انتخاب مقدار مقاومت بیس ترانزیستور در حالت سوئیچینگ

در این پست از سایت اِمیک, با نحوه انتخاب مقدار مناسب مقاومت بیس ترانزیستور در حالتی که از ترانزیستور بصورت سوئیچینگ استفاده می کنیم, اشنا خواهید شد.

ترانزیستورها از قطعات بسیار پر استفاده در الکترونیک می باشند. یکی از مهم ترین استفاده های ترانزیستورها, استفاده از انها در حالت سوئیچینگ است. در این حالت ترانزیستور مانند یک سوئیچ یا کلید می تواند مسیر جریان را قطع و وصل کند. به عبارت دیگر ترانزیستور در این حالت کاملا مانند یک کلید عمل می کند و می تواند یک وسیله یا قطعه دیگر را روشن و خاموش کند.

به مدار ساده زیر دقت کنید, در این مدار ترانزیستور در حالت سوئیچینگ بسته شده است.

در مدار بالا با اعمال ولتاژ مشخص شده با Vin به مدار, ترانزیستور وصل می شود و وسیله یا Load را فعال یا روشن می کند. با قطع یا صفر کردن ولتاژ Vin نیز وسیله متصل به کلکتور ترانزیستور قطع می شود.

همانطور که مشاهده می کنید مدار بالا به جز وسیله که با Load مشخص شده دارای دو قطعه دیگر یعنی ترانزیستور Q1 و مقاومت R1 می باشد. ما باید ترانزیستور را با توجه به وسیله یا Load انتخاب کنیم. یکی از مهم ترین پارامترها در انتخاب ترانزیستور ماکزیمم جریان کلکتور ترانزیستور می باشد. مثلا اگر وسیله ما دارای جریان مصرفی 0.5 امپر است, باید ترانزیستوری انتخاب کنیم که جریان کلکتور ان 0.5 امپر به بالا باشد تا بتواند وسیله ما را روشن و خاموش کند.

از دیگر مشخصات ترانزیستور که هنگام انتخاب ان باید به انها توجه کنیم, ماکزیمم ولتاژ کلکتور امیتر, ماکزیمم توان, مقدار بتا β, ولتاژ بیس امیتر ترانزیستور در حالت فعال و… می باشد که هنگام انتخاب ترانزیستور با توجه به نیاز خود باید به این موارد دقت کنیم.

در این پست ما می خواهیم با نحوه انتخاب مناسب ترین مقدار برای مقاومت R1 اشنا شویم. به راحتی توسط چند فرمول ساده می توانیم مقدار مناسب این مقاومت را با توجه به نوع ترانزیستور و همچنین وسیله متصل به ترانزیستور بدست بیاوریم.

فرض کنید در مدار زیر وسیله ما دارای جریان مصرفی 200 میلی امپر است. برای راه اندازی (روشن و خاموش کردن) این وسیله ما نیاز به یک ترانزیستور با جریان کلکتور 200 میلی امپر به بالا داریم. پس از انتخاب ترانزیستور مناسب, برای انتخاب مقدار مناسب مقاومت بیس ان نیاز به یک سری از مشخصات ترانزیستور, یعنی مقدار ولتاژ بیس امیتر ترانزیستور در حالت فعال و مقدار بتای ان داریم. این مشخصات را در دیتاشیت ترانزیستور یا جستجوی گوگل می توانید پیدا کنید یا اینکه هنگام خرید ترانزیستور از فروشنده این مشخصات را بپرسید.

برای مثال زیر فرض کنید ولتاژ بیس امیتر ترانزیستور 0.6 ولت و بتای ان 100 باشد. به مدار زیر دقت کنید:

در مدار بالا Vin ولتاژ اعمالی به بیس است که باعث فعال شدن ترانزیستور می شود. فرض کنید در این مدار مقدار Vin برابر 5 ولت باشد. Ic جریان کلکتور است که با جریان مصرفی وسیله ما برابر است. Ib نیز جریان بیس و Vbe ولتاژ بیس امیتر می باشد.

برای بدست اوردن مقدار مقاومت R1 کافی است که ما دو پارامتر را بدانیم, یکی ولتاژ دو سر مقاومت و دیگری جریان مقاومت که برابر جریان بیس است. پس از ان به راحتی طبق قانون اهم با تقسیم مقدار ولتاژ دو سر مقاومت بر جریان عبوری از ان که همان جریان بیس است, می توانیم مقدار مقاومت را محاسبه کنیم.

ولتاژ دو سر مقاومت برابر است با Vin منهای Vbe , یعنی 5 منهای 0.6 که می شود 4.4 ولت, بنابراین ولتاژ دو سر مقاومت را به راحتی بدست اوردیم که 4.4 ولت است.

جریان بیس می شود جریان کلکتور تقسیم بر بتا, قبلا گفته شد که فرض کنید جریان مصرفی وسیله ما برابر 200 میلی امپر باشد که این همان جریان کلکتور ما است. مقدار بتا نیز گفته شد که فرض کنید 100 باشد. با تقسیم 200 بر 100 مقدار جریان بیس ترانزیستور برابر 2 میلی امپر می شود.

بنابراین به راحتی با تقسیم ولتاژ دو سر مقاومت که 4.4 ولت شد بر مقدار جریان بیس که 2 میلی امپر شد می توانیم مقدار مناسب مقاومت R1 را انتخاب کنیم. 4.4 ولت تقسیم بر 2 میلی امپر می شود 2.2 کیلو اهم, یعنی مقدار مناسب مقاومت R1 برای مدار بالا با توجه به نوع ترانزیستور و همچنین جریان مصرفی وسیله ما برابر 2.2 کیلو اهم است.

طبق توضیحات بالا فرمول کلی بدست اوردن مقدار مناسب مقاومت بیس به صورت زیر است:

در فرمول بالا ما مقدار بتا β و Vbe را از مشخصات ترانزیستور می دانیم و مقدار ولتاژ Vin را نیز خودمان مشخص می کنیم و به ورودی مدار اعمال می کنیم. مقدار جریان Ic نیز برابر جریان مصرفی وسیله ما است. بنابراین مقدار تمام متغیرهای فرمول بالا را داریم و به راحتی می توانیم مقدار مقاومت R1 را محاسبه کنیم.

نظر یادتون نره..