트랜지스터를 스위치로 계산

트랜지스터 (BJT)는 증폭기 회로를 만드는 데 널리 사용되지만 스위칭 애플리케이션에도 효과적으로 사용할 수 있습니다.

트랜지스터 스위치 트랜지스터의 콜렉터가베이스 에미 터에서 저 전류 ON / OFF 신호를 상응하게 스위칭하는 것에 응답하여 상대적으로 더 큰 전류로 ON / OFF되는 회로이다.

예를 들어, 다음 BJT 구성을 스위치로 사용할 수 있습니다. 컴퓨터 논리 회로에 대한 입력 신호를 반전시키기위한 것입니다.

여기서 출력 전압 Vc가 트랜지스터의베이스 / 이미 터에 적용되는 전위와 반대임을 알 수 있습니다.

또한베이스는 증폭기 기반 회로와 달리 고정 된 DC 소스에 연결되지 않습니다. 컬렉터에는 시스템의 공급 레벨에 해당하는 DC 소스가 있습니다 (예 :이 컴퓨터 애플리케이션의 경우 5V 및 0V).

다음 그림과 같이 작동 지점이 부하 라인을 따라 차단에서 포화로 올바르게 전환되도록이 전압 반전을 설계하는 방법에 대해 설명합니다.

현재 시나리오의 경우, 위 그림에서 IB = 0 uA 일 때 IC = ICEO = 0mA (건설 전략 향상과 관련하여 큰 근사치)라고 가정했습니다. 또한 일반적인 0.1 ~ 0.3V 레벨 대신 VCE = VCE (sat) = 0V라고 가정합니다.

이제 Vi = 5V에서 BJT가 켜지고 설계 고려 사항은 포화 수준에 가까운 IB 곡선과 관련된 값보다 클 수있는 IB의 크기에 의해 구성이 고도로 포화되었는지 확인해야합니다.

위 그림에서 알 수 있듯이이 조건에서는 IB가 50uA보다 커야합니다.

채도 수준 계산

표시된 회로의 컬렉터 포화 레벨은 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.

IC (sat) = Vcc / Rc

포화 레벨 직전 활성 영역의베이스 전류 크기는 다음 공식을 사용하여 계산할 수 있습니다.

IB (최대) ≅ IC (sat) / βdc ---------- 공식 1

이는 채도 수준을 구현하려면 다음 조건이 충족되어야 함을 의미합니다.

IB> IC (sat) / IC (sat) / βdc -------- 방정식 2

위에서 설명한 그래프에서 Vi = 5V 일 때 결과 IB 레벨은 다음 방법으로 평가할 수 있습니다.

이 결과로 방정식 2를 테스트하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다.

이것은 필수 조건을 완벽하게 충족하는 것으로 보입니다. 의심 할 여지없이 60uA보다 높은 IB 값은 수직 축에 매우 가깝게 위치한 부하 라인을 통해 Q- 포인트를 가로 질러 입력 할 수 있습니다.

이제 첫 번째 다이어그램에 표시된 BJT 네트워크를 살펴보면 Vi = 0V, IB = 0uA이고 IC = ICEO = 0mA라고 가정하면 RC에서 발생하는 전압 강하는 다음 공식에 따릅니다.

VRC = ICRC = 0V.

이것은 위의 첫 번째 다이어그램에 대해 VC = + 5V를 제공합니다.

컴퓨터 로고 스위칭 응용 프로그램 외에도이 BJT 구성은 부하 라인의 동일한 극단 지점을 사용하는 스위치처럼 구현 될 수도 있습니다.

포화가 발생하면 전류 IC가 상당히 높아지는 경향이 있으며 이에 따라 전압 VCE가 가장 낮은 지점으로 떨어집니다.

이것은 다음 그림에 묘사되고 다음 공식을 사용하여 계산 된 두 단자에 걸쳐 저항 레벨을 발생시킵니다.

다음 그림과 같이 R (sat) = VCE (sat) / IC (sat).

위 공식에서 0.15V와 같은 VCE (sat)의 일반적인 평균 값을 가정하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다.

컬렉터 이미 터 단자의이 저항 값은 BJT의 컬렉터 단자에서 킬로 옴 단위의 직렬 저항과 비교할 때 매우 작게 보입니다.

이제 입력 Vi = 0V이면 BJT 스위칭이 차단되어 컬렉터 이미 터의 저항이 다음과 같이됩니다.

R (차단) = Vcc / ICEO = 5V / 0mA = ∞ Ω

이것은 콜렉터 이미 터 단자에 걸쳐 개방 회로 종류의 상황을 야기합니다. ICEO에 대해 일반적인 값 10uA를 고려하면 차단 저항 값은 다음과 같습니다.

Rcutoff = Vcc / ICEO = 5V / 10uA = 500k Ω

이 값은 스위치로서의 대부분의 BJT 구성에서 개방 회로에 해당하는 상당히 큰 것으로 보입니다.

실용적인 예 해결

ICmax = 10mA 인 경우 아래의 인버터와 같이 구성된 트랜지스터 스위치의 RB 및 RC 값을 계산합니다.

컬렉터 채도를 표현하는 공식은 다음과 같습니다.

ICsat = Vcc / Rc

∴ 10mA = 10V / Rc

∴ Rc = 10V / 10mA = 1kΩ

또한 포화 점에서

IB ≅ IC (sat) / βdc = 10mA / 250 = 40μA

포화를 보장하려면 IB = 60μA를 선택하고 다음 공식을 사용합니다.

IB = Vi-0.7V / RB, 우리는

RB = 10V-0.7V / 60μA = 155kΩ,

위의 결과를 150kΩ으로 반올림하고 위의 공식을 다시 평가하면 다음과 같은 결과를 얻을 수 있습니다.

IB = Vi-0.7V / RB

= 10V-0.7V / 150kΩ = 62μA,

IB = 62μA 이후 > ICsat / βdc = 40μA

이것은 우리가 RB = 150 kΩ을 사용해야 함을 확인합니다.

스위칭 트랜지스터 계산

한 전압 레벨에서 다른 전압 레벨로의 빠른 스위칭 속도로 인해 스위칭 트랜지스터라는 특수 트랜지스터를 찾을 수 있습니다.

다음 그림은 ts, td, tr 및 tf로 기호화 된 기간을 디바이스의 콜렉터 전류와 비교합니다.

콜렉터 속도 응답에 대한 기간의 영향은 아래와 같이 콜렉터 전류 응답에 의해 정의됩니다.

트랜지스터가 'off'에서 'on'상태로 전환하는 데 필요한 총 시간은 t (on)으로 표시되며 다음 공식으로 설정할 수 있습니다.

t (on) = tr + td

여기서 td는 입력 스위칭 신호가 상태를 변경하고 트랜지스터 출력이 변경에 응답하는 동안 발생하는 지연을 식별합니다. 시간 tr은 10 %에서 90 %까지의 최종 스위칭 지연을 나타냅니다.

켜진 상태에서 꺼진 상태까지 bJt가 걸리는 총 시간은 t (off)로 표시되며 다음 공식으로 표현됩니다.

t (꺼짐) = ts + tf

ts는 저장 시간을 결정하고 tf는 원래 값의 90 %에서 10 %까지 하강 시간을 식별합니다.

위의 그래프를 참조하면 범용 BJT의 경우 콜렉터 전류 Ic = 10mA이면 다음을 볼 수 있습니다.

ts = 120ns, td = 25ns, tr = 13ns, tf = 12ns

즉, t (on) = tr + td = 13ns + 25ns = 38ns

t (꺼짐) = ts + tf = 120ns + 12ns = 132ns