전기 및 전자 분야의 주요 장치는 펌프, 튜브 등의 물 흐름을 조절하는 노즐과 유사한 약한 신호가 더 많은 양의 흐름을 조절할 수 있도록하는 조절 밸브입니다. 한 때 전기 영역에서 구현 된이 조절 밸브는 진공관이었습니다. 진공관의 구현과 활용은 좋았지 만, 이것의 복잡성과 열로 전달되는 막대한 전력의 소비가 관 수명을 단축 시켰습니다. 이 문제에 대한 보상으로 트랜지스터는 전체 전기 및 전자 산업의 요구 사항에 적합한 좋은 솔루션을 제공하는 장치였습니다. 이 장치는 1947 년에 'William Shockley'에 의해 발명되었습니다. 자세한 내용을 알아 보려면 무엇을 알고 있는지에 대한 자세한 주제를 살펴 보겠습니다. 트랜지스터 , 구현 스위치로서의 트랜지스터 , 그리고 많은 특성.

트랜지스터는 무엇입니까?

트랜지스터는 3 단자 반도체 장치입니다. 스위칭 애플리케이션, 약한 신호 증폭에 사용할 수 있으며 수천만 개의 트랜지스터가 상호 연결되어 컴퓨터 메모리를 만드는 작은 집적 회로 / 칩에 내장됩니다. 회로의 개폐에 사용되는 트랜지스터 스위치는 트랜지스터가 낮기 때문에 저전압 응용 분야에서만 전자 장치의 스위치로 일반적으로 사용됨을 의미합니다. 힘 소비. 트랜지스터는 차단 및 포화 영역에있을 때 스위치로 작동합니다.

BJT 트랜지스터의 유형

기본적으로 트랜지스터는 두 개의 PN 접합으로 구성되며, 이러한 접합은 N 형 또는 P 형을 끼워서 형성됩니다. 반도체 한 쌍의 반대 유형의 반도체 재료 사이의 재료.

양극 접합 트랜지스터는 유형으로 분류됩니다

NPN
PNP

트랜지스터에는베이스라는 3 개의 단자가 있습니다. 이미 터 및 수집기. 이미 터는 고농도로 도핑 된 터미널이며 전자를베이스 영역으로 방출합니다. 베이스 단자는 가볍게 도핑되고 에미 터 주입 전자를 컬렉터로 전달합니다. 콜렉터 단자는 중간에 도핑되어베이스에서 전자를 수집합니다.

NPN 형 트랜지스터는 위에 나타낸 바와 같이 P 형 도핑 된 반도체 층 사이에 두 개의 N 형 도핑 된 반도체 물질의 구성이다. 유사하게, A PNP 형 트랜지스터는 위에서 나타낸 바와 같이 N 형 도핑 된 반도체 층 사이에 두 개의 P 형 도핑 된 반도체 물질의 구성이다. NPN 및 PNP 트랜지스터의 기능은 동일하지만 바이어스 및 전원 공급 장치 극성이 다릅니다.

스위치로서의 트랜지스터

회로가 사용하는 경우 switc로 BJT 트랜지스터 h, 트랜지스터의 바이어 싱 (NPN 또는 PNP)은 아래 표시된 I-V 특성 곡선의 양쪽에서 트랜지스터를 작동하도록 배열됩니다. 트랜지스터는 활성 영역, 포화 영역 및 차단 영역의 세 가지 모드로 작동 할 수 있습니다. 활성 영역에서 트랜지스터는 증폭기로 작동합니다. 트랜지스터 스위치로 두 영역에서 작동하며 포화 영역 (완전 켜짐) 및 컷오프 영역 (완전히 꺼짐). 그만큼 스위치 회로도로서의 트랜지스터 이다

스위치로서의 트랜지스터

NPN 및 PNP 트랜지스터 유형 모두 스위치로 작동 할 수 있습니다. 일부 애플리케이션은 전력 트랜지스터를 스위칭 도구로 사용합니다. 이 조건에서는이 트랜지스터를 구동하기 위해 다른 신호 트랜지스터를 사용할 필요가 없습니다.

트랜지스터의 작동 모드

위의 특성에서 볼 수 있듯이 곡선 하단의 분홍색 음영 영역은 차단 영역을 나타내고 왼쪽의 파란색 영역은 트랜지스터의 포화 영역을 나타냅니다. 이 트랜지스터 영역은 다음과 같이 정의됩니다.

