طراحی مدار برای روشن و خاموش کردن رله با ترانزیستور BC327 .
ترانزیستور PNP
ترانزیستور PNP سه پایه به نام های بیس ، امیتر و کلکتور داره. برای ساخت سوئیچ با ترانزیستور بایستی آنرا با پیکربندی امیتر مشترک ببندیم. در آرایش امیتر مشترک :
- پایه ی بیس ورودی
- پایه ی کلکتور خروجی
- پایه ی امیتر مشترک میان ورودی و خروجی و بسته شده به ولتاژ بالا .
ترانزیستور PNP در کاربرد سوئیچ
پندارید یک بار الکتریکی داریم به نام RL . برای روشن کردن این بار، بایستی در دو سر آن ناهمسانی ولتاژ پدید آوریم تا جریان الکتریکی از بار رد بشه و بار روشن بشه. برای پدید آوری ناهمسانی ولتاژ :
- یک سر بار به ولتاژ بالا یا VCC .
- سر دیگه به ولتاژ پایین یا زمین بسته میشه.
اگر بخواهیم یک ترانزیستور PNP رو برای روشن و خاموش کردن این بار بکاربگیریم، ناگزیر باید یک سوی بار به زمین بسته بشه و سر دیگه بار رو کلکتور ترانزیستور PNP به ولتاژ بالا میبنده. چون که ترانزیستور PNP تنها میتونه به ولتاژ بالا (VCC) ببنده و نمیشه با ترانزیستور PNP بار رو به زمین بست.
- ترانزیستور PNP یک ترانزیستور فراسو یا high side است چون به ولتاژ بالا میبندد .
- ترانزیستور PNP فراده جریان (سورس کننده) هست، و هم در بیس و هم در کلکتور سوی جریان به بیرون ترانزیستور است .
با جریان بیس و ولتاژ بیس-امیتر در ورودی باید جریان کلکتور و ولتاژ کلکتور در خروجی رو کنترل کنیم. میخواهیم با ترانزیستور PNP یک سوئیچ بسازیم. همه ی سوئیچ ها هم دو حالت کاری دارند :
- باز = روانه نیست = خاموش .
- بسته = روانه هست = روشن .
حالت قطع یا Cut-off در ترانزیستورهای PNP
در حالت کاری قطع ، ترانزیستور همچون یک سوئیچ باز است چون کلکتور به جایی بسته نیست و از امیتر باز است. برای رفتن به این حالت :
- ولتاژ بیس-امیتر بایستی بیشتر از 0.7- ولت باشد.
ویژگی های حالت قطع:
- ترانزیستور خاموش است.
- پیوند بیس – امیتر در بایاس معکوس است .
- جریانی از بیس رد نشده و جریان کلکتور هم صفر است.
- ولتاژ کلکتور در کمینه خودش است و کلکتور زمین هست.
حالت کاری اشباع در ترانزیستور های PNP
در حالت اشباع، ترانزیستور همچون یک سوئیچ بسته ( کلکتور به امیتر بسته میشود) است. برای رفتن به حالت اشباع:
- ولتاژ بیس – امیتر کمتر از 0.7- ولت باشد تا پیوند بیس – امیتر در بایاس مستقیم باشد.
- جریان بیس چند برابر بزرگتر از جریان کلکتور بخش بر بتا باشه.
ویژگی های حالت اشباع :
- کلکتور (خروجی ترانزیستور) به امیتر (در اینجا ولتاژ بالا = VCC ) بسته میشه و ولتاژ کلکتور-امیتر در کمینه اندازه خود است.
- ترانزیستور سراپا کاملا روشن.
بتا چیست ؟ ضریب تقویت کنندگی جریان ترانزیستور هست که در دیتاشیت هر ترانزیستور نوشته شده و اندازه اش برای نمونه 100 است.
مدار ترانزیستور BC327 برای روشن و خاموش کردن رله 12 ولت
مدار زیر برای روشن و خاموش کردن رله ی 12 ولت با بکارگیری ترانزیستور PNP BC327 است.
- یک سوی رله به زمین و سوی دیگر به کلکتور ترانزیستور BC327 بسته شده.
- هنگامی که ترانزیستور در حالت قطع باشد، ولتاژ کلکتور 0 ولت است و رله خاموش است همانند سوئیچ باز.
- هنگامی که ترانزیستور در حالت اشباع باشد، ولتاژ کلکتور بیشینه است (نزدیک به 12 ولت) و رله روشن است همانند سوئیچ بسته.
- یک دیود هرزگرد با رله موازی شده که آند دیود به 12 ولت بسته شده.
- کار ترانزیستور تقویت جریان هست ، اینجا با ولتاژ 12 ولت و جریان 1mA ، ولتاژ 12v با جریان 30mA رو کنترل می کنیم.
