Транзистор используется в качестве электронного переключателя, приводя его либо в насыщение, либо в отключение . Область между этими двумя является линейной областью. Транзистор работает как линейный усилитель в этой области. Состояния насыщения и обрезания являются важным фактором в этом отношении.
ВКЛЮЧЕНО-ВЫКЛЮЧЕНО состояния транзистора
В работе транзистора есть две основные области, которые мы можем рассматривать как состояния ВКЛ и ВЫКЛ . Это состояния насыщения и обрезания. Давайте посмотрим на поведение транзистора в этих двух состояниях.
Работа в состоянии отключения
На следующем рисунке показан транзистор в отсечной области.
Когда база транзистора имеет отрицательное значение, транзистор переходит в отключенное состояние. Коллектор тока отсутствует. Следовательно, я C = 0.
Напряжение V CC, приложенное к коллектору, появляется на коллекторе резистора R C. Следовательно,
V CE = V CC
Операция в области насыщения
На следующем рисунке показан транзистор в области насыщения.
Когда базовое напряжение положительное и транзистор переходит в насыщение, I C протекает через R C.
Тогда V CC падает через R C. Выход будет нулевым.
IC=IC(sat)= fracVCCRCиVCE=0
На самом деле, это идеальное состояние. Практически течет некоторая утечка тока. Следовательно, мы можем понять, что транзистор работает в качестве переключателя при включении в области насыщения и отсечки областей путем приложения к базе положительных и отрицательных напряжений.
Следующий рисунок дает лучшее объяснение.
Обратите внимание на линию нагрузки постоянного тока, которая соединяет I C и V CC . Если транзистор приводится в состояние насыщения, I C течет полностью и V CE = 0, что обозначено точкой A.
Если транзистор вводится в отсечку, I C будет нулевым, а V CE = V CC, который обозначен точкой B. Линия, соединяющая точку насыщения A и отсеченную B, называется линией нагрузки . Поскольку приложенное напряжение является постоянным, оно называется линией нагрузки постоянного тока .
Практические соображения
Хотя все вышеупомянутые условия являются убедительными, существуют некоторые практические ограничения для получения таких результатов.
Во время состояния отключения
Идеальный транзистор имеет V CE = V CC и I C = 0.
Но на практике меньший ток утечки протекает через коллектор.
Следовательно, I C будет несколько мкА.
Это называется током утечки из коллектора, что, конечно, ничтожно мало.
Во время состояния насыщения
Идеальный транзистор имеет V CE = 0 и I C = I C (сб) .
Но на практике V CE уменьшается до некоторого значения, называемого напряжением колена .
Когда V CE уменьшается больше, чем напряжение колена, β резко уменьшается.
Поскольку I C = βI B, это уменьшает ток коллектора.
Следовательно, тот максимальный ток I C, который поддерживает V CE при напряжении колена, известен как ток коллектора насыщения .
Ток коллектора насыщения = IC(sat)= fracVCC−VkneeRC
Транзистор, который изготовлен только для того, чтобы он работал для целей коммутации, называется коммутирующим транзистором . Это работает либо в насыщенности, либо в отрезанной области. В состоянии насыщения ток насыщения коллектора протекает через нагрузку, а в состоянии отключения ток утечки коллектора протекает через нагрузку.
Действие переключения транзистора
Транзистор имеет три области работы. Чтобы понять эффективность работы, необходимо учитывать практические потери. Итак, давайте попробуем понять, насколько эффективно работает транзистор в качестве переключателя.
В состоянии отключения (ВЫКЛ)
Базовый ток I B = 0
Коллектор тока I C = I генерального директора (ток утечки коллектора)
Потеря мощности = выходное напряжение × выходной ток
=VCC timesICEO
Поскольку I CEO очень маленький, а V CC также низок, потери будут очень низкими. Следовательно, транзистор работает как эффективный переключатель в выключенном состоянии.
Во время состояния насыщения (ВКЛ)
Как обсуждалось ранее,
IC(sat)= fracVCC−VколеноRC
Выходное напряжение V колена .
Потеря мощности = выходное напряжение × выходной ток
=Vколено timesIc(сел)
Поскольку V колено будет иметь небольшую ценность, потери будут низкими. Следовательно, транзистор работает как эффективный переключатель во включенном состоянии.
Во время Активного региона
Транзистор находится между состояниями ВКЛ и ВЫКЛ. Транзистор работает как линейный усилитель, где небольшие изменения входного тока вызывают большие изменения выходного тока (ΔI C ).
Время переключения
Импульсный транзистор имеет импульс на входе, а импульс с небольшими изменениями будет выходным. Есть несколько терминов, которые вы должны знать относительно времени переключения импульсного выхода. Давайте пройдемся по ним.
Пусть длительность входного импульса = T
При подаче входного импульса ток коллектора требует некоторого времени для достижения значения установившегося состояния из-за паразитных емкостей. Следующий рисунок объясняет эту концепцию.
Из рисунка выше,
Временная задержка (t d ) — Время, которое ток коллектора достигает от своего начального значения до 10% от своего конечного значения, называется временной задержкой .
Время нарастания (t r ) — Время, за которое ток коллектора достигает от 10% своего начального значения до 90% своего конечного значения, называется временем нарастания .
Время включения (T ON ) — сумма времени задержки (t d ) и времени нарастания (t r ) называется временем включения .
T ON = t d + t r
Время хранения (t s ) — Интервал времени между задним фронтом входного импульса до 90% от максимального значения выхода называется временем хранения .
Время падения (t f ) — Время, за которое ток коллектора достигает от 90% своего максимального значения до 10% от его первоначального значения, называется временем падения .
Время выключения (T OFF ) — Сумма времени хранения (t s ) и времени спада (t f ) определяется как время выключения .
T OFF = t s + t f
Ширина импульса (Вт) — длительность выходного импульса, измеренная между двумя 50% -ными уровнями восходящей и падающей формы волны, определяется как ширина импульса .