در این مقاله ترانزیستور PNP رو بررسی میکنیم و اینکه چطور باید از این قطعه ی الکترونیکی به عنوان سوئیچ استفاده کرد.
فهرست
– ترانزیستور PNP به عنوان سوئیچ
ترانزیستور PNP
ترانزیستور PNP سه پایه به نام های بیس ، امیتر و کلکتور داره. برای کاربرد هایی که قراره بررسی کنیم امیتر به VCC وصل میشه، بیس ورودی هست و کلکتور خروجی. با استفاده از جریان بیس و ولتاژ بیس-امیتر که ورودی هستند ، جریان کلکتور و ولتاژ کلکتور-امیتر که خروجی هست رو تنظیم میکنیم.
ترانزیستور PNP به عنوان سوئیچ
فرض کنید یک مصرف کننده (مثلا یک رله) داریم به نام Rl . برای فعال کردن مصرف کننده باید در دو طرف اون اختلاف پتانسیل الکتریکی ایجاد کنیم تا جریان الکتریکی از مصرف کننده عبور کنه و مصرف کننده روشن بشه. برای این منظور یک طرف مصرف کننده باید به ولتاژ بالا یعنی VCC و طرف دیگه ی مصرف کننده به ولتاژ پایین یعنی GND متصل بشه.
اگر بخواهیم از یک ترانزیستور PNP برای کنترل این مصرف کننده ی الکتریکی استفاده کنیم. باید بدونیم که ترانزیستور PNP فقط میتونه به VCC وصل کنه و ما نمیتونیم از ترانزیستور PNP برای وصل کردن بار به زمین استفاده کنیم. ترانزیستور PNP یک ترانزیستور سورس کننده هست، یعنی جهت جریان هم در ورودی یعنی بیس و هم در خروجی یعنی کلکتور به سمت خارج ترانزیستور هست.
با استفاده از جریان بیس و ولتاژ بیس-امیتر که ورودی هستند باید جریان کلکتور و ولتاژ کلکتور که خروجی هستند رو کنترل کنیم. وقتی قراره از ترانزیستور PNP به عنوان یک سوئیچ استفاده کنیم، دو حالت رو باید در نظر بگیریم.
حالت کاری قطع یا Cut-off در ترانزیستورهای PNP
در حالتی که ترانزیستور مشابه یک کلید قطع عمل میکنه. جریانی از کلکتور عبور نمیکنه و ولتاژ کلکتور در مینیمم مقدار خودش یعنی GND هست. در حالت کاری cut-off ولتاژ بیس-امیتر کمتر از 0.7 ولت هست ، پیوند بیس-امیتر در حالت بایاس مستقیم نیست، جریان بیس وجود نداره در نتیجه جریان کلکتور هم صفر هست. در این حالت ترانزیستور کاملا خاموشه.
حالت کاری کاملا وصل یا اشباع در ترانزیستور
در حالتی که ترانزیستور مشابه یک کلید وصل عمل میکنه. کلکتور به VCC وصل میشه و جریان مورد نیاز مصرف کننده از کلکتور تامین میشه. برای قرار دادن ترانزیستور در حالت اشباع جریان بیس باید بزرگتر از جریان کلکتور تقسیم بر بتا باشه. بتا ضریب تقویت کنندگی ترانزیستور هست که در دیتاشیت هر ترانزیستور نوشته شده.
منحنی مشخصات خروجی ترانزیستور NPN و PNP
در شکل زیر منحنی مشخصات خروجی ترانزیستور NPN رو میبینید. محور افقی ولتاژ کلکتور-امیتر و محور عمودی جریان کلکتور هست.
ناحیه ی سفید رنگ منطقه عملکرد خطی ترانزیستور هست ، در این ناحیه جریان کلکتور بصورت خطی با جریان بیس افزایش پیدا میکنه. ضریب این افزایش بتا هست. هر کدوم از خط های آبی رنگ جریان کلکتور رو برای یک جریان بیس نشون میدن.
ناحیه ی هاشور بنفش منطقه ی قطع یا cut-off هست ، در این ناحیه جریان بیس و کلکتور هر دو صفر هستند.
در ناحیه هاشور آبی یا ناحیه ی اشباع ، جریان بیس بزرگتر از جریان کلکتور تقسیم بر بتا هست و ولتاژ کلکتور امیتر در حداقل مقدار خودش قرار داره.
