BJT Bipolar Junction Transistor Ic Ib Ie NPNliitos
BJT (Bipolar Junction Transistor) • Ic Ib Ie
NPN-liitos • Kollektori– emitteriliitos ei johda ilman kantavirtaa. Kanta-Emitteriliitos on diodiliitos. Kantavirta Ib kulkee kun jännite Ube nousee noin 0, 7 V: iin. Tällöin kollektori-emitteriliitos menee myötäsuuntaiseksi ja kuorman virta kulkee. Virran sovittu kulkusuunta on elektronien liikkeelle vastakkainen. Rakenteellisesti kanta-alue on ohut jotta varausten rekombinoituminen olisi vähäistä eli pienellä kantavirralla voidaan kontroloida suurta kuorman virtaa Ic.
PNP-transistori • Periaate sama kuin npn-transistorilla mutta virran suunnat päinvastaiset. NPN PNP
Transistorin ominaiskäyrä • X-akselilla kollektorin ja emiterin välinen jännite ja y-akselilla komponentin läpi menevä virta Ic. Vahvistinmitoitus tehdään käyrien vaakasuoralle osuudelle (lineaarinen alue). Kytkinkäyttö mitoitetaan ns. saturaatioalueelle, jotta kytkimen tehohäviö saataisiin pieneksi. Laboratoriossa ominaiskäyrä voidaan mitata valitsemalla kantavirta Ib ja pyyhkäisemällä jännitettä Uce ja mittaamalla, joka pisteessä virtaa Ic
Kytkinkäytön topologiat ja mitoitus •
Kantavastuksen mitoitus • 0. 5 A Uce
Kantavastuksen mitoitus virtavahvistuskertoimella •
Kantavastuksen vaikutus saturaatijännitteeseen • Kuvassa edellisen kytkimen Uce-jännite, kun kantavastus muuttuu 300 -1200Ω. Kuvasta huomataan, että Uce pysyy noin 0, 3 V: ssa Rb: n ollessa alle 600Ω.
Kytkimen tehohäviö • Kytkimen kokonaishäviöt syntyvät kuvan mukaisesti. Matalalla taajuudella toimittaessa kytkentä- ja katkaisuhäviöillä ei ole merkitystä. Sytytyshäviö Ic Jatkuvantilan Häviö Pc = Uce. Ic Uce Sammutushäviö
Ongelma valitussa kytkintopologiassa • Valitussa kytkintopologiassa tulee ongelmia käytännön piirikorttitoteutuksessa. Prosessorilta tuleva kantavirta ja kuorman virta kulkevat molemmat emiterin läpi yhteiseen maahan. Tämä aiheuttaa merkittäviä EMC-häiriöitä. Tämä topologia toimii vain erittäin pienillä virroilla ja laboratoriossa.
Muita kytkintopologioita • CPU ohjaa AC-moottoria 230 V. Katkontataajuus ei voi olla suuri, muuten rele kuluu liian nopeasti. Auton vilkku on hyvä esimerkki releen nopeudesta. 230 V Moottori AC
Ohjaavan laitteen virta ei riitä kantavirraksi • CPU: n portista saadaan tyypillisesti virtaa noin 5 m. A-20 m. A. Tämä ei aina riitä kytkintransistorin kantavirraksi, siten että transistorin häviöt minimoituu. Tarvitaan toinen transistori Q 2. Vastus R 1 on nyt kytkimen Q 1 kantavastus. EMC-ongelmat samat kuin aikaisemmin.
Darlington transistori • Virtavahvistusta voidaan lisätä myös darlington kytkennällä. Jos T 1 virtavahvistus β = 100 ja T 2 β = 10 niin mikä on kytkennän virtavahvistus? ? ?
Aina toimiva kytkinkäyttö • Optoeristin tekee galvaanisen erotuksen moottorin ja ohjaavan yksikön välille. Ei merkittäviä EMC-ongelmia. Helppo ja luotettava toteuttaa piirikortille. Suurilla taajuuksilla huomioitava opton hitaus.