컷오프 영역

트랜지스터의 작동 조건은 제로 입력베이스 전류 (IB = 0), 제로 출력 콜렉터 전류 (Ic = 0) 및 최대 콜렉터 전압 (VCE)으로 큰 공 핍층을 생성하고 소자를 통해 전류가 흐르지 않습니다.

따라서 트랜지스터는 'Fully-OFF'로 전환됩니다. 따라서 바이폴라 트랜지스터를 스위치로 사용할 때 차단 영역을 정의 할 수 있습니다. NPN 트랜지스터의 접합이 역 바이어스됩니다. VB<0.7v and Ic=0. Similarly, for PNP transistors, the emitter potential must be –ve with respect to the base of the transistor.

컷오프 모드

그런 다음 바이폴라 트랜지스터를 스위치로 사용할 때 '차단 영역'또는 'OFF 모드'를 정의 할 수 있습니다. 두 접합 모두 역 바이어스, IC = 0 및 VB<0.7v. For a PNP transistor, the Emitter potential must be -ve with respect to the base terminal.

컷오프 영역 특성

차단 영역의 특성은 다음과 같습니다.

기본 및 입력 단자는 모두 접지되어있어 '0'v를 의미합니다.
베이스-이미 터 접합부의 전압 레벨은 0.7v 미만입니다.
베이스-이미 터 접합이 역방향 바이어스 상태입니다.
여기서 트랜지스터는 OPEN 스위치로 작동합니다.
트랜지스터가 완전히 OFF되면 차단 영역으로 이동합니다.
베이스-컬렉터 접합이 역방향 바이어스 상태입니다.
Ic = 0을 의미하는 콜렉터 단자에는 전류 흐름이 없습니다.
이미 터-컬렉터 접합 및 출력 단자의 전압 값은 '1'입니다.

포화 영역

이 영역에서 트랜지스터는 최대베이스 전류 (IB)가인가되도록 바이어스되어 최대 콜렉터 전류 (IC = VCC / RL)가되고 그 결과 최소 콜렉터-이미 터 전압 (VCE ~ 0)이됩니다. 하락. 이 조건에서 공 핍층은 트랜지스터를 통해 흐르는 가능한 최대 전류만큼 작아집니다. 따라서 트랜지스터는 'Fully-ON'으로 전환됩니다.

채도 모드

바이폴라 NPN 트랜지스터를 스위치로 사용할 때 '포화 영역'또는 'ON 모드'의 정의는 두 접합 모두 순방향 바이어스, IC = 최대, VB> 0.7v입니다. PNP 트랜지스터의 경우 이미 터 전위는베이스에 대해 + ve 여야합니다. 이것이 트랜지스터를 스위치로 작동 .

포화 영역 특성

그만큼 포화 특성 아르:

기본 및 입력 단자는 모두 Vcc = 5v에 연결됩니다.
베이스-이미 터 접합부의 전압 레벨은 0.7v 이상입니다.
베이스-이미 터 접합은 순방향 바이어스 상태입니다.
여기서 트랜지스터는 CLOSED 스위치로 작동합니다.
트랜지스터가 완전히 OFF되면 포화 영역으로 이동합니다.
베이스-컬렉터 접합이 순방향 바이어스 상태입니다.
콜렉터 단자의 전류 흐름은 Ic = (Vcc / RL)입니다.
이미 터-컬렉터 접합 및 출력 단자의 전압 값은 '0'입니다.
콜렉터-이미 터 접합의 전압이 '0'이면 이상적인 포화 조건을 의미합니다.

또한 트랜지스터를 스위치로 작동 다음과 같이 자세히 설명 할 수 있습니다.

“페르미-디랙 분포 함수 ”

스위치로서의 트랜지스터 – NPN

트랜지스터의베이스 에지에 적용된 전압 값에 따라 스위칭 기능이 발생합니다. 이미 터와베이스 에지 사이에 ~ 0.7V의 좋은 양의 전압이있을 때 컬렉터에서 이미 터 에지로의 전압 흐름은 0입니다. 따라서이 상태의 트랜지스터는 스위치 역할을하고 콜렉터를 통해 흐르는 전류를 트랜지스터 전류로 간주합니다.

같은 방식으로 입력 단자에 전압이인가되지 않으면 트랜지스터는 차단 영역에서 작동하고 개방 회로로 작동합니다. 이 스위칭 방식에서는 연결된 부하가 스위칭 지점과 접촉하여 이것이 기준점 역할을합니다. 따라서 트랜지스터가 'ON'상태가되면 소스 단자에서 부하를 통해 접지로 전류가 흐릅니다.

