در این نوشته یادمیگیرید چجوری با بکارگیری ترانزیستور PNP ، کلید الکترونیکی بسازیم.
پهرست
– ترانزیستور PNP به عنوان سوئیچ
ترانزیستور PNP
ترانزیستور PNP سه پایه به نام های بیس ، امیتر و کلکتور داره. برای ساخت سوییچ با ترانزیستور بایستی آنرا با پیکربندی امیتر هموند (امیتر مشترک) ببندیم. در آرایش امیتر هموند:
- پایه ی بیس درونبر
- پایه ی کلکتور برونبر
- پایه ی امیتر هموند میان درونبر و برونبر و بسته شده به ولتاژ بالا
ترانزیستور PNP به عنوان سوئیچ
پندارید یک بکارگیرنده ی الکتریسیته (مصرف کننده) 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 ( VCC) و 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 فراده (سورس کننده) هست، به این چم (معنی) که سوی روانه هم در پایه ی درونبر (بیس) و هم در پایه ی برونبر (کلکتور) به بیرون ترانزیستور هست.
با روانه ی بیس و ولتاژ بیس-امیتر که درونبر (ورودی) هستند باید روانه کلکتور و ولتاژ کلکتور که برونبر(خروجی) هستند رو کنترل کنیم. میخواهیم با ترانزیستور PNP یک سوئیچ بسازیم. همه ی سوئیچ ها هم دو کارگونه (حالت کاری) دارند، یا باز هستند و یا بسته.
کارگونه گسسته یا Cut-off در ترانزیستورهای PNP
در کارگونه گسسته (حالت کاری قطع) ، ترانزیستور همچون یک سوییچ باز است. برای رفتن به این کارگونه:
- ولتاژ بیس-امیتر بایستی بیشتر از 0.7- ولت باشد.
ویژگی های کارگونه ی گسسته:
- ترانزیستور خاموش است.
- پیوند امیتر-بیس در آرایش راسته (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.
کارگونه سرشار (حالت کاری اشباع) در ترانزیستور های PNP
در کارگونه سرشار، ترانزیستور همچون یک سوییچ بسته است. برای رفتن به کارگونه سرشار:
- ولتاژ بیس – امیتر کمتر از 0.7- ولت باشد تا پیوند امیتر-بیس در آرایش راسته (بایاس مستقیم) باشد.
- روانه بیس چند برابر بزرگتر از روانه کلکتور بخش بر بتا باشه.
ویژگی های کارگونه سرشار:
- کلکتور (برونبر 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.
واژه شناسی:
کمش ، همش ، جهش ، برش = تفریق ، جمع ، ضرب ، تقسیم
جهش ده = چیزی که جهش میدهد = عامل جهش = ضریب
روانه افزایی = تقویت جریان
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 کارگونه ی گسسته باشد، ولتاژ کلکتور 0 ولت است و رله خاموش است همانند سوییچ باز.
- هنگامی که ترانزیستور در کارگونه سرشار باشد، ولتاژ کلکتور بیشینه است (نزدیک به 12 ولت) و رله روشن است همانند سوییچ 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 مدار را جوری بچینیم که ترانزیستور را به کارگونه ی دلخواهمان ببریم:
- هنگامی که ولتاژ بیس هیچا (صفر) ولت است، ترانزیستور در کارگونه سرشار باشد و رله روشن.
- هنگامی که ولتاژ بیس 12 ولت است، ترانزیستور در کارگونه 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 کارگونه 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.
- براورد اندازه روانه ی بیس از روی اندازه ی روانه ی کلکتور با بکارگیری بتا ( جهشده روانه افزایی).
- براورد ایستاگر (مقاومت) بیس با نوشتن معادله ی ولتاژ .
1- براورد 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 کارگونه 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 کارگونه ی 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 جریان بیس به فراهم کنندش بستگی داره و در این نمونه نگفته روانه از کجا میاد پس بیخیالش.
برای رفتن ترانزیستور به کارگونه 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 براورد ایستاگر بیس بایستی معادله ی ولتاژ رو در راستای نقطه چین قرمز رنگ بنویسیم. همچنین اندازه ولتاژ بیس-امیتر در کارگونه 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 کارگونه 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 کارگونه گسسته هست چون گذرگاهی برای رد شدن روانه نداریم.
- اگر پایه ی کنترل کننده زمین باشه: ترانزیستور در کارگونه 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 کارگونه سرشار.
- هنگامی که پایه ی کنترل کننده 5 ولت باشه، باز هم ترانزیستور PNP در کارگونه 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 همانند مدار زیر. آموزش براورد R1 و R3 پیشتر داده شده. R4 رو 10 برابر R3 و R2 رو 10 برابر R1 بذارید.
