1. Základní pojmy a principy triod
Transistor, jako klíčový člen rodiny tranzistorů, hraje v elektronických obvodech nezbytnou roli.Obsahuje tři základní části: základna, emitor a sběratel.Zde se zaměřujeme hlavně na tranzistory NPN.Základní charakteristiky tranzistoru NPN lze popsat ekvivalentním obvodu, ve kterém je spojení mezi základnou a emitorem ekvivalentní diodě a spojení mezi sběratelem a emitorem lze považovat za nastavitelný rezistor.Odpor tohoto rezistoru se velmi liší, od několika ohmů po nekonečno (stav otevřeného obvodu).
Před hloubkou diskuse o hloubce musíme objasnit charakteristickou rovnici tranzistoru NPN: IC = βib.V této rovnici Ib představuje proud od základny k emitoru, IC je proud od kolektoru k emitoru a β je amplifikační faktor triody.Tento násobek je konstantní stanovený na základě výrobního procesu a jeho hodnota je obvykle mezi desítkami a stovkami.Je však třeba poznamenat, že triode dosahuje tohoto amplifikačního účinku úpravou ekvivalentního odporu (RCE) mezi sběratelem a emitorem.Když je RCE upravena na extrémně nízkou hodnotu, ale stále nemůže dosáhnout IC = βib, nazýváme jej „nasyceným“ stavem;Naopak, když je RCE upravena na extrémně vysokou hodnotu, ale stále nemůže dosáhnout IC = βib, nazývá se stav „cut-off“.V ideálním případě by měl tranzistor pracovat v amplifikační oblasti, tj. Stav IC = βib.
2. Konstrukce a analýza NPN tranzistorového konstantního proudu vybíracího obvodu
Při návrhu elektronického obvodu je rozhodující aplikace zdrojů s konstantním proudem.Jako příklad vezme konvenční výbojový obvod kondenzátoru, vypouštěcí proud IC = UC/R, kde UC představuje napětí kondenzátoru.Protože napětí kondenzátoru v průběhu času snižuje, tradiční výbojový proud není konstantní.Použitím tranzistorů NPN však můžeme vytvořit výbojový obvod s konstantním proudem.
V takovém návrhu obvodu je vypouštěcí proud kondenzátoru nezávislý na jeho napětí.Například za předpokladu, že hodnota VE obvodu je 4,3 V (vypočtená jako 5V mínus 0,7 V), pak můžeme zjistit, že IC (proud sběratele) je přibližně stejný jako IE (emitorový proud), vypočteno jako děleno ve VE dělíRe (emitor rezistor).Tento proces výpočtu je založen na důležitém předpokladu: Trioda musí fungovat v oblasti amplifikace, tj. IC = βib musí být splněna.Vzhledem k tomu, že obecná hodnota β je řádově 100krát, může být IE považována za přibližně rovný IC.
3. Proces řešení obvodu triodů
Při navrhování a analýze tranzistorových obvodů obvykle postupujeme podle následujících kroků: Nejprve předpokládejme, že tranzistor pracuje v amplifikační oblasti a splňuje podmínky IC = βib a ic≈ie;Poté je nepřímo odvodit UCE (napětí mezi kolektorem a emitorem) na základě výsledků výpočtu) je rozumné určit, zda jsou předchozí předpoklady pravdivé.Například za předpokladu, že napětí napříč kondenzátorem je 10V, můžeme vypočítat UCE na 5,7 V, což zase dává RCE hodnotu 5,7 khmů.To znamená, že úpravou RCE na 5,7 K ohmy může tranzistor udržovat vypouštěcí proud kondenzátoru při 1 mA.Podobně, když je napětí kondenzátoru 8V, UCE je 3,7 V a RCE je 3,7 khmy, takže vypouštěcí proud je stále udržován při 1 mA.
Když však napětí kondenzátoru klesne pod určitý prahová hodnota, jako je 3V, zjistíme, že vypočítaný výsledek UCE se stává zápornou hodnotou (-1,3 V), což je zjevně nepřiměřené.To ukazuje, že i když RCE klesne na 0 ohmů, stav IC = PIB nelze splnit.Proto, když kondenzátor napětí klesne pod 4,3 V, tranzistor již nebude fungovat v amplifikační oblasti, ale vstoupit do saturační oblasti.Stojí za zmínku, že v praktických aplikacích nelze odpor mezi kolektorem a emitorem snížit na 0Ω, takže nejnižší hodnotu UCE lze obecně snížit pouze na asi 0,2 V.Tato hodnota se nazývá UCES nasycené napětí.
4. Aplikace tranzistoru PNP v obvodu nabíjecího zdroje s konstantním proudem
Na rozdíl od tranzistorů NPN, k implementaci obvodu nabíjecího zdroje s konstantním proudem, musíme použít tranzistory PNP.Pracovní princip a struktura tranzistoru PNP se liší od NPN, ale hraje zásadní roli při realizaci konstantního proudového zdroje nabíjecího obvodu.V tranzistoru PNP je směr proudového toku opačný k směru tranzistoru NPN, který poskytuje větší flexibilitu při navrhování různých typů elektronických obvodů.