스위치로서의 NPN 트랜지스터

이 전환 방법을 명확히하기 위해 예를 들어 보겠습니다.

트랜지스터의 기본 저항 값이 50kOhm이고 컬렉터 에지의 저항이 0.7kOhm이고인가 된 전압이 5V이고 베타 값이 150으로 간주된다고 가정합니다.베이스 에지에서 0 ~ 5V 사이의 신호가 적용됩니다. . 이는 0V와 5V의 입력 전압 값을 수정하여 콜렉터 출력을 관찰하는 것과 일치합니다. 다음 다이어그램을 고려하십시오.

때 V_이= 0이면 나_씨= V_DC/아르 자형_씨

IC = 5 / 0.7

따라서 콜렉터 단자의 전류는 7.1mA입니다.

베타 값이 150이므로 Ib = Ic / β

Ib = 7.1 / 150 = 47.3µA

따라서 기본 전류는 47.3µA입니다.

위의 값을 사용하면 콜렉터 단자의 최고 전류 값은 조건 콜렉터에서 이미 터 전압에 대한 7.1mA이며 기본 전류 값은 47.3µA입니다. 따라서베이스 에지의 전류 값이 47.3µA 이상으로 향상되면 NPN 트랜지스터가 포화 영역으로 이동한다는 것이 입증되었습니다.

트랜지스터의 입력 전압이 0V라고 가정합니다. 즉,베이스 전류가 '0'이고 에미 터 접합이 접지되면 에미 터와베이스 접합이 포워딩 바이어스 상태가되지 않습니다. 따라서 트랜지스터는 OFF 모드이고 컬렉터 에지의 전압 값은 5V입니다.

Vc = Vcc-(IcRc)

“전용 물리적 연결을 설정하는 네트워크 유형 ”

= 5-0

Vc = 5V

트랜지스터의 입력 전압이 5V라고 가정합니다. 여기서베이스 에지의 현재 값은 다음을 사용하여 알 수 있습니다. Kirchhoff의 전압 원리 .

Ib = (Vi-Vbe) / Rb

실리콘 트랜지스터를 고려하면 Vbe = 0.7V입니다.

따라서 Ib = (5-0.7) / 50

Ib = 56.8µA

따라서베이스 에지의 전류 값이 56.8µA 이상으로 증가하면 NPN 트랜지스터가 5V 입력 조건에서 포화 영역으로 이동한다는 것이 입증되었습니다.

스위치로서의 트랜지스터 – PNP

PNP 및 NPN 트랜지스터의 스위칭 기능은 비슷하지만 PNP 트랜지스터의 경우 전류 흐름이베이스 단자에서 나온다는 차이점이 있습니다. 이 스위칭 구성은 음극 접지 연결에 사용됩니다. 여기서베이스 에지는 이미 터 에지에 대응하여 음의 바이어스 연결을 갖습니다. 베이스 단자의 전압이 -ve 이상이면베이스 전류가 흐르게됩니다. 명확하게 말하면, 매우 최소 또는 -5 개의 전압 밸브가 존재하면 트랜지스터가 개방되지 않았거나 그렇지 않은 경우 단락 된 것으로 만듭니다. 높은 임피던스 .

이러한 연결 유형에서 부하는 기준점과 함께 스위칭 출력과 연결됩니다. PNP 트랜지스터가 ON 상태이면 소스에서 부하로 그리고 트랜지스터를 통해 접지로 전류가 흐릅니다.

스위치로서의 PNP 트랜지스터

NPN 트랜지스터 스위칭 동작과 마찬가지로 PNP 트랜지스터 입력도베이스 에지에있는 반면, 이미 터 단자는 고정 전압과 연결되고 콜렉터 단자는 부하를 통해 접지에 연결됩니다. 아래 그림은 회로를 설명합니다.

여기서베이스 단자는 이미 터 에지와 입력 전압의 네거티브 측에 연결된베이스 및 이미 터에 연결된베이스에 대응하여 항상 네거티브 바이어스 상태에 있습니다. 이것은 에미 터에 대한베이스의 전압이 음이고 에미 터와 콜렉터의 전압이 양임을 의미합니다. 따라서 이미 터 전압이베이스 및 컬렉터 단자보다 양의 레벨을 가질 때 트랜지스터 전도성이 있습니다. 따라서베이스의 전압은 다른 단자의 전압보다 더 음이어야합니다.

콜렉터와베이스 전류의 값을 알기 위해서는 아래식이 필요합니다.

