مدار کلید ترانزیستوری NPN

مدار کلید ترانزیستوری NPN:
آسان ترین راه تغییر وضعیت از توان متوسط به توان بالا، استفاده از ترانزیستور با خروجی کلکتور باز است که در آن ترمینال امیتر ترانزیستور مستقیما به زمین متصل باشد.

زمانی که ترانزیستور به این روش مورد استفاده قرار گیرد، به عنوان یک چاله (Sink) جریان عمل می‌کند. زیرا بعد از این که ترانزیستور روشن شود، جریان برقرار شده بین منبع تغذیه VCC و زمین (امیتر ترانزیستور) وارد ترانزیستور می شود.

اگر بار ترانزیستور سلفی باشد، مانند رله ها و سلونوئیدها، برای از بین بردن نیروی محرکه بازگشتی، یک دیود هرزگرد به موازات آن قرار می گیرد.

دلیل این امر این است که بارهای سلفی تمایل به حفظ جریان دارند و زمانی که ترانزیستور تغییر وضعیت می دهد، جریان بار آن جهش پیدا می کند.

این امر باعث تولید ولتاژ القایی بزرگی در دو سر بار می شود. توجه کنید که اگر دیود هرزگرد مورد استفاده قرار نگیرد، باعث خسارت به مدار می شود.

اما اگر دیود هرزگرد در مدار وجود داشته باشد، در هنگام تغییر وضعیت ترانزیستور دیود روشن شده و باعث می شود ولتاژ دو سر ترانزیستور محدود بماند و در نتیجه باعث سالم ماندن آن خواهد شد.

همچنین دقت کنید که اگر بار دارای جریان یا ولتاژ بسیار بزرگی باشد، مانند موتور یا هیتر (Heater)، جریان بار از طریق یک رله کنترل می شود.

نمایی از این مدار در شکل زیر نشان داده شده است. در این شرایط ترانزیستور یک رله جریان پایین را کنترل می کند و رله هم بار جریان بالا را کنترل خواهد کرد.

مدار بالا، شبیه یک مدار تقویت کننده ولتاژ امیتر مشترک است. اما تفاوت بزرگ آن ها در این است که برای عملکرد ترانزیستور به عنوان یک کلید، باید ترانزیستور قادر باشد در هر دو حالت قطع کامل و اشباع کامل عمل کند.

یک کلید ترانزیستوری ایده آل زمانی که در حالت قطع است، دارای مقاومت بی نهایت بین کلکتور و امیتر است که منجر به جریان صفر در آن می شود.

علاوه بر این، زمانی که ترانزیستور در حالت وصل باشد، مقاومت صفر بین کلکتور و امیتر وجود دارد که منجر به جریان بیشینه می شود.

در عمل زمانی که ترانزیستور خاموش باشد، جریان نشتی بسیار کوچکی از آن می گذرد و زمانی که ترانزیستور روشن باشد، مقدار مقاومت پایینی دارد و منجر به ولتاٰژ اشباع (VCE) کوچکی در طول آن می شود.

اگرچه ترانزیستور یک کلید ایده آل نیست، اما در هر دو ناحیه قطع و اشباع توان اتلافی توسط ترانزیستور کمترین مقدار ممکن را دارد.

به منظور گردش یافتن جریان بیس، باید ولتاژ بیس نسبت به امیتر، با استفاده از منبع ولتاژVin، بیشتر از 0٫7 ولت شود. با تغییر منبع ولتاژ، جریان کلکتور تغییر کرده و منجر به کنترل جریان بار خواهد شد.

زمانی که بیشینه جریان کلکتور از ترانزیستور بگذرد، اصطلاحا گفته می شود که ترانزیستور اشباع شده است.

مقدار مقاومت بیس مشخص می کند که چه مقدار ولتاژ ورودی و جریان بیس متناظر برای روشن کردن ترانزیستور مورد نیاز است.