بایاس ترانزیستور PNP
بایاس ترانزیستور به این معنی است که مدار را جوری بچینیم که ترانزیستور را به حالت کاری دلخواهمان ببریم:
- هنگامی که ولتاژ بیس صفر ولت است، ترانزیستور در حالت اشباع باشد و رله روشن .
- هنگامی که ولتاژ بیس 12 ولت است، ترانزیستور در حالت قطع باشد و رله خاموش .
خب هنگامی که ولتاژ بیس 12 ولت باشد، ناهمسانی ولتاژی میان بیس و امیتر نیست و جریانی هم نیست و ترانزیستور خاموش است، برای آرایش ترانزیستور تنها باید اندازه ی مقاومت را جوری براورد کنیم که هنگامی که ولتاژ بیس 0 ولت است، ترانزیستور به حالت اشباع برود. این کار سه گام دارد:
- دانستن اندازه جریان کلکتور، این اندازه ی جریانی است که رله برای روشن شدن به آن نیازمند است.
- بدست آوری اندازه جریان بیس از روی اندازه ی جریان کلکتور با بکارگیری بتا ( ضریب تقویت جریان ).
- بدست آوری اندازه ی مقاومت بیس با نوشتن معادله ولتاژ .
1- اندازه گیری جریان کلکتور : برای دانستن جریان کلکتور باید جریانی که رله در هنگام روشن شدن میکشد رو با مولتی متر اندازه گیری کنیم.
مولتی متر رو در حالت اندازه گیری جریان بذارید. یک سوی رله رو به 12 ولت و سوی دیگه رو با مولتی متر به زمین ببندید و اندازه جریان رو بخونید. رله من هنگام روشن بودن نزدیک 30mA جریان میکشد.
2 – کمینه روانه بیس : برای دل آسوده شدنمان از رفتن ترانزیستور به حالت اشباع ، جریان بیس باید بیش از دو برابر جریان کلکتور بخش بر بتا باشه. در دیتاشیت ترانزیستور BC327 بیشینه اندازه بتا یا DC current gain هست 400 و کمینه 160 . با اندازه 160 برای بتا ، جریان بیس دست کم باید 0.375 میلی آمپر باشه.
بیشینه جریان بیس به فراهم کنندش بستگی داره و در این نمونه نگفته جریان از کجا میاد پس بیخیالش.
برای رفتن ترانزیستور به حالت اشباع ، جریان بیس رو تا جایی که میشه بیشتر میگیریم. اینجا بیشینه جریان رو نمیدونیم و جریان بیس رو 1mA میگزینم.
3- محاسبه ی مقاومت بیس: برای بدست آوری اندازه ی مقاومت بیس بایستی معادله ی ولتاژ رو در راستای نقطه چین قرمز رنگ بنویسیم. همچنین اندازه ولتاژ بیس-امیتر در حالت اشباع رو هم باید از دیتاشیت بخونید.
اگر اندازه مقاومت رو به بالا گرد کنیم، جریان بیس کمتر میشه. اگر به پایین گرد کنیم ، جریان بیس بیشتر میشه و ترانزیستور بیشتر به حالت اشباع میره.
فرمان به ترانزیستور PNP با ولتاژ پایین
در نمونه پیشین با ولتاژ 12 ولت به ترانزیستور PNP فرمان میدادیم، ولی اگر بخواهیم با یک میکرو که ولتاژ 5 ولت داره ترانزیستور PNP رو روشن و خاموش کنیم چی؟
اگر اون پایه ی میکروکنترلر که به بیس ترانزیستور PNP بسته میشه، این ویژگی ها رو داشت باشه:
- از گونه درین-باز یا open-drian باشه.
- مقاومت بالاکش ( pull-up ) نداشته باشه.
اکنون یا بیس ترانزیستور به هیچ جا بسته نیست، یا به زمین بسته میشه.
- اگر پایه ی کنترل کننده به جایی بسته نباشه: ترانزیستور در حالت قطع هست چون گذرگاهی برای رد شدن جریان نداریم.
- اگر پایه ی کنترل کننده زمین باشه: ترانزیستور در حالت اشباع است.
اگر ورودی ترانزیستور از گونه دهنده-کشنده یا push-pull با ولتاژ 0-5 ولت بود چی؟
- هنگامی که پایه ی کنترل کننده 0 ولت باشه، ترازیستور PNP در حالت اشباع است.
- هنگامی که پایه ی کنترل کننده 5 ولت باشه، باز هم ترانزیستور PNP در حالت اشباع.
و نمیشه ترانزیستور رو خاموش کرد.
گره گشای این دشواری چیست؟ یک ترانزیستور NPN.
باید یک ترانزیستور NPN برای روشن و خاموش ترانزیستور PNP بکاربگیریم. آموزش براورد R1 و R3 پیشتر داده شده. R4 رو 10 برابر R3 و R2 رو 10 برابر R1 بذارید.