Ic = Ie – Ib

Ic = β. 하나

여기서 Ub = Ic / β

이 전환 방법을 명확히하기 위해 예를 들어 보겠습니다.

부하 회로에 120mA가 필요하고 트랜지스터의 베타 값이 120이라고 가정합니다. 그러면 트랜지스터가 포화 모드에있는 데 필요한 전류 값은 다음과 같습니다.

Ib = Ic / β

= 120mAmps / 100

Ib = 1mAmp

따라서 기본 전류가 1mAmp이면 트랜지스터는 완전히 ON 상태입니다. 실제 시나리오에서는 적절한 트랜지스터 포화를 위해 약 30-40 %의 더 많은 전류가 필요합니다. 이것은 장치에 필요한 기본 전류가 1.3mAmps임을 의미합니다.

달링턴 트랜지스터의 스위칭 동작

몇몇 경우에 BJT 장치의 직류 전류 이득은 부하 전압 또는 전류의 직접 스위칭을 위해 매우 최소화됩니다. 이 때문에 스위칭 트랜지스터가 사용됩니다. 이 상태에서 스위치의 ON 및 OFF 및 출력 트랜지스터 조정을위한 증가 된 전류 값을위한 소형 트랜지스터 장치가 포함됩니다.

신호 이득을 향상시키기 위해 2 개의 트랜지스터가 '상보 이득 합성 구성'방식으로 연결됩니다. 이 구성에서 증폭 계수는 두 트랜지스터의 곱의 결과입니다.

달링턴 트랜지스터

달링턴 트랜지스터 일반적으로 두 개의 바이폴라 PNP 및 NPN 유형의 트랜지스터가 포함되어 있으며, 이들은 초기 트랜지스터의 이득 값이 두 번째 트랜지스터 장치의 이득 값과 곱해지는 방식으로 연결됩니다.

이것은 장치가 최소한의 기본 전류 값에도 최대 전류 이득을 갖는 단일 트랜지스터로 기능하는 결과를 생성합니다. Darlington 스위치 장치의 전체 전류 이득은 PNP 및 NPN 트랜지스터의 전류 이득 값의 곱이며 다음과 같이 표시됩니다.

β = β1 × β2

위의 점에서 최대 β 및 콜렉터 전류 값을 갖는 Darlington 트랜지스터는 잠재적으로 단일 트랜지스터의 스위칭과 관련이 있습니다.

예를 들어, 입력 트랜지스터의 전류 이득 값이 100이고 두 번째 트랜지스터의 이득 값이 50이면 총 전류 이득은 다음과 같습니다.

β = 100 × 50 = 5000

따라서 부하 전류가 200mA 일 때 기본 단자에있는 Darlington 트랜지스터의 전류 값은 200mA / 5000 = 40µA입니다. 이는 단일 장치의 이전 1mAmp와 비교할 때 크게 감소합니다.

달링턴 구성

Darlington 트랜지스터에는 주로 두 가지 구성 유형이 있으며

Darlington 트랜지스터의 스위치 구성은 두 장치의 컬렉터 단자가 두 번째 트랜지스터 장치의베이스 에지와 연결되어있는 초기 트랜지스터의 이미 터 단자와 연결되어 있음을 보여줍니다. 따라서 첫 번째 트랜지스터의 이미 터 단자의 전류 값은 두 번째 트랜지스터의 입력 전류로 형성되어 On 상태가됩니다.

첫 번째 입력 트랜지스터는 기본 단자에서 입력 신호를받습니다. 입력 트랜지스터는 일반적인 방식으로 증폭되며 다음 출력 트랜지스터를 구동하는 데 사용됩니다. 두 번째 장치는 신호를 향상시켜 전류 이득의 최대 값을 생성합니다. Darlington 트랜지스터의 중요한 기능 중 하나는 단일 BJT 장치와 관련된 최대 전류 이득입니다.

최대 전압 및 전류 스위칭 특성 외에도 다른 추가 이점은 최대 스위칭 속도입니다. 이 스위칭 동작을 통해 인버터 회로, DC 모터, 조명 회로 및 스테퍼 모터 조절 목적으로 장치를 특별히 사용할 수 있습니다.

트랜지스터를 스위치로 구현할 때 기존의 단일 BJT 유형보다 Darlington 트랜지스터를 사용하는 동안 고려해야 할 변형은 실리콘 유형 장치의 경우베이스 및 에미 터 접합부의 입력 전압이 거의 1.4V 이상이어야한다는 것입니다. 두 PN 접합의 직렬 연결 때문입니다.

