PNP Transistor Switch

We can also use PNP transistors as switches, the difference this time is that the load is connected to ground (0v) and the PNP transistor switches power to it. To turn the PNP transistor as a switch "ON" the Base terminal is connected to ground or zero volts (LOW) as shown.

PNP Transistor Switching Circuit

Darlington Transistor Switch

Sometimes the DC current gain of the bipolar transistor is too low to directly switch the load current or voltage, so multiple switching transistors are used. Here, one small input transistor is used to switch "ON" or "OFF" a much larger current handling output transistor. To maximise the signal gain, the two transistors are connected in a "Complementary Gain Compounding Configuration" or what is more commonly called a "Darlington Configuration" were the amplification factor is the product of the two individual transistors.

Darlington Transistors simply contain two individual bipolar NPN or PNP type transistors connected together so that the current gain of the first transistor is multiplied with that of the current gain of the second transistor to produce a device which acts like a single transistor with a very high current gain for a much smaller Base current. The overall current gain Beta (β) or Hfe value of a Darlington device is the product of the two individual gains of the transistors and is given as:

So Darlington Transistors with very high β values and high Collector currents are possible compared to a single transistor switch. For example, if the first input transistor has a current gain of 100 and the second switching transistor has a current gain of 50 then the total current gain will be 100 x 50 = 5000. An example of the two basic types of Darlington transistor are given below.

Darlington Transistor Configurations

One difference to consider when using Darlington transistors over the conventional single bipolar types when using the transistor as a switch is that the Base-Emitter input voltage ( V_BE ) needs to be higher at approx 1.4v for silicon devices, due to the series connection of the two PN junctions.

Transistor as a Switch Summary

Then to summarise when using a Transistor as a Switch.

• Transistor switches can be used to switch and control lamps, relays or even motors.
• When using the bipolar transistor as a switch they must be either "fully-OFF" or "fully-OFF".
• Transistors that are fully "ON" are said to be in their Saturation region.
• Transistors that are fully "OFF" are said to be in their Cut-off region.
• When using the transistor as a switch, a small Base current controls a much larger Collector load current.
• When using transistors to switch inductive loads such as relays and solenoids, a "Flywheel Diode" is used.
• When large currents or voltages need to be controlled, Darlington Transistors can be used.

In the next tutorial about Transistors, we will look at the operation of the junction field effect transistor known commonly as an JFET. We will also plot the output characteristics curves commonly associated with JFET amplifier circuits as a function of Source voltage to Gate voltage.

کلید ترانزیستوری

همچنین ما میتوانیم از ترانزیستورهای 1371 به عنوان کلید استفاده کنیم. این بار تفاوت در این است که بار به زمین (0 ولت) وصل میشود وترانزیستور قدرت را به آن منتقل میکند.برای تغییر ترانزیستور به حالت کلید روشن همانطور که در شکل نمایش داده شده است پایانه base به زمین وصل میشود.

مدار ترانزیستورpnp به عنوان کلید

معادلاتی که برای محاسبه مقاومت base –جریان و ولتاژ collector به کار میروند دقیقا مشابه کلید ترانزیستوری  npnقبلی میباشند. تفاوت این بار در این است که ما بجای  switch زمین با یک ترانزیستور npn( جریان نشتی) توان را با استفاده از یک کلید ترانزیستوری switch  میکنیم ( جریان منبعی-sourcing current).

کلید دارلینگتون ترانزیستوری

گاهی اوقات بهره جریان dcیک ترانزیستور دو قطبی برای به تنهایی فراهم کردن جریان یا ولتاژ بار بسیار پایین است. بنابراین چند ترانزیستور برای به کار انداخنن استفاده میشوند. در اینجا یک ترانزیستور ورودی کوچک برای روشن یا خاموش کردن جریان بسیار بزرگ ناشی از ترانزیستور خروجی استفاده میشود. برای به حد اکثر رساندن بهره signal دو ترانزیستور به صورت "ساختار تدکیبی با بهره مکمل" یا همان "ساختار دارلینگتون "بصورتی که عامل تقویت کنندگی محصول دو ترلنزیستور مجزا میباشد.

