=5.7 ma (5-0.7) V=5.7 ma x R C R C =745 Ω I B =57 µa (5-0.7) V=57 µa x R B R B =74.4 kω 5 V R C

Σχετικά έγγραφα

ΤΕΙ - ΧΑΛΚΙ ΑΣ. διπολικά τρανζίστορ διακρίνονται σε: 1. τρανζίστορ γερµανίου (Ge) και. 2. τρανζίστορ πυριτίου (Si ).

ΤΕΙ - ΧΑΛΚΙ ΑΣ. διπολικά τρανζίστορ διακρίνονται σε: 1. τρανζίστορ γερµανίου (Ge) και. 2. τρανζίστορ πυριτίου (Si ). 7. Εισαγωγή στο διπολικό τρανζίστορ-ι.σ. ΧΑΛΚΙΑ ΗΣ διαφάνεια 1 7. TΟ ΙΠΟΛΙΚΟ ΤΡΑΝΖΙΣΤΟΡ Ανάλογα µε το υλικό διπολικά τρανζίστορ διακρίνονται σε: 1. τρανζίστορ γερµανίου (Ge) και 2. τρανζίστορ πυριτίου