Circuitos de pulso: transistor como interruptor
UN transistor se utiliza como un interruptor electrónico al accionarlo en saturation o en cut off. La región entre estos dos es la región lineal. Un transistor funciona como amplificador lineal en esta región. La saturación y el corteoff Los estados son una consideración importante en este sentido.
Estados ON y OFF de un transistor
Hay dos regiones principales en el funcionamiento de un transistor que podemos considerar como ON y OFFestados. Son saturación y corteoffestados. Echemos un vistazo al comportamiento de un transistor en esos dos estados.
Operación en condición de corte
La siguiente figura muestra un transistor en la región de corte.
Cuando la base del transistor es negativa, el transistor pasa al estado de corte. No hay corriente de colector. Por tanto, I C = 0.
El voltaje V CC aplicado en el colector, aparece a través de la resistencia de colector R C . Por lo tanto,
V CE = V CC
Operación en la región de saturación
La siguiente figura muestra un transistor en la región de saturación.
Cuando la tensión de base es positiva y el transistor entra en saturación, I C fluye a través de R C .
Entonces V CC cae a través de R C . La salida será cero.
$$ I_C = I_ {C (sat)} \: = \: \ frac {V_ {CC}} {R_C} \: y \: V_ {CE} = 0 $$
De hecho, esta es la condición ideal. Prácticamente, fluye algo de corriente de fuga. Por lo tanto, podemos entender que un transistor funciona como un interruptor cuando se conduce a regiones de saturación y corte aplicando voltajes positivos y negativos a la base.
La siguiente figura ofrece una mejor explicación.
Observe la línea de carga de CC que conecta I C y V CC . Si el transistor se satura, I C fluye completamente y V CE = 0, lo que se indica mediante el puntoA.
Si el transistor se apaga, I C será cero y V CE = V CC, que está indicado por el punto B. La línea que une el punto de saturación A y el corte B se llama comoLoad line. Como el voltaje aplicado aquí es dc, se denomina comoDC Load line.
Consideraciones prácticas
Aunque las condiciones mencionadas anteriormente son todas convincentes, existen algunas limitaciones prácticas para que se produzcan tales resultados.
Durante el estado de corte
Un transistor ideal tiene V CE = V CC e I C = 0.
Pero en la práctica, una corriente de fuga más pequeña fluye a través del colector.
Por tanto, I C será de unos pocos μA.
Esto se llama como Collector Leakage Current que es, por supuesto, insignificante.
Durante el estado de saturación
Un transistor ideal tiene V CE = 0 e I C = I C (sat) .
Pero en la práctica, V CE disminuye a un valor llamadoknee voltage.
Cuando V CE disminuye más que el voltaje de rodilla, β disminuye bruscamente.
Como I C = βI B, esto disminuye la corriente del colector.
Por lo tanto, la corriente máxima I C que mantiene V CE en el voltaje de rodilla se conoce comoSaturation Collector Current.
Corriente del colector de saturación = $ I_ {C (sat)} \: = \: \ frac {V_ {CC} - V_ {rodilla}} {R_C} $
Un transistor que se fabrica solo para que funcione con fines de conmutación se denomina Switching Transistor. Esto funciona en la región de saturación o de corte. Mientras está en estado de saturación,collector saturation current fluye a través de la carga y mientras está en estado de corte, el collector leakage current fluye a través de la carga.
Acción de conmutación de un transistor
Un transistor tiene tres regiones de funcionamiento. Para comprender la eficiencia de la operación, se deben considerar las pérdidas prácticas. Intentemos, pues, hacernos una idea de la eficacia con la que funciona un transistor como interruptor.
Durante el estado de corte (OFF)
La corriente base I B = 0
La corriente del colector I C = I CEO (corriente de fuga del colector)
Pérdida de potencia = voltaje de salida × corriente de salida
$$ = V_ {CC} \ times I_ {CEO} $$
Como I CEO es muy pequeño y V CC también es bajo, la pérdida será de muy bajo valor. Por lo tanto, un transistor funciona como un interruptor eficiente en estado APAGADO.
Durante el estado de saturación (ON)
Como se discutió anteriormente,
$$ I_ {C (sat)} = \ frac {V_ {CC} - V_ {rodilla}} {R_C} $$
El voltaje de salida es Vknee.
Pérdida de potencia = voltaje de salida × corriente de salida
$$ = \: V_ {rodilla} \ veces I_ {c (sentado)} $$
Como la rodilla en V tendrá un valor pequeño, la pérdida es baja. Por lo tanto, un transistor funciona como un interruptor eficiente en estado ON.
Durante la región activa
El transistor se encuentra entre los estados ON y OFF. El transistor funciona como un amplificador lineal donde pequeños cambios en la corriente de entrada provocan grandes cambios en la corriente de salida (ΔI C ).
Tiempos de cambio
El transistor de conmutación tiene un pulso como entrada y un pulso con pocas variaciones será la salida. Hay algunos términos que debe conocer con respecto a los tiempos del pulso de salida de conmutación. Repasemos ellos.
Deje que la duración del pulso de entrada = T
Cuando se aplica el pulso de entrada, la corriente del colector tarda algún tiempo en alcanzar el valor de estado estable, debido a las capacitancias parásitas. La siguiente figura explica este concepto.
De la figura de arriba,
Time delay(td) - El tiempo que tarda la corriente del colector en alcanzar desde su valor inicial hasta el 10% de su valor final se denomina como Time Delay.
Rise time(tr) - El tiempo que tarda la corriente del colector en alcanzar del 10% de su valor inicial al 90% de su valor final se denomina Rise Time.
Turn-on time (TON)- La suma del tiempo de retardo (t d ) y el tiempo de subida (t r ) se llama comoTurn-on time.
T ON = t d + t r
Storage time (ts) - El intervalo de tiempo entre el borde posterior del pulso de entrada y el 90% del valor máximo de la salida se denomina como Storage time.
Fall time (tf) - El tiempo que tarda la corriente del colector en alcanzar del 90% de su valor máximo al 10% de su valor inicial se denomina como Fall Time.
Turn-off time (TOFF)- La suma del tiempo de almacenamiento (t s ) y el tiempo de caída (t f ) se define como elTurn-off time.
T APAGADO = t s + t f
Pulse Width(W) - La duración del pulso de salida medido entre dos niveles del 50% de forma de onda ascendente y descendente se define como Pulse Width.