در این نوشته یادمیگیرید چجوری با بکارگیری ترانزیستور PNP ، کلید الکترونیکی بسازیم.
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 درونپذیر ( ورودی )
- پایه ی کلکتور برونگذار ( خروجی )
- پایه ی امیتر مشترک میان درونپذیر و برونگذار 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 روانه (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 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 فرابسته یا high side است چون به ولتاژ بالا میبندد .
- ترانزیستور PNP فراده روانه (سورس کننده ی جریان) هست، و هم در بیس و هم در کلکتور سوی روانه به بیرون ترانزیستور است .
با روانه ی بیس و ولتاژ بیس-امیتر در درونپذیر (ورودی) باید روانه کلکتور و ولتاژ کلکتور در برونگذار (خروجی) رو کنترل کنیم. میخواهیم با ترانزیستور PNP یک سوئیچ بسازیم. همه ی سوئیچ ها هم دو کارگون ( حالت کاری ) دارند :
- باز = روانه نیست = خاموش .
- بسته = روانه هست = روشن .
کارگون گسسته یا Cut-off در ترانزیستورهای PNP
در کارگون گسسته ( حالت کاری قطع ) ، ترانزیستور همچون یک سوئیچ باز است. برای رفتن به این کارگون :
- ولتاژ بیس-امیتر بایستی بیشتر از 0.7- ولت باشد.
ویژگی های کارگون گسسته:
- ترانزیستور خاموش است.
- پیوند بیس – امیتر در آرایش وارونه است و در آرایش پیشگشا (forward bias) نیست.
- روانه ای از بیس رد نشده و روانه کلکتور هم هیچا (صفر) است.
- ولتاژ کلکتور در کمینه خودش است و کلکتور زمین هست.
کارگون سرشار ( حالت کاری اشباع ) در ترانزیستور های PNP
در کارگون سرشار، ترانزیستور همچون یک سوئیچ بسته است. برای رفتن به کارگون سرشار:
- ولتاژ بیس – امیتر کمتر از 0.7- ولت باشد تا پیوند بیس – امیتر در آرایش پیشگشا (بایاس مستقیم) باشد.
- روانه بیس چند برابر بزرگتر از روانه کلکتور بخش بر بتا باشه.
ویژگی های کارگون سرشار :
- کلکتور (برونگذار 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 ؟ جهشده روانه افزایی (ضریب تقویت کنندگی جریان) ترانزیستور هست که در دیتاشیت هر ترانزیستور نوشته شده و اندازه اش برای نمونه 100 است.
رونگ ( مدار ) ترانزیستور BC327 برای روشن و خاموش کردن رله 12 ولت
رونگ 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 کارگون گسسته باشد، ولتاژ کلکتور 0 ولت است و رله خاموش است همانند سوئیچ باز.
- هنگامی که ترانزیستور در کارگون سرشار باشد، ولتاژ کلکتور بیشینه است (نزدیک به 12 ولت) و رله روشن است همانند سوئیچ بسته.
- یک دیود هرزگرد با رله همراستا (موازی) شده که آند دیود به 12 ولت بسته شده.
- کار ترانزیستور روانه افزایی ( تقویت جریان ) هست ، اینجا با ولتاژ 12 ولت و روانه 1mA ، ولتاژ 12v با روانه 30mA رو کنترل می کنیم.
آرایش دهی (بایاس) ترانزیستور PNP
آرایش دهی یا بایاس ترانزیستور به این چم (معنی) است که رونگ ( مدار ) را جوری بچینیم که ترانزیستور را به کارگون دلخواهمان ببریم:
- هنگامی که ولتاژ بیس هیچا (صفر) ولت است، ترانزیستور در کارگون سرشار باشد و رله روشن .
- هنگامی که ولتاژ بیس 12 ولت است، ترانزیستور در کارگون گسسته باشد و رله خاموش .
خب هنگامی که ولتاژ بیس 12 ولت باشد، ناهمسانی ولتاژی میان بیس و امیتر نیست و روانه ای هم نیست و ترانزیستور خاموش است، برای آرایش ترانزیستور تنها باید اندازه ی ایستاگر (مقاومت) را جوری براورد کنیم که هنگامی که ولتاژ بیس 0 ولت است، ترانزیستور به کارگون سرشار برود. این کار سه گام دارد:
- دانستن اندازه روانه ی کلکتور، این اندازه ی روانه ای است که رله برای روشن شدن به آن نیازمند است.
- بدست آوری اندازه روانه ی بیس از روی اندازه ی روانه ی کلکتور با بکارگیری بتا ( جهشده روانه افزایی ).
- بدست آوری اندازه ی ایستاگر ( مقاومت ) بیس با نوشتن برابری ( معادله ) ولتاژ .
1- اندازه گیری روانه کلکتور : برای دانستن روانه کلکتور باید روانه ای که رله در هنگام روشن شدن میکشد رو با مولتی متر اندازه گیری کنیم.
مولتی متر رو در کارگون اندازه گیری روانه بذارید. یک سوی رله رو به 12 ولت و سوی دیگه رو با مولتی متر به زمین ببندید و اندازه روانه رو بخونید. رله من هنگام روشن بودن نزدیک 30mA روانه میکشد.
2 – کمینه روانه بیس : برای دل آسوده شدنمان از رفتن ترانزیستور به کارگون سرشار، روانه بیس باید بیش از دو برابر روانه کلکتور بخش بر بتا باشه. در داده نامه (دیتاشیت) ترانزیستور BC327 بیشینه اندازه بتا یا DC current gain هست 400 و کمینه 160 . با اندازه 160 برای بتا ، روانه بیس دست کم باید 0.375 میلی آمپر باشه.
بیشینه روانه ی بیس به فراهم کنندش بستگی داره و در این نمونه نگفته روانه از کجا میاد پس بیخیالش.
برای رفتن ترانزیستور به کارگون سرشار، روانه بیس رو تا جایی که میشه بیشتر میگیریم. اینجا بیشینه روانه رو نمیدونیم و روانه بیس رو 1mA میگزینم.
3- براورد ایستاگر (مقاومت) بیس: برای بدست آوری اندازه ی ایستاگر بیس بایستی برابری ولتاژ رو در راستای نقطه چین قرمز رنگ بنویسیم. همچنین اندازه ولتاژ بیس-امیتر در کارگون سرشار رو هم باید از داده نامه (دیتاشیت) بخونید.
اگر اندازه ایستاگر رو به بالا گرد کنیم، جریان بیس کمتر میشه. اگر به پایین گرد کنیم ، جریان بیس بیشتر میشه و ترانزیستور بیشتر به کارگون سرشار 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.
- ایستاگر بالاکش (مقاومت 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 کارگون گسسته هست چون گذرگاهی برای رد شدن روانه نداریم.
- اگر پایه ی کنترل کننده زمین باشه: ترانزیستور در کارگون سرشار 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 کارگون سرشار.
- هنگامی که پایه ی کنترل کننده 5 ولت باشه، باز هم ترانزیستور PNP در کارگون سرشار.
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.
- پایه ی برونگذار = پایه ی خروجی .
- پایه ی درونپذیر = پایه ی ورودی .
- کارگون سرشار = حالت کاری اشباع .
- کارگون گسسته = حالت کاری قطع .
