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

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

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

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

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

8. ιακοπτική Λειτουργία Τρανζίστορ- Ι.Σ. Χαλκιάδης διαφάνεια 5 0.1 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

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

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. 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 1B08 100 ma 110-800 1 ZTX300 500 ma 50-300.8 BFY51 1 Α 40 1,5 TIP31A 3 A 10-60 2 TIP33A 10 A 20-100 4 MJ2501 10 A 1000 6 6IP141 10 A 1000 5

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.

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 = 1000 2mA Τιµή του β πολύ µεγάλη για να επιτευχθεί από ένα µόνο τρανζίστορ. 2 ma κύκλωµα οδήγησης (β=1000) φορτίο ( 2A)

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.

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.

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.

8. ιακοπτική Λειτουργία Τρανζίστορ- Ι.Σ. Χαλκιάδης διαφάνεια 14 Εφαρµογή 2 ιάταξη ανίχνευσης µιας δεδοµένης στάθµης υγρού. ακίδες 3,3 kω 3,3 kω 1Ν4001 +9 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

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;

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 = 1 250 1,6 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 1 680 Ω)+V B1 +V B2 ή v in ελάχ. = 1,6mA 680Ω + 0,7V + 1,2V = 2,99 V.

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 +10 +5 V (β) t t

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.

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

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

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

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.

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

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