1. Peruskäsitteet ja triodien periaatteet
Transistorilla transistoriperheen avainjäsenenä on välttämätön rooli elektronisissa piireissä.Se sisältää kolme perusosaa: pohja, emitteri ja keräilijä.Tässä keskitymme pääasiassa NPN -transistoreihin.NPN -transistorin ydinominaisuuksia voidaan kuvata vastaavalla piirillä, jossa perustan ja emitterin välinen yhteys vastaa diodia ja kollektorin ja emitterin välistä yhteyttä voidaan pitää säädettävänä vastuksena.Tämän vastuksen vastus vaihtelee suuresti muutamasta ohmista äärettömyyteen (avoimen piirin tila).
Ennen keskustelua syvällisesti meidän on selvennettävä NPN -transistorin ominaisyhtälöä: IC = βIB.Tässä yhtälössä IB edustaa virtaa emäksestä emitteriin, IC on virran kollektorista emitteriin ja β on triodin monistuskerroin.Tämä moninkertainen on vakio määritetty tuotantoprosessin perusteella, ja sen arvo on yleensä kymmenien ja satojen välillä.On kuitenkin huomattava, että triodi saavuttaa tämän monistusvaikutuksen säätämällä ekvivalenttivastus (RCE) keräilijän ja emitterin välillä.Kun RCE mukautetaan erittäin alhaiseen arvoon, mutta ei silti pysty saavuttamaan IC = βIB: tä, kutsumme sitä "kylläisyys" -tilaan;Päinvastoin, kun RCE mukautetaan erittäin korkeaan arvoon, mutta ei silti pysty saavuttamaan IC = βIB: tä, sitä kutsutaan "raja" -tilaan.Ihannetapauksessa transistorin tulisi toimia monistusalueella, ts. IC = βIB: n tila.
2. NPN -transistorin vakiovirran lähteen purkauspiirin rakentaminen ja analyysi
Sähköisen piirisuunnittelussa vakiovirtalähteiden käyttö on ratkaisevan tärkeää.Esimerkiksi tavanomaisen kondensaattorin purkauspiirin ottaminen, purkausvirta IC = UC/R, jossa UC edustaa kondensaattorin jännitettä.Koska kondensaattorijännite pienenee ajan myötä, perinteinen purkausvirta ei ole vakio.Kuitenkin käyttämällä NPN -transistoreita, voimme rakentaa vakiovirran purkauspiirin.
Tällaisessa piirisuunnittelussa kondensaattorin purkausvirta on riippumaton sen jännitteestä.Esimerkiksi olettaen, että piirin VE -arvo on 4,3 V (laskettuna 5 V: ksi miinus 0,7 V), niin voimme huomata, että IC (kollektorivirta) on suunnilleen yhtä suuri kuin IE (emitterivirta), joka on laskettu VE: ksi jaettuna jaettuna.Re (emitterirastus).Tämä laskentaprosessi perustuu tärkeään oletukseen: triodin on toimitettava vahvistusalueella, ts. IC = βIB on täytettävä.Kun otetaan huomioon, että β: n yleinen arvo on luokkaa 100 kertaa, ts. Voidaan pitää suunnilleen yhtä suurena kuin IC.
3. triodipiirin ratkaisuprosessi
Suunnitellessamme ja analysoidessasi transistoripiirejä seuraamme yleensä seuraavia vaiheita: Oletetaan ensin, että transistori toimii vahvistusalueella ja täyttää IC = βIB: n ja IC≈: n olosuhteet;Sitten käänteisesti päätellä UCE (kollektorin ja emitterin välinen jännite) on kohtuullinen määrittää, ovatko aiemmat oletukset totta.Esimerkiksi olettaen, että kondensaattorin välinen jännite on 10 V, voimme laskea UCE: n olevan 5,7 V, mikä puolestaan antaa RCE: n arvon 5,7 000 ohmia.Tämä tarkoittaa, että säätämällä RCE: n 5,7 000 ohmiin transistori voi ylläpitää kondensaattorin purkausvirtaa 1 mA: lla.Samoin, kun kondensaattorijännite on 8 V, UCE on 3,7 V ja RCE on 3,7 000 ohmia, joten purkausvirta ylläpidetään edelleen 1 mA: lla.
Kuitenkin, kun kondensaattorijännite putoaa tietyn kynnyksen, kuten 3v: n, alapuolella, havaitsemme, että UCE: n lasketusta tuloksesta tulee negatiivinen arvo (-1,3 V), mikä on selvästi kohtuuton.Tämä osoittaa, että vaikka RCE putoaa 0 ohmiin, IC = βIB: n tilaa ei voida täyttää.Siksi, kun kondensaattorijännite laskee alle 4,3 V: n, transistori ei enää toimi monistusalueella, vaan pääsee kylläisyysalueelle.On syytä huomata, että käytännöllisissä sovelluksissa kollektorin ja emitterin välistä vastusta ei voida vähentää arvoon 0Ω, joten UCE: n alhaisin arvo voidaan yleensä vähentää vain noin 0,2 V: iin.Tätä arvoa kutsutaan tyydyttyneeksi putken jännitteen pudotukseksi.
4. PNP -transistorin käyttö vakiovirran lähteen latauspiirissä
Erilainen NPN -transistorit, vakiovirran lähteen latauspiirin toteuttamiseksi meidän on käytettävä PNP -transistoreita.PNP -transistorin työperiaate ja rakenne ovat erilaisia kuin NPN, mutta sillä on tärkeä rooli vakiovirran lähteen latauspiirin toteuttamisessa.PNP -transistorissa virran virtauksen suunta on vastakkainen kuin NPN -transistori, mikä tarjoaa paremman joustavuuden erityyppisten elektronisten piirien suunnittelussa.