Używając tranzystora jako przełącznika, dlaczego obciążenie jest zawsze na kolektorze

W obwodach referencyjnych znajduję, że gdy BJT jest używany jako przełącznik, gdy będzie używany w trybie nasycenia, obciążenie zawsze znajduje się w kolektorze. W przypadku NPN emiter jest podłączony do ziemi, w przypadku PNP emiter jest podłączony do zasilania w następujący sposób:

1. Dlaczego ładunek zawsze znajduje się przy kolektorze, a nie na odwrót?
2. Ponieważ tranzystor działa tylko jako przełącznik, czy można również użyć FET zamiast BJT?
3. jeśli jeden wykorzystuje BJT do multipleksowania wielu wyświetlaczy 7-segmentowych, prąd wszystkich 7 segmentów powinien przejść przez tranzystor. Tak więc, gdy zastosujesz dyskretny tranzystor na jednostkę 7-segmentową w trybie nasycenia, czy różne wartości wzmocnienia prądu różnych tranzystorów doprowadzą do różnicy jasności wyświetlaczy 7-segmentowych?

Nie jest konieczne stosowanie uziemionego emitera, ale należy rozważyć alternatywę

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

Tranzystor stosowany jako przełącznik (w nasyceniu) zwykle ma napięcie kolektor-emiter około 0,2 wolta. Ponieważ napięcie emiterów bazowych będzie wynosić około 0,7 wolta, Vs musi wynosić co najmniej 0,5 wolta powyżej Vcc, plus napięcie wymagane na R2, aby doprowadzić prąd podstawowy do wymaganego poziomu. I ten prąd podstawowy będzie znaczący. Niezależnie od „zwykłego” wzmocnienia, tranzystor NPN w stanie nasycenia będzie wyświetlał znacznie mniejszy zysk, przy czym typową zasadą jest wzmocnienie o wartości 10, aby zapewnić niskie Vce. Tak więc pokazany obwód nie może być używany bez drugiego, wyższego zasilacza, co nie jest tak wygodne.

To z kolei odpowiada na twoje trzecie pytanie. Ponieważ tranzystor będzie (według normalnych, liniowych standardów) rażąco przesterowany, zmiany wzmocnienia między tranzystorami zwykle nie będą miały oczywistego efektu. W pokazanym obwodzie wzrost napięcia o 50% spowoduje wzrost napięcia tranzystora z 0,2 V do 0,3 V, co spowoduje spadek napięcia obciążenia z 4,8 do 4,7 V, a w przypadku wyświetlaczy i diod LED będzie to niezauważalne.

Jeśli chodzi o pytanie 2, odpowiedź jest zdecydowanie tak. Pod wieloma względami tranzystory polowe i tranzystory MOSFET są łatwiejsze w prowadzeniu, ponieważ wymagają bardzo małego prądu bramki (z wyjątkiem przejść). I rzeczywiście, CMOS jest dominującą technologią mikroprocesorów i układów graficznych, z potencjalnie milionami tranzystorów na układ. Cóż, w rzeczywistości wysokiej klasy procesory i układy graficzne pracują obecnie między 1 a 2 miliardami tranzystorów. Próba zrobienia tego za pomocą BJT byłaby po prostu niemożliwa ze względu na obecne wymagania.

Prostym powodem dla obciążenia kolektora jest to, że utrzymuje on prąd podstawowy niezależnie od obciążenia. To znacznie ułatwia niezawodne utrzymanie nasycenia tranzystora.

Jeśli obciążenie jest na emiterze, wówczas prąd bazowy zależy od obciążenia. Jeśli obciążenie jest diodą LED, wówczas napięcie, które należy przyłożyć do podstawy tranzystora, aby osiągnąć wymagany prąd, wzrasta o napięcie przewodzenia diody LED.

Jeśli obciążenie jest silnikiem i jest podłączone do emitera, wówczas prąd bazowy zależy od silnika i będzie się zmieniał w każdym miejscu wraz z obrotem silnika.

1. Nie zawsze. Istnieją obwody zwane „obserwatorem emiterów”. Nie wzmacniają napięcia, ale wzmacniają prąd wejściowy.

2. Tak, do celów przełączania stosowane są również tranzystory polowe, kanał n dla przełączników niskich i kanał p dla przełączników wysokich.

3. Jeśli zmienisz BJT w tryb nasycenia, różne zyski prądu nie będą miały znaczenia, o ile dostarczysz wystarczającą ilość prądu podstawowego, aby utrzymać nasycenie tranzystora dla najniższego określonego przez producenta wzmocnienia.

Jeśli napędzasz 7-segmentowy wyświetlacz LED, nie kontrolujesz prądu sterując tranzystorem. Kontrolujesz prąd / jasność za pomocą obliczonego rezystora ograniczającego prąd i modulacji szerokości impulsu przełączników nasyconych. Takie podejście eliminuje zmienność tranzystora.

W wielu przypadkach ładunek lepiej umieszcza się w emiterze. Na przykład:

^{symulacja tego obwodu - Schemat utworzony przy użyciu CircuitLab}

Tutaj zmultipleksowany zestaw diod LED jest napędzany przez podążające za emiterami przetworniki wysokiej klasy. (z 8-cyfrowym 7-segmentowym wyświetlaczem + DP miałbyś 8 rezystorów wysokich, 8 niskich i 8 oporników połączonych szeregowo z tym drugim). Nie są potrzebne żadne rezystory podstawowe, oszczędzając miejsce i części.

Lub tu:

^{zasymuluj ten obwód}

W tym przypadku bramka logiczna bezpośrednio napędza cewkę przekaźnika 4,5 VDC bez dodatkowych komponentów.

Nie uzyskuje się wzrostu napięcia dzięki dodatkowemu emiterowi, ale uzyskuje się wzrost prądu, bez inwersji, a czasami dokładnie to jest wymagane.

Śledzące emiter generalnie nie pozwalają na nasycenie tranzystora (jest to możliwe, napędzając bazę wyższym napięciem niż kolektor i dodając rezystor bazowy, ale nie może się tak zdarzyć, jeśli baza jest napędzana tym samym napięciem lub mniejszym niż kolektor.

Oznacza to spadek napięcia o co najmniej 0,6 V w tranzystorze, co nie zawsze jest takie złe, a ponieważ tranzystor nie nasyca się, przełącza się szybciej. Typowe obwody przełącznika emitera mogą pchnąć tranzystor w głąb nasycenia, z być może 1/10 Vce, co minimalizuje nagrzewanie.