1. Βασικές έννοιες και αρχές των τριάδων
Το τρανζίστορ, ως βασικό μέλος της οικογένειας τρανζίστορ, διαδραματίζει απαραίτητο ρόλο στα ηλεκτρονικά κυκλώματα.Περιέχει τρία βασικά μέρη: βάση, πομπό και συλλέκτη.Εδώ, εστιάζουμε κυρίως σε τρανζίστορ NPN.Τα βασικά χαρακτηριστικά ενός τρανζίστορ NPN μπορούν να περιγραφούν από ένα ισοδύναμο κύκλωμα, στο οποίο η σύνδεση μεταξύ της βάσης και του πομπού είναι ισοδύναμη με μια δίοδο και η σύνδεση μεταξύ του συλλέκτη και του πομπού μπορεί να θεωρηθεί ως ρυθμιζόμενη αντίσταση.Η αντίσταση αυτής της αντίστασης ποικίλλει ευρέως, από λίγα ohms έως άπειρα (κατάσταση ανοικτού κυκλώματος).
Πριν συζητήσουμε σε βάθος, πρέπει να διευκρινίσουμε τη χαρακτηριστική εξίσωση του τρανζίστορ NPN: IC = βIB.Σε αυτή την εξίσωση, το IB αντιπροσωπεύει το ρεύμα από τη βάση στον πομπό, το IC είναι το ρεύμα από τον συλλέκτη στον πομπό και β είναι ο συντελεστής ενίσχυσης της τριώξης.Αυτό το πολλαπλάσιο είναι μια σταθερά που προσδιορίζεται με βάση τη διαδικασία παραγωγής και η αξία της είναι συνήθως μεταξύ δεκάδων και εκατοντάδων.Ωστόσο, θα πρέπει να σημειωθεί ότι η τριοδάτη επιτυγχάνει αυτό το αποτέλεσμα ενίσχυσης ρυθμίζοντας την ισοδύναμη αντίσταση (RCE) μεταξύ του συλλέκτη και του εκπομπού.Όταν το RCE προσαρμόζεται σε εξαιρετικά χαμηλή τιμή, αλλά εξακολουθεί να μην μπορεί να επιτύχει IC = βIb, το ονομάζουμε κατάσταση "κορεσμού".Αντίθετα, όταν το RCE προσαρμόζεται σε εξαιρετικά υψηλή τιμή, αλλά εξακολουθεί να μην μπορεί να επιτύχει IC = βIb, ονομάζεται κατάσταση "αποκοπής".Στην ιδανική περίπτωση, το τρανζίστορ πρέπει να λειτουργεί στην περιοχή ενίσχυσης, δηλαδή στην κατάσταση του IC = βIB.
2. Κατασκευή και ανάλυση του κύκλου εκκένωσης σταθερού ρεύματος Transistor NPN Transistor
Στο σχεδιασμό ηλεκτρονικού κυκλώματος, η εφαρμογή πηγών σταθερού ρεύματος είναι ζωτικής σημασίας.Λαμβάνοντας ένα συμβατικό κύκλωμα εκκένωσης πυκνωτή ως παράδειγμα, το ρεύμα εκκένωσης IC = UC/R, όπου το UC αντιπροσωπεύει την τάση του πυκνωτή.Δεδομένου ότι η τάση του πυκνωτή μειώνεται με την πάροδο του χρόνου, το παραδοσιακό ρεύμα εκφόρτισης δεν είναι σταθερό.Ωστόσο, χρησιμοποιώντας τα τρανζίστορ NPN, μπορούμε να δημιουργήσουμε ένα σταθερό κύκλωμα εκκένωσης ρεύματος.
Σε ένα τέτοιο σχεδιασμό κυκλώματος, το ρεύμα εκκένωσης του πυκνωτή είναι ανεξάρτητο από την τάση του.Για παράδειγμα, υποθέτοντας ότι η τιμή VE του κυκλώματος είναι 4.3V (υπολογίζεται ως 5V μείον 0.7V), τότε μπορούμε να διαπιστώσουμε ότι το IC (το ρεύμα συλλέκτη) είναι περίπου ίσο με το IE (ρεύμα εκπομπού), που υπολογίζεται ως διαιρείται απόRe (αντίσταση εκπομπού).Αυτή η διαδικασία υπολογισμού βασίζεται σε μια σημαντική προϋπόθεση: η τριάδα πρέπει να λειτουργεί στην περιοχή ενίσχυσης, δηλαδή, IC = βΙΒ πρέπει να ικανοποιηθεί.Λαμβάνοντας υπόψη ότι η γενική τιμή του β είναι της τάξης των 100 φορές, δηλαδή μπορεί να θεωρηθεί ότι είναι περίπου ίση με το IC.
