1. מושגים בסיסיים ועקרונות טריודה
טרנזיסטור, כחבר מפתח במשפחת הטרנזיסטור, ממלא תפקיד חיוני במעגלים אלקטרוניים.הוא מכיל שלושה חלקים בסיסיים: בסיס, פולט ואספן.כאן אנו מתמקדים בעיקר בטרנזיסטורים של NPN.ניתן לתאר את מאפייני הליבה של טרנזיסטור NPN על ידי מעגל שווה ערך, בו הקשר בין הבסיס לפולט שווה לדיודה, והחיבור בין האספן לפולט יכול להיחשב כנגד מתכוונן.ההתנגדות של נגדי זה משתנה מאוד, מכמה אוהם לאינסוף (מצב מעגל פתוח).
לפני שנדון לעומק, עלינו להבהיר את המשוואה האופיינית של טרנזיסטור NPN: IC = βIB.במשוואה זו, IB מייצג את הזרם מהבסיס לפולט, IC הוא הזרם מהאספן לפולט, ו- β הוא גורם ההגברה של הטריודה.מכפיל זה הוא קבוע שנקבע על בסיס תהליך הייצור, וערכו בדרך כלל הוא בין עשרות למאות.עם זאת, יש לציין כי הטריודה משיגה אפקט הגברה זה על ידי התאמת ההתנגדות המקבילה (RCE) בין האספן לפולט.כאשר RCE מותאם לערך נמוך במיוחד אך עדיין לא יכול להשיג IC = βIB, אנו מכנים זאת מצב "רוויה";לעומת זאת, כאשר RCE מותאם לערך גבוה במיוחד אך עדיין אינו יכול להשיג IC = βIB, זה נקרא מצב "ניתוק".באופן אידיאלי, על הטרנזיסטור לעבוד באזור ההגברה, כלומר מצב IC = βIB.
2. בנייה וניתוח של טרנזיסטור NPN קבוע מעגל פריקה מקור זרם
בתכנון מעגלים אלקטרוניים, יישום מקורות זרם קבוע הוא קריטי.נטילת מעגל פריקה של קבלים קונבנציונאלי כדוגמה, זרם הפריקה IC = UC/R, כאשר UC מייצג את המתח של הקבל.מכיוון שמתח הקבל יורד עם הזמן, זרם הפריקה המסורתי אינו קבוע.עם זאת, על ידי שימוש בטרנזיסטורים של NPN, אנו יכולים לבנות מעגל פריקה זרם קבוע.
בתכנון מעגל כזה, זרם הפריקה של הקבל אינו תלוי במתח שלו.לדוגמה, בהנחה שערך ה- VE של המעגל הוא 4.3 וולט (מחושב כ- 5V מינוס 0.7 וולט), אז נוכל לגלות ש- IC (זרם האספן) שווה בערך ל- IE (זרם הפולט), המחושב כ- VE מחולק על ידיRe (נגד פולט).תהליך חישוב זה מבוסס על הנחת יסוד חשובה: הטריודה חייבת לעבוד באזור ההגברה, כלומר IC = βiB חייבת להיות מרוצה.בהתחשב בעובדה שהערך הכללי של β הוא בסדר גודל של 100 פעמים, IE יכול להיחשב כשווה בערך ל- IC.
3. תהליך הפתרון של מעגל הטריודה
בעת תכנון וניתוח מעגלי טרנזיסטור, אנו בדרך כלל עוקבים אחר הצעדים הבאים: ראשית נניח שהטרנזיסטור פועל באזור ההגברה ועומד בתנאים של IC = βIB ו- IC≈ie;ואז להסיק באופן הפוך (המתח בין האספן לפולט) על סמך תוצאות החישוב) סביר לקבוע אם ההנחות הקודמות נכונות.לדוגמה, בהנחה שהמתח על הקבל הוא 10V, אנו יכולים לחשב את ה- UCE להיות 5.7 וולט, מה שבתורו נותן ל- RCE ערך של 5.7K אוהם.המשמעות היא שעל ידי התאמת RCE ל- 5.7K אוהם, הטרנזיסטור יכול לשמור על זרם הפריקה של הקבל ב- 1MA.באופן דומה, כאשר מתח הקבל הוא 8V, UCE הוא 3.7V ו- RCE הוא 3.7K אוהם, כך שזרם הפריקה עדיין נשמר ב- 1MA.
עם זאת, כאשר מתח הקבל יורד מתחת לסף מסוים, כגון 3V, אנו נגלה שהתוצאה המחושבת של UCE הופכת לערך שלילי (-1.3 וולט), וזה כמובן בלתי סביר.זה מראה שגם אם RCE יורד ל -0 אוהם, לא ניתן לספק את מצבו של IC = βiB.לכן, כאשר מתח הקבל יורד מתחת ל 4.3 וולט, הטרנזיסטור כבר לא יפעל באזור ההגברה אלא ייכנס לאזור הרוויה.ראוי לציין כי ביישומים מעשיים, לא ניתן להפחית את ההתנגדות בין האספן לפולט ל- 0Ω, ולכן בדרך כלל ניתן להפחית את הערך הנמוך ביותר של UCE לכ- 0.2V.ערך זה נקרא ירידת מתח הצינור הרווי.
4. יישום טרנזיסטור PNP במעגל טעינה מקור זרם קבוע
שונה מטרנזיסטורים של NPN, כדי ליישם מעגל טעינה מקור זרם קבוע, עלינו להשתמש בטרנזיסטורים של PNP.עיקרון העבודה והמבנה של טרנזיסטור ה- PNP שונים מ- NPN, אך הוא ממלא תפקיד חיוני במימוש מעגל הטעינה הקבוע של מקור הזרם.בטרנזיסטור PNP, כיוון זרימת הזרם מנוגד לזו של טרנזיסטור NPN, המספק גמישות רבה יותר בעיצוב סוגים שונים של מעגלים אלקטרוניים.