एक स्विच के रूप में ट्रांजिस्टर की गणना

हालांकि ट्रांजिस्टर (BJT) को एम्पलीफायर सर्किट बनाने के लिए लोकप्रिय रूप से उपयोग किया जाता है, इनका उपयोग प्रभावी ढंग से स्विचिंग अनुप्रयोगों के लिए भी किया जा सकता है।

एक ट्रांजिस्टर स्विच एक सर्किट है जिसमें ट्रांजिस्टर के कलेक्टर को उसके आधार उत्सर्जक पर एक समान रूप से कम चालू / बंद संकेत के जवाब में अपेक्षाकृत बड़े वर्तमान के साथ चालू / बंद किया जाता है।

एक उदाहरण के रूप में, निम्नलिखित BJT कॉन्फ़िगरेशन को स्विच के रूप में उपयोग किया जा सकता है एक कंप्यूटर तर्क सर्किट के लिए एक इनपुट संकेत inverting के लिए।

यहां आप पा सकते हैं कि आउटपुट वोल्टेज Vc ट्रांजिस्टर के बेस / एमिटर पर लगाए गए संभावित के विपरीत है।

इसके अलावा, आधार एम्पलीफायर आधारित सर्किट के विपरीत, किसी भी निश्चित डीसी स्रोत से जुड़ा नहीं है। कलेक्टर के पास एक डीसी स्रोत है जो सिस्टम के आपूर्ति स्तर से मेल खाता है, उदाहरण के लिए इस कंप्यूटर अनुप्रयोग के मामले में 5 V और 0 V।

हम इस बारे में बात करेंगे कि यह वोल्टेज व्युत्क्रम यह सुनिश्चित करने के लिए कैसे डिज़ाइन किया जा सकता है कि ऑपरेटिंग बिंदु सही ढंग से कट ऑफ से संतृप्ति तक लोड लाइन के साथ स्विच करता है जैसा कि निम्नलिखित आंकड़े में दिखाया गया है:

वर्तमान परिदृश्य के लिए, उपरोक्त आंकड़े में हमने मान लिया है कि IC = ICEO = 0 mA, जब IB = 0 uA (निर्माण रणनीतियों को बढ़ाने के संबंध में एक बड़ा सन्निकटन)। इसके अतिरिक्त मान लें कि सामान्य 0.1 से 0.3 V स्तर के बजाय VCE = VCE (sat) = 0 V है।

अब, वीआई = 5 वी पर बीजेटी चालू हो जाएगा, और डिजाइन विचार को सुनिश्चित करना होगा कि आईबी के परिमाण से कॉन्फ़िगरेशन अत्यधिक संतृप्त है, जो संतृप्ति स्तर के करीब देखे गए आईबी वक्र से जुड़े मूल्य से अधिक हो सकता है।

जैसा कि ऊपर दिए गए आंकड़े में बताया जा सकता है, यह स्थिति आईबी को 50 यूए से अधिक होने का आह्वान करती है।

संतृप्ति स्तर की गणना

दिखाए गए सर्किट के लिए कलेक्टर संतृप्ति स्तर की गणना सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है:

IC (sat) = Vcc / Rc

संतृप्ति स्तर से ठीक पहले सक्रिय क्षेत्र में आधार धारा की परिमाण की गणना सूत्र का उपयोग करके की जा सकती है:

IB (अधिकतम) (IC (sat) / cdc ---------- समीकरण 1

इसका तात्पर्य यह है कि, संतृप्ति स्तर को लागू करने के लिए, निम्नलिखित शर्त को पूरा करना होगा:

IB> IC (sat) / IC (sat) / cdc -------- समीकरण २

ऊपर चर्चा किए गए ग्राफ में, जब वीआई = 5 वी, जिसके परिणामस्वरूप आईबी स्तर का मूल्यांकन निम्न विधि में किया जा सकता है:

यदि हम इन परिणामों के साथ समीकरण 2 का परीक्षण करते हैं:

यह आवश्यक स्थिति को पूरी तरह से संतोषजनक प्रतीत होता है। इसमें कोई संदेह नहीं है, आईबी का कोई भी मूल्य जो 60 यूए से अधिक है उसे ऊर्ध्वाधर अक्ष के बेहद करीब स्थित लोड लाइन पर क्यू-पॉइंट में प्रवेश करने की अनुमति दी जाएगी।

अब, पहले आरेख में दिखाए गए BJT नेटवर्क का जिक्र करते हुए, जबकि Vi = 0 V, IB = 0 uA, और IC = ICEO = 0 mA को मानकर, RC के पार होने वाली वोल्टेज ड्रॉप फॉर्मूला के अनुसार होगी।

वीआरसी = ICRC = 0 वी।

यह हमें ऊपर दिए गए पहले आरेख के लिए वीसी = +5 वी देता है।

कंप्यूटर लोगो स्विचिंग अनुप्रयोगों के अलावा, इस BJT कॉन्फ़िगरेशन को लोड लाइन के समान चरम बिंदुओं का उपयोग करके स्विच की तरह भी लागू किया जा सकता है।

