Circuitos de pulso - transistor como um interruptor
UMA transistor é usado como um interruptor eletrônico ao acioná-lo em saturation ou em cut off. A região entre esses dois é a região linear. Um transistor funciona como um amplificador linear nesta região. A saturação e corteoff estados são considerações importantes a este respeito.
Estados ON e OFF de um Transistor
Existem duas regiões principais na operação de um transistor que podemos considerar como ON e OFFestados. Eles são saturação e corteoffestados. Vamos dar uma olhada no comportamento de um transistor nesses dois estados.
Operação em condição de corte
A figura a seguir mostra um transistor na região de corte.
Quando a base do transistor é negativa, o transistor vai para o estado de corte. Não há corrente de coletor. Portanto, I C = 0.
A tensão V CC aplicada no colector, aparece através da resistência de colector R C . Portanto,
V CE = V CC
Operação na região de saturação
A figura a seguir mostra um transistor na região de saturação.
Quando a tensão de base é positivo e o transistor entra em saturação, eu C flui através R C .
Então V CC gotas através de R C . A saída será zero.
$$ I_C = I_ {C (sat)} \: = \: \ frac {V_ {CC}} {R_C} \: e \: V_ {CE} = 0 $$
Na verdade, essa é a condição ideal. Praticamente, alguma corrente de fuga flui. Portanto, podemos entender que um transistor funciona como uma chave quando conduzido para regiões de saturação e corte aplicando tensões positivas e negativas à base.
A figura a seguir fornece uma explicação melhor.
Observe a linha de carga CC que conecta I C e V CC . Se o transistor é levado à saturação, I C flui completamente e V CE = 0 que é indicado pelo pontoA.
Se o transistor for acionado para corte, I C será zero e V CE = V CC que é indicado pelo ponto B. a linha que une o ponto de saturação A e corte B é chamada deLoad line. Como a tensão aplicada aqui é CC, é chamada deDC Load line.
Considerações práticas
Embora todas as condições mencionadas acima sejam convincentes, existem algumas limitações práticas para que tais resultados ocorram.
Durante o estado de corte
Um transistor ideal tem V CE = V CC e I C = 0.
Mas, na prática, uma corrente de fuga menor flui pelo coletor.
Portanto, I C será alguns µA.
Isso é chamado de Collector Leakage Current o que é, obviamente, insignificante.
Durante o estado de saturação
Um transistor ideal tem V CE = 0 e I C = I C (sat) .
Mas, na prática, V CE diminui para algum valor chamadoknee voltage.
Quando V CE diminui mais do que a tensão do joelho, β diminui drasticamente.
Como I C = βI B isso diminui a corrente do coletor.
Portanto, essa corrente máxima I C que mantém V CE na tensão de joelho é conhecida comoSaturation Collector Current.
Corrente do coletor de saturação = $ I_ {C (sat)} \: = \: \ frac {V_ {CC} - V_ {joelho}} {R_C} $
Um transistor que é fabricado apenas para funcionar para fins de comutação é chamado de Switching Transistor. Isso funciona tanto na região de saturação quanto na de corte. Enquanto no estado de saturação, ocollector saturation current flui através da carga e, enquanto em estado de corte, o collector leakage current flui através da carga.
Ação de comutação de um transistor
Um transistor tem três regiões de operação. Para entender a eficiência da operação, as perdas práticas devem ser consideradas. Portanto, vamos tentar ter uma ideia de quão eficientemente um transistor funciona como uma chave.
Durante o estado de corte (OFF)
A corrente de base I B = 0
O coletor atual I C = I CEO (coletor lekeage current)
Perda de energia = tensão de saída × corrente de saída
$$ = V_ {CC} \ vezes I_ {CEO} $$
Como I CEO é muito pequeno e V CC também é baixo, a perda será de muito baixo valor. Conseqüentemente, um transistor funciona como uma chave eficiente no estado OFF.
Durante o estado de saturação (ON)
Como discutido anteriormente,
$$ I_ {C (sat)} = \ frac {V_ {CC} - V_ {joelho}} {R_C} $$
A tensão de saída é Vknee.
Perda de energia = tensão de saída × corrente de saída
$$ = \: V_ {joelho} \ vezes I_ {c (sat)} $$
Como o joelho V será de pequeno valor, a perda é baixa. Portanto, um transistor funciona como uma chave eficiente no estado LIGADO.
Durante a região ativa
O transistor está entre os estados ON e OFF. O transistor opera como um amplificador linear onde pequenas mudanças na corrente de entrada causam grandes mudanças na corrente de saída (ΔI C ).
Troca de tempos
O transistor de chaveamento tem um pulso como entrada e um pulso com poucas variações será a saída. Existem alguns termos que você deve saber sobre os tempos do pulso de saída de comutação. Vamos examiná-los.
Deixe a duração do pulso de entrada = T
Quando o pulso de entrada é aplicado, a corrente do coletor leva algum tempo para atingir o valor do estado estacionário, devido às capacitâncias parasitas. A figura a seguir explica esse conceito.
Da figura acima,
Time delay(td) - O tempo que a corrente do coletor leva para chegar do seu valor inicial a 10% do seu valor final é denominado como Time Delay.
Rise time(tr) - O tempo que leva para a corrente do coletor atingir de 10% de seu valor inicial a 90% de seu valor final é chamado de Rise Time.
Turn-on time (TON)- A soma do atraso de tempo (t d ) e do tempo de subida (t r ) é chamada deTurn-on time.
T ON = t d + t r
Storage time (ts) - O intervalo de tempo entre a borda posterior do pulso de entrada e 90% do valor máximo da saída, é chamado de Storage time.
Fall time (tf) - O tempo que leva para a corrente do coletor atingir de 90% de seu valor máximo a 10% de seu valor inicial é chamado de Fall Time.
Turn-off time (TOFF)- A soma do tempo de armazenamento (t s ) e tempo de queda (t f ) é definida como oTurn-off time.
T OFF = t s + t f
Pulse Width(W) - O tempo de duração do pulso de saída medido entre dois níveis de 50% da forma de onda crescente e decrescente é definido como Pulse Width.