Transistor

Fra Holstebro HTX Wiki
Skift til: navigering, søgning
Different transistors.gif

Transistoren er en af de komponenter der bruges flest af på årsbasis, idet den indgår i alle digitale kredsløb af en eller anden art. Integreret kredsløb (IC'er) er opbygget af alt fra tusinder til milliarder af transistorer. Udover at bruge en transistor i digitale kredsløb bliver den også brugt meget i analoge kredsløb som forstærker.

Funktion

Transistoren kan fungere på flere måder, men de to primære funktioner er elektronisk kontakt og forstærker. Kort sagt kan der ved hjælp af en transistor trækkes en større strøm, end den man har til rådighed fra indgangs-signalet.

Transistoren har 3 forbindelser, Kollekter (C), Basis (B) og Emitter (E). Strømstyrken, som løber ind gennem Basis benet, bestemmer den strømstyrke som kan løbe fra Kollekter til Emitter. Altså kan transistoren ses som en variabel kontakt eller en variabel modstand, hvor det er strømmen ind gennem Basis benet der bestemmer hvor "lukket" kontakten er, eller hvor "lille" modstanden er.

Typer

Transistor typer

Der findes to forskellige typer af transistorer, NPN og PNP. Fælles for dem begge er at de har de samme forbindelser og at de styres med Basis benet. Forskellen er at NPN transistoren styres med en positiv spænding på Basis benet mens PNP transistoren styres med Negativ spænding. Samtidig er strøm retningen gennem NPN og PNP transistorene også forskellige. På billedet til højre går strømmen ned gennem NPN transistoren, mens den går op gennem PNP transistoren. Pilen bruges til indikation af dette.

I en NPN skal strømmen løbe ind i Basis, for at strømmen kan løbe fra Collector til Emitter Altså vil man kunne koble stel til Emitter på en NPN transistor. I en PNP skal strømmen løbe ud af Basis, for at der kan løbe en strøm, der så løber fra Emitter til Collector. Det betyder at PNP-transistoren skal kobles op, så Emitteren har det mest positive niveau (f.x. koblet til forsyningen), så strømmen løber ud af Collektor-benet på en PNP.

Udover dette er der også forskellige typer inden for hver kategori, hvor forskellen er maks spænding (VceMAX), maks gennemløbende strømstyrke (Ic), basis spænding (Vbe), maks effekt afsætning (Ptot), mættet spændingsfald (VCE(sat)), forstærkning (hFE) og mættet forstærkning (hFE(sat)) mm.

Den mest brugte transistor, som jeg vil benytte mig af i mine eksempler, er BC547. Det er en NPN transistor med følgende data:

  • Ic: 100mA
  • VceMAX: 45V
  • Vbe: 580mV - 700mV
  • Ptot: 500mW
  • VCE(sat): 200mV
  • hFE(sat): 20

Transistor som kontakt

Transistor som kontakt

Vi kan benytte transistoren som en kontakt, som derved kan drive kredsløb som kræver en større strøm end man eksempelvis har til rådighed på en mikroprocessor udgang. Når vi skal benytte transistoren som en kontakt skal vi blot have den til at åbne eller lukke helt. Åben betyder at den leder strøm, mens lukket betyder at den spærre for strømmen.

For at få transistoren til at åbne, altså at der løber strøm gennem den, skal der tilføres en spænding mellem 0,6V og 0,7V til Basis benet. Idet vi vil bruge den som en kontakt, vil vi jo gerne have at der ikke er noget særligt spændingsfald over transistoren, da vi ellers ikke vil kunne bruge vores fulde spænding videre i kredsløbet.

I BC547 transistorens "mættede" punkt (som kontakt) er spændingsfaldet over den kun på ca. 0,2V. For at mætte transistoren skal vi mindst tilføre en strøm som er 20 gange mindre end den strøm vi vil trække igennem den. Vi kan derfor kigge på et eksempel:

  • Vi vil gerne trække 100mA igennem en BC547
  • For at mætte transistoren skal vi mindst tilføre den 100mA / hFE(sat) = 100mA / 20 = 5mA

Ved beregningen af hvor meget basis-strøm vi skal tilføre, skal vi også være opmærksom på følgende parametre

  • Ic: Den maksimale strøm igennem transistoren (Kollekter til Emitter)
  • UCE: Den maksimale spænding over transistoren (Kollekter til Emitter)
  • P: Effektafsætningen (P = UCE*Ic)

Ingen af disse kriterier må overskrides, og vi kan derfor ikke bruge hvilken som helst spænding.

Eksempel

Transistor som kontakt

Vi vil nu kigge på et eksempel hvor vi skal styre 2 lysdioder med en udgang fra en mikroprocessor (IC). Vi har på forhånd slået følgende værdier op:

  • ULED = 2,1V (maks spændingsfaldet over en RØD lysdiode)
  • ILED = 20mA
  • hFE(sat) = 20 (mættet forstærknings konstant)
  • UCE(sat) = 0,2V (spændingsfald fra Kollektor til Emitter)
  • UBE(sat) = 0,7V (spændingsfald fra Basis til Emitter)

De to lysdioder har vi koblet parallelt, og vi vil derfor få en samlet strøm gennem transistoren på: 40mA Vi kan nu beregne RL (formodstandende til lysdioderne) og RB (basis begrænsnings modstand).

På diagrammet til højre ses selve kredsløbet, mens udregningerne af modstandsværdierne kan ses herunder. Transistor calculations.png Transistor example circuit.png

Transistor som inverter

Transistor som inverter

Når man kobler en transistor som vist på illustrationen, så vil den faktisk virke som en logisk inverter-gate, altså når man sender et højt signal ind, så kommer der et lavt ud, og omvendt.

Hvis man sammenligner med kredsløbet hvor man trækker et relæ eller tænder mange lysdioder, så er det faktisk også det samme der sker, at når man tænder transistoren med et højt signal, altså ved at sende strøm ind i Basis, så går Collector lav (altså den inverterende funktion), og tænder for det der sidder fra forsyningen og ned til collector.

Anvender man en PNP transistor kan den have samme funktion, ved at koble Emitter til forsyningen, sende signal ind på Basis vi en modstand, og have en modstand fra Collector til stel, hvor man så tager signalet ud ved Collector på samme måde som ved det viste kredsløb.

Transistor som forstærker

For at forstå hvordan transistoren kan bruges som forstærker tager vi et kig på den følgende tegning af en "vand-transistor".

"Vand-transistor"

Måden denne tegning skal forstås på er at tykkelsen af "rørene" (ledning) beskriver den strøm der løber,

DC Current Gain (hFE) = Ic/Ib http://www.electronics-tutorials.ws/transistor/tran_2.html