Struktura

Bipolární tranzistory ve spínacím režimu

Bipolární tranzistory ve spínacím režimu

Tranzistor ve spínacím režimu v zapojení SE

Obr. 1: Tranzistor jako spínač

Při úplném otevření tranzistoru (UCE se blíží nule) tranzistor již nemůže zesilovat proud, chová se jako kdyby mezi kolektorem a emitorem byl velmi malý odpor. Říkáme, že tranzistor je ve stavu saturace - nasycení. Typická hodnota saturačního napětí je u moderních tranzistorů malého výkonu (do 1 W) asi 0,2 V. U výkonových tranzistorů bývá 1 až 2 V. Při saturaci se tranzistor chová jako sepnutý spínač, na kterém je malý úbytek napětí. Dochází k ní při dostatečně velkém proudu báze, kdy již není možné, aby platilo: IC = β . IB

Proud kolektoru je omezen hodnotami dalších součástek (kolektorový odpor Rz). Pokud je na bázi tranzistoru napětí menší než 0,6 V, potom IB = 0. Obvodem kolektor-emitor teče pouze zbytkový proud (řádově 1 μA), tranzistor se chová jako rozepnutý spínač.

Tento spínač řídíme proudem do báze tranzistoru. Řídicí napětí Uříď přivádíme na bázi tranzistoru přes ochranný odpor RB. Jinak by byl proud báze příliš velký a tranzistor by se zničil. Odpor RZ (zátěž) v kolektoru tranzistoru omezuje jeho kolektorový proud. Tranzistor umožňuje bezkontaktní spínání zátěže v kolektorovém obvodu proudem přivedeným do báze. Bezkontaktní spínání je oproti relé rychlejší, spolehlivější a výhodnější z hlediska rozměrů i životnosti spínače. Při sepnutí se tranzistor zpravidla dostane do saturace. Aby tomu tak skutečně bylo, musí platit, že IB.β > IC.

Tranzistor je jednou z polovodičových součástek, které umožňují tzv. bezkontaktní spínání zátěže. Zátěž (žárovka, elektromotor, relé, topná spirála….) zapojená v kolektorovém obvodu je spínána proudem přivedeným do báze tranzistoru. Tranzistor pak pracuje ve dvou režimech:

  • v nevodivém režimu;

  • v saturačním režimu.

To, ve kterém režimu tranzistor pracuje, je určeno úrovní dvouúrovňového signálu přiváděného ze zdroje signálu na vstup impulzního zesilovače.

Má-li vstupní signál Uřiď nízkou úroveň, pracuje tranzistor v nevodivém režimu, při vysoké úrovni vstupního signálu pracuje tranzistor v saturačním režimu.

Nevodivý režim: Má-li vstupní signál Uřiď nulovou úroveň, je na bázi tranzistoru nulové napětí UBE = 0, bází teče proud IB = 0, kolektorový proud IC = ICE0 ≅ 0.

Tranzistor představuje velký odpor (mnohonásobně větší než je odpor zátěže), můžeme si jej představit jako rozepnutý spínač, zátěž je odpojena. Protože

Un = UCE + Uz = UCE + Rz . IC = UCE + Rz . 0, je v nevodivém režimu prakticky celé napětí zdroje Un na tranzistoru, v nevodivém režimu tedy:

Uzet ≅ 0, UCE ≅ Un.

Saturační režim: Po připojení zátěže je tranzistor otevřen a zpravidla přechází do tzv. stavu saturace. Aby byl tranzistor v saturaci, musí být splněna podmínka β . IB ≥Isat.

Napětí Usat je saturační napětí tranzistoru pro daný proud IB a pro danou velikost odporu zátěže při určitém napájecím napětí Un. Saturační napětí je nejmenší velikost napětí UCE mezi kolektorem a emitorem tranzistoru pro danou zátěž RC. Velikost napětí na zátěži Rz v saturačním režimu tranzistoru je dána vztahem:

Uz = Un – Usat.

Velikost proudu báze IB, kterým je tranzistor přiveden do stavu saturace, určíme pomocí vztahu:

I_{Bsat}=\frac{U_{sat}-U_{BE}}{R_{B}},

takže

R_{B}\leq \frac{U_{sat}-U_{BE}}{I_{Bsat}}

 

Zdroje

  • KOUTNÝ, Jaroslav a Ivo VLK. Elektronika I učebnice.  VYTVOŘENO V RÁMCI PROJEKTU: DIGITÁLNÍ ŠKOLA: ICT VE VÝUCE TECHNICKÝCH PŘEDMĚTŮ, REG. Č. CZ.1.07/1.1.04/01.0137, Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická, Olomouc 2009

Obrázky

  • Obr. 1: KOUTNÝ, Jaroslav a Ivo VLK. Tranzistor jako spínač, Elektronika I učebnice.  VYTVOŘENO V RÁMCI PROJEKTU: DIGITÁLNÍ ŠKOLA: ICT VE VÝUCE TECHNICKÝCH PŘEDMĚTŮ, REG. Č. CZ.1.07/1.1.04/01.0137, Vyšší odborná škola a Střední průmyslová škola elektrotechnická, Olomouc 2009
Logolink