스위치로서의 트랜지스터의 몇 가지 일반적인 실제 응용

트랜지스터에서는 전류가베이스 회로에 흐르지 않는 한 콜렉터 회로에 전류가 흐르지 않습니다. 이 속성을 통해 트랜지스터를 스위치로 사용할 수 있습니다. 베이스를 변경하여 트랜지스터를 켜거나 끌 수 있습니다. 트랜지스터에 의해 작동되는 스위칭 회로의 몇 가지 응용 프로그램이 있습니다. 여기서는 트랜지스터 스위치를 사용하는 몇 가지 응용 분야를 설명하기 위해 NPN 트랜지스터를 고려했습니다.

라이트 작동 스위치

회로는 트랜지스터를 스위치로 사용하여 밝은 환경에서 전구를 켜고 어두운 곳에서 전구를 끄고 LDR (Light-Dependent Resistor) 잠재적 분배 자에서. 환경이 어두울 때 LDR의 저항 높아진다. 그런 다음 트랜지스터가 꺼집니다. LDR이 밝은 빛에 노출되면 저항 값이 낮아져서 공급 전압이 높아지고 트랜지스터의 기본 전류가 높아집니다. 이제 트랜지스터가 켜지고 콜렉터 전류가 흐르고 전구가 켜집니다.

열 작동 스위치

열 작동 스위치 회로의 중요한 구성 요소 중 하나는 서미스터입니다. 서미스터는 일종의 저항기입니다. 주변 온도에 따라 반응합니다. 온도가 낮을 때 저항이 증가하고 그 반대의 경우도 마찬가지입니다. 서미스터에 열이 가해지면 저항이 떨어지고베이스 전류가 증가한 다음 콜렉터 전류가 더 커지고 사이렌이 울립니다. 이 특정 회로는 화재 경보 시스템으로 적합합니다. .

“점유 센서는 어떻게 작동합니까 ”

열 작동 스위치

고전압의 경우 DC 모터 제어 (드라이버)

트랜지스터에 전압이 적용되지 않으면 트랜지스터가 꺼지고 전류가 흐르지 않는다고 생각하십시오. 그 후 릴레이 OFF 상태를 유지합니다. DC 모터 전원 릴레이의 NC (Normally Closed) 단자에서 공급되므로 릴레이가 OFF 상태 일 때 모터가 회전합니다. 트랜지스터 BC548의베이스에 고전압을인가하면 트랜지스터와 릴레이 코일이 켜지 게됩니다.

실제 예

여기서는 입력 값이 5v로 높아 졌을 때 부하가 200mA의 전류를 필요로하는 트랜지스터를 완전히 ON 상태로 만들기 위해 필요한베이스 전류의 값을 알아 보겠습니다. 또한 Rb의 값을 알고 있습니다.

트랜지스터의 기본 전류 값은

Ib = Ic / β 고려 β = 200

Ib = 200mA / 200 = 1mA

트랜지스터의 기본 저항 값은 Rb = (Vin – Vbe) / Ib입니다.

Rb = (5 – 0.7) / 1 × 10^-삼

Rb = 4.3kΩ

트랜지스터 스위치는 모터, 릴레이 또는 조명과 같은 고전류 또는 고전압 장비를 전압, 디지털 IC의 최소값으로 인터페이스하거나 AND 게이트 또는 OR와 같은 논리 게이트에 사용되는 것과 같은 여러 애플리케이션에 널리 사용됩니다. 또한, 로직 게이트에서 전달되는 출력이 + 5v 인 반면 조정해야하는 장치는 12v 또는 24v의 공급 전압을 필요로 할 수 있습니다.

또는 DC 모터와 같은 부하는 일부 연속 펄스를 통해 속도를 모니터링해야 할 수도 있습니다. 트랜지스터 스위치를 사용하면 기존의 기계식 스위치보다 더 빠르고 간단하게 작동 할 수 있습니다.

스위치 대신 트랜지스터를 사용하는 이유는 무엇입니까?

스위치 대신 트랜지스터를 구현하는 동안 최소한의베이스 전류라도 컬렉터 단자에서 더 높은 부하 전류를 조절합니다. 스위치 대신 트랜지스터를 사용하여 이러한 장치는 릴레이 및 솔레노이드로 지원됩니다. 더 높은 수준의 전류 또는 전압을 조절해야하는 경우에는 Darlington 트랜지스터가 사용됩니다.

전체적으로 요약하면 트랜지스터를 스위치로 작동하는 동안 적용되는 조건 중 일부는