ساختار ترانزیستورهای دارلینگتون در حالت ساده شامل دو ترانزیستور مجزای npn یا pnpکه به هم متصل شده اند میباشد بطوریکه بهره جریان ترانزیستور اول در بهره ترانزیستور دوم ضرب میشود تا دستگاهی ررا بسازد که همانند یک ترانزیستور با بهره جریان بسیار بالا به ازای جریان بسیار کم baseعمل میکند. بهره کلی در ساختار دارلینگتون که بتا B یاHfeنامیده میشود برابر با حاصلضرب بهره دو ترانزیستور مجزا میباشد و داریم:

بنابراین ترانزیستور های ساختار دارلینگتون با بتای بالا و جریان collector زیاد را میشود کلید ترانزیستوری منفرد مقایسه کرد. مثلا اگر اولین ترانزیستور بهره جریانی برابر با 100 و دومین ترانزیستور بهره ای برابر با 50 داشته باشد بهره کلی برابر با 5000=100*50  میباشد. یک مثال از دو حالت پایه ای ساختار دارلینگتون در زیر آورده شده است.

ساختار ترانزیستوری دارلینگتون

ساختار npn  دارلینگتون نشان میدهد که collector دو ترانزیستور به هم و  emitterاولی به  baseترانزیستور دوم متصل شده است. بنابراین Emitter ترانزیستور اول به عنوان جریان base ترانزیستور دوم محسوب میشود. ترانزیستور اول یا "ورودی" سیگنال ورودی را دریافت میکند وپس از تقویت از آن برای تحریک کردن ترانزیستور دوم یا خروجی استفاده میکند که ترانزیستور دومی هم دوباره جریان را تقویت میکند که نتیجه آن یک جریان خیلی بالا می شود.علاوه بر این قابلیت افزایش بالای جریان و ولتاژ یکی دیگر از مزایای ساختار دارلینگتوتن سرعت تغییر بالای آن میباشد که آن را به یک ساختار ایده آل برای استفاده در مدارهای مبدل و موتور های DC و stepp موتور ها تبدیل کرده.

یک تفاوت قابل ملاحظه در استفاده از ساختار دارلینگتون در مقابل مدل های دوقطبی منفرد متعارف زمانی است که ترانزیستور به عنوان کلید مورد استفاده قرار میگیرد این است که ولتاژ ورودی Base-Emitter لازم است که به بالای تقریبا 1.4v برای مدل های سیلیکونی باشد.دلیل آن هم پیوند سری دو پیوند PN است.

خلاصه ای از استفاده از ترانزیستور به عنوان کلید:

·       کلید های ترانزیستوری برای روشن کردن یا کنترل لامپها-رله ها یا حتی موتور ها میباشند.

·       زمانی که از یک ترانزیستور دو قطبی به عنوان کلید استفاده میکنیم آنها حتما باید "کاملا-خاموش" یا "کاملا-روشن"باشند.

·       اگر ترانزیستوری کاملا روشن باشد میگویند که در ناحیه اشباع قرار دارد.

·       اگر ترانزیستوری کاملا خاموش باشد میگویند که در ناحیه قطع قرار دارد.

·       زمانی که از ترانزیستور به عنوان ملید استفاده میکنیم جریان کم base جریان بسیار بزرگتر collector را کنترل میکند.

·       زمانی که ترانزیستور ها را برای بکار انداختن بار های القایی مانند رله و سلف(solenoid) استفاده میکنیم باید از یک دیود flywheel استفاده کنیم.

·       زمانی که به کنترل جریان و ولتاژهای بالا نیازمند باشیم از ساختار دارلینگتون استفاده میکنیم.

در درس بعدی درباره ترانزیستورها به کارکرد اثر ناحیه پیوند در ترانزیستورها که عموما به نام JEFT شناخته میشوند میپردازیم.همچنین منحنی های ویژگی های خروجی را رسم میکنیم که معمولا به مدار های تقویت کننده JEFT به عنوان تابع منبع ولتاژ به ورودی ولتاژ هستند.