H-silta • H-silta käytetään DC-moottorin portaattomaan nopeuden säätöön kumpaankin suuntaan. Kuvassa transistoreita ohjataan ”ristiin” siten, että Q 8 ja Q 18 johtavat yhtä aikaa, jolloin moottori pyörii toiseen suuntaan. Samalla ”tolpalla” olevat kytkimet eivät saa johtaa yhtaikaa. Miten nopeuden säätö toteutetaan? ? ?
Taajuusmuuttaja • AC-moottorin nopeuden säätöön. Maksimi momentti saavutetaan nolla nopeudellakin. • Jännite- ja virtavälipiirillisiä. Yksittäisen BJT: n virta 1000 A: iin asti. Ohjainpiirit ”kelluvia” siksi molemmat BJT NPN-tyyppiä
BJT vahvistin • DC-mitoitus ja työpisteen asettelu keskelle työsuoraa • AC-mitoitusksessa vahvistuksen asettelu ja kondensaattorit estämään tasavirran kulku ja rajamaan taajuuskaistaa • Pääteasteella saat tehoa(virtavahvistin) ulostuloon Pääteaste Esivahvistin Mikrofoni Taajuusvaste
Jäähdytyslevyn mitoitus •
BJT valinta kytkimeksi • Komponentin jännitekestoisuus riittävä 100% hyvä ylimitoituskerroin • Virtakestoisuus 20% ylimitoitusta • Ohjaavan yksikön ulostulovirran riittävyys: Valitse suurempi vahvistuksinen transistori (darlington) tai käytä apukytkentää • Tarkista komponentin turn OFF ja turn ON ajat ja vertaa niitä sovelluksen vaatimiin aikoihin • Laske komponentin lämpenemä ja arvio jäähdytyslevyn tarvetta. Oikein valitulla komponentilla et välttämättä tarvitse jäähdytystä
FET Field Effect transistor • Drain (nielu) Gate (hila) Source (lähde)
JFET • Junction Field Effect Transistor
MOSFET Metal Oxide Silicon FET • Vasemmalla N-kanavainen sulkutyyppi(Depletion) FET ja oikealla avaustyyppi(Enhancement). Sukutyypissä kanava on ja virta kulkee, kunnes ohjausjännitteellä –Ugs kanavaan ”houkutellaan” p-tyypin varauksia ja virta katkeaa. Avaustyypissä kanavaa ei ole ja se ”rakennetaan” houkuttelemalla elektronit hilalle. Ne ovat vähemmistö-varauksenkuljettajia P-tyypin substraatissa
P-kanavaiset • Vasemmalla P-kanavainen sulkutyyppinen FET. Virta saadaan katkaistua positiivisella ohjausjännitteellä. Oikealla P-kanavainen avaustyyppi. Miten se saadaan johtavaksi? ? ? P-kanavainen avaustyyppi Kanava pitää muodostaa ohjausjännitteellä. P-kanavaisissa nuoli on aina ulospäin
FET kytkimenä • FET kytkin topologiat ovat täsmälleen samat kuin BJT: llä. Alasvetovastus oli transistorilla useimmiten optionaalinen. FET: llä se on kuitenkin lähes pakollinen. • Vaikka FET on jänniteohjattu komponentti niin silti käytännössä ohjaavasta yksiköstä vaaditaan tiettyä virtaulostuloa.
FET: n hajakapasitanssit •
IGBT Insulate Gate Bipolar Transistor • FET: n virtakestoisuus pieni (50 A) ja nopeus suuri. BJT vaatii ohjausvirtaa aika paljon mutta virtakestoisuus iso (1000 A). Yhdistämällä nämä kaksi komponenttia saadaan nopea, isovirtainen ja pienellä teholla ohjattava komponentti
- Slides: 27