3. Διαδικασία λύσης του κυκλώματος τριώξης
Κατά το σχεδιασμό και την ανάλυση των κυκλωμάτων τρανζίστορ, συνήθως ακολουθούμε τα ακόλουθα βήματα: πρώτα υποθέτουμε ότι το τρανζίστορ λειτουργεί στην περιοχή ενίσχυσης και πληροί τις συνθήκες του IC = βIB και του ICIE.Στη συνέχεια, αντιστρόφως, η UCE (η τάση μεταξύ του συλλέκτη και του πομπού) με βάση τα αποτελέσματα υπολογισμού) είναι λογική για να προσδιοριστεί εάν οι προηγούμενες υποθέσεις είναι αληθινές.Για παράδειγμα, υποθέτοντας ότι η τάση σε όλο τον πυκνωτή είναι 10V, μπορούμε να υπολογίσουμε το UCE να είναι 5.7V, το οποίο με τη σειρά του δίνει RCE τιμή 5.7k ohms.Αυτό σημαίνει ότι με την προσαρμογή του RCE σε 5,7k ohms, το τρανζίστορ μπορεί να διατηρήσει το ρεύμα εκκένωσης του πυκνωτή στο 1mA.Ομοίως, όταν η τάση του πυκνωτή είναι 8V, το UCE είναι 3,7V και το RCE είναι 3,7k ohms, έτσι ώστε το ρεύμα εκφόρτισης να διατηρείται ακόμα στο 1mA.
Ωστόσο, όταν η τάση του πυκνωτή πέφτει κάτω από ένα συγκεκριμένο όριο, όπως το 3V, θα διαπιστώσουμε ότι το υπολογιζόμενο αποτέλεσμα του UCE γίνεται αρνητική τιμή (-1,3V), η οποία είναι προφανώς παράλογη.Αυτό δείχνει ότι ακόμη και αν το RCE πέσει σε 0 ohms, η κατάσταση του IC = βIb δεν μπορεί να ικανοποιηθεί.Επομένως, όταν η τάση του πυκνωτή πέφτει κάτω από 4.3V, το τρανζίστορ δεν θα λειτουργεί πλέον στην περιοχή ενίσχυσης, αλλά εισέρχεται στην περιοχή κορεσμού.Αξίζει να σημειωθεί ότι σε πρακτικές εφαρμογές, η αντίσταση μεταξύ του συλλέκτη και του πομπού δεν μπορεί να μειωθεί σε 0Ω, οπότε η χαμηλότερη τιμή του UCE μπορεί γενικά να μειωθεί μόνο σε περίπου 0,2V.Αυτή η τιμή ονομάζεται κορεσμένη πτώση τάσης σωλήνα.
4. Εφαρμογή του τρανζίστορ PNP σε κύκλωμα φόρτισης σταθερού ρεύματος
Διαφορετικά από τα τρανζίστορ NPN, για να εφαρμόσουμε ένα σταθερό κύκλωμα φόρτισης πηγής ρεύματος, πρέπει να χρησιμοποιήσουμε τρανζίστορ PNP.Η αρχή λειτουργίας και η δομή του τρανζίστορ PNP είναι διαφορετικά από το NPN, αλλά παίζει ζωτικό ρόλο στην πραγματοποίηση του κύκλου φόρτισης σταθερού ρεύματος.Σε ένα τρανζίστορ PNP, η κατεύθυνση της ροής ρεύματος είναι αντίθετη από αυτή ενός τρανζίστορ NPN, το οποίο παρέχει μεγαλύτερη ευελιξία στο σχεδιασμό διαφορετικών τύπων ηλεκτρονικών κυκλωμάτων.