जब संतृप्ति होती है, तो वर्तमान आईसी काफी ऊँचा हो जाता है, जो वोल्टेज वीसीई को एक निम्नतम बिंदु पर गिरा देता है।

यह दो टर्मिनलों में एक प्रतिरोध स्तर को बढ़ाता है जैसा कि निम्नलिखित आकृति में दर्शाया गया है और निम्नलिखित सूत्र का उपयोग करके गणना की गई है:

R (sat) = VCE (sat) / IC (sat) जैसा कि निम्न आकृति में दर्शाया गया है।

यदि हम उपरोक्त फॉर्मूले में VCE (sat) जैसे कि 0.15 V के लिए एक सामान्य औसत मान लेते हैं, तो हमें यह मिलता है:

कलेक्टर एमिटर टर्मिनलों में यह प्रतिरोध मूल्य बीजीटी के कलेक्टर टर्मिनलों पर किलो ओम में श्रृंखला प्रतिरोध की तुलना में काफी छोटा दिखता है।

अब, जब इनपुट वीआई = 0 वी, बीजेटी स्विचिंग को काट दिया जाएगा, जिससे कलेक्टर इमिटर में प्रतिरोध हो सकता है:

R (कटऑफ) = Vcc / ICEO = 5 V / 0 mA = = =

यह कलेक्टर उत्सर्जक टर्मिनलों में खुले सर्किट की तरह की स्थिति को जन्म देता है। यदि हम ICEO के लिए एक विशिष्ट मूल्य 10 यूए पर विचार करते हैं, तो कट ऑफ प्रतिरोध का मूल्य नीचे दिया जाएगा:

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

यह मान काफी बड़ा और स्विच के रूप में अधिकांश BJT कॉन्फ़िगरेशन के लिए एक ओपन सर्किट के बराबर दिखता है।

एक व्यावहारिक उदाहरण को हल करना

एक पलटनेवाला की तरह कॉन्फ़िगर ट्रांजिस्टर स्विच के लिए आरबी और आरसी के मूल्यों की गणना करें, जिसे आईसीमैक्स = 10mA दिया जाता है

कलेक्टर संतृप्ति को व्यक्त करने का सूत्र है:

ICsat = Vcc / Rc

= 10 mA = 10 V / Rc

∴ Rc = 10 V / 10 mA = 1 k 10

इसके अलावा, संतृप्ति बिंदु पर

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

गारंटीकृत संतृप्ति के लिए आइए आईबी = 60 μA का चयन करें, और सूत्र का उपयोग करके

आईबी = वीआई - 0.7 वी / आरबी, हमें मिलता है

आरबी = 10 वी - 0.7 वी / 60 μA = 155 k V,

उपरोक्त परिणाम को १५० kΩ तक राउंड करना, और उपरोक्त सूत्र का फिर से मूल्यांकन करना हमें मिलता है:

आईबी = वीआई - 0.7 वी / आरबी

= 10 वी - 0.7 वी / 150 kΩ = 62 μA,

आईबी = 62 μA के बाद से > ICsat / sdc = 40 μA

यह पुष्टि करता है कि हमें RB = 150 k have का उपयोग करना है

स्विचिंग ट्रांजिस्टर की गणना

आप विशेष ट्रांजिस्टर को स्विचिंग ट्रांजिस्टर कहते हैं, जो कि एक वोल्टेज स्तर से दूसरे में स्विच करने की उनकी तेज दर के कारण होता है।

निम्नलिखित चित्रा डिवाइस के कलेक्टर वर्तमान के साथ ts, td, tr, और tf के रूप में प्रतीक समय की तुलना करती है।

कलेक्टर गति प्रतिक्रिया पर समय अवधि का प्रभाव कलेक्टर वर्तमान प्रतिक्रिया द्वारा परिभाषित किया गया है जैसा कि नीचे दिखाया गया है:

ट्रांजिस्टर को 'बंद' से 'चालू' स्थिति में बदलने के लिए आवश्यक कुल समय को टी (ऑन) के रूप में दर्शाया गया है और सूत्र द्वारा स्थापित किया जा सकता है:

t (पर) = tr + td

यहां td हो रही देरी की पहचान करता है जबकि इनपुट स्विचिंग सिग्नल बदल रहा है और ट्रांजिस्टर आउटपुट परिवर्तन का जवाब दे रहा है। समय ट्रे 10% से 90% तक अंतिम स्विचिंग देरी को इंगित करता है।

राज्य को चालू राज्य से बंद राज्य में एक bJt द्वारा लिया गया कुल समय टी (ऑफ) के रूप में दर्शाया गया है, और सूत्र द्वारा व्यक्त किया गया है:

t (ऑफ) = ts + tf

ts संग्रहण का समय निर्धारित करता है, जबकि tf मूल समय के 90% से 10% तक की गिरावट के समय की पहचान करता है।

उपरोक्त ग्राफ के लिए एक सामान्य उद्देश्य BJT के लिए, यदि कलेक्टर वर्तमान आईसी = 10 एमए, हम देख सकते हैं:

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

जिसका अर्थ है t (on) = tr + td = 13 ns + 25 ns = 38 ns

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