ترانزیستور BC327 برای قطع و وصل رله 12 ولت
در ادامه مثال روشن کردن رله 12 ولت با ترانزیستور BC327 که یک ترانزیستور PNP هست رو بررسی میکنیم,
یک دیود هرزگرد هم باید با رله موازی بشه که آند دیود به 12 ولت متصل میشه. ورودی یعنی بیس ترانزیستور متصل به ولتاژ دیجیتال vcc=12v است.
یادآوری: کار ترانزیستور تقویت جریانه ، اینجا با ولتاژ 12 ولت و جریان 1mA ، ولتاژ 12v با جریان 30mA رو کنترل مکنیم.
برای بایاس کردن ترانزیستور یعنی تظیم حالت کاری ترانزیستور باید مقدار مقاومت بیس رو محاسبه کنیم.
برای محاسبه ی مقاومت بیس باید جریان بیس رو بدونیم و برای محاسبه جریان بیس باید جریان کلکتور رو بدونیم. پس اولین قدم محاسبه جریان کلکتور هست.
1- محاسبه جریان کلکتور : برای محاسبه جریان کلکتور باید جریان مصرفی رله رو با مولتی متر اندازه گیری کنیم. مولتی متر رو در حالت اندازه گیری جریان بذارید. یک طرف رله رو به 12 ولت و طرف دیگه رو با مولتی متر به زمین وصل کنید و جریان رو بخونید. در مورد رله ای که من استفاده میکنم جریان مصرفی 28mA هست که من 30mA در نظر میگیرم.
2 – حداقل جریان بیس : برای اینکه مطمئن بشیم ترانزیستور در حالت اشباع هست، جریان بیس باید حدود دو یا سه برابر جریان کلکتور تقسیم بر بتا باشه. در دیتاشیت ترانزیستور BC327 در بخش electrical characteristics مقدار حداکثر بتا یا DC current gain هست 400 و حداقل 160 . با مقدار 160 برای بتا ، جریان بیس حداقل باید 0.375 میلی آمپر باشه.
حداکثر جریان بیس به تامین کنندش بستگی داره و در این مثال راجع به اینکه تامیین کننده چیه ، صحبت نشده.
برای قرار گرفتن ترانزیستور در حالت اشباع، جریان بیس رو تا جایی که میشه زیاد میکنیم. اینجا حداکثر جریان رو نمیدونیم و مثلا جریان بیس رو 1mA انتخاب میکنم.
3- محاسبه مقاومت بیس: برای محاسبه ی مقاومت بیس معادله ولتاژ رو در امتداد خط نقطه چین قرمز رنگ مینویسیم. همچنین مقدار ولتاژ بیس-امیتر در حالت اشباع رو هم باید از دیتاشیت بخونید. اگر مقدار محاسبه شده رو به پایین گرد کنید ، جریان بیس بیشتر میشه و ترانزیستور بیشتر به حالت اشباع میره.
کنترل ترانزیستور PNP با ولتاژ پایین
در مثال قبلی با ولتاژ 12 ولت ترانزیستور PNP کنترل میشد، ولی اگر قرار باشه با یک میکرو که ولتاژ 5 ولت داره ترانزیستور PNP رو کنترل کنیم تکلیف چیه؟
اگر ورودی ترانزیستور PNP از نوع open-drian باشه، فرقی نمیکنه که این ورودی دیجیتال 0-5 ولت باشه یا 0-12 ولت چون در حالتی که ورودی خاموشه ، ورودی به زمین متصله و ترانزیستور وصل میشه ولی در حالتی که ورودی روشنه ، چون open-drain هست به جایی وصل نیست و ترانزیستور خاموشه.
حالا اگر ورودی ترانزیستور از نوع push-pull با ولتاژ 0-5 ولت بود چی؟ وقتی ورودی 0 باشه ، ترازیستور PNP وصله ، وقتی ورودی 5 باشه باز هم وصله.
راه حل این مسئله استفاده از یک ترازیستور NPN برای قطع و وصل ترانزیستور PNP هست. در مدار زیر مشابه محاسبات R1 و R3 قبلا انجام شده. R4 رو 10 برابر R3 و R2 رو 10 برابر R1 در نظر بگیرید.
