كيف يعمل الترانزستور كمفتاح؟ القطع والتشبع في NPN

الخلاصة السريعة

يعمل الترانزستور كمفتاح بالتبديل بين القطع والتشبع؛ ويحتاج نموذج NPN إلى تيار قاعدة مناسب. [1]

• الرموز: B للقاعدة، وC للمجمع، وE للباعث؛ راجع شكل القطعة المحددة لتعيين أرجلها. [2]
• في القطع المثالي التيار صفر؛ وفي التشبع المثالي جهد المجمع والباعث يقارب الصفر. [1]
• يمر تيار القاعدة عبر RB؛ يجب أن يكفي للتشبع. [1]
• في مثالنا 5 فولت و1 كيلو أوم: التيار المثالي 5 ملي أمبير؛ بافتراض هبوط 0.2 فولت يصبح 4.8 ملي أمبير.
• القطعة الفعلية لها تسرب وهبوط جهد؛ قيم ورقة البيانات مرتبطة بشروط اختبارها. [1][2]

القاعدة والمجمع والباعث في الدارة

في ورقة 2N3904 تظهر الأطراف المميزة: الباعث والقاعدة والمجمع؛ يحدد رسم الحزمة ترتيبها. [2]

نقرأ رسمنا من الأعلى: مصدر افتراضي 5 فولت، ثم مقاومة حمل 1 كيلو أوم، ثم المجمع C. يتصل الباعث E بمرجع الصفر. وعلى اليسار تصل إشارة التحكم إلى القاعدة B عبر مقاومة RB. هذه دارة حسابية مقاومية منخفضة الجهد، وليس رسم توصيل إلى كهرباء المنزل.

يميز وضع الحمل فوق الترانزستور موضع المفتاح في هذا المثال: يقع بين الحمل ومرجع الصفر. وRB غير مقاومة الحمل RC؛ الأولى في مسار القاعدة، والثانية في المسار الذي نحسب تياره.

القطع والتشبع والفرق عن المفتاح الميكانيكي

يقابل القطع مفتاحًا مفتوحًا والتشبع مفتاحًا مغلقًا، مع هبوط صغير في التشبع الفعلي. [1]

في القطع المثالي تيار حملنا صفر، فلا يهبط جهد على المقاومة؛ يبقى المجمع عند 5 فولت. وفي التشبع المثالي يقترب من الصفر. [1]

في الرسم، مدخل التحكم هو المسار الذي رسمناه إلى B عبر RB؛ ومسار الحمل يصل من RC إلى C ثم E. يمكن تتبع المسارين بصريًا قبل إدخال أرقام الحساب.

تيار القاعدة ومقاومة التحكم

التشبع مشروط بكفاية تيار القاعدة عبر مقاومتها. [1]

لتحديد RB نحتاج جهد التحكم وتيار الحمل وشروط التشبع؛ لا تكفي معرفة جهد المصدر وحده. [1]

إذا غيرنا حمل المثال، نراجع أيضًا شرط تيار القاعدة. [1]

حساب الحمل والتمييز بين المثالي والفعلي

افترضنا حملًا مقاوميًا فقط: 5 فولت و1000 أوم. في التشبع المثالي حسبنا 5 ÷ 1000 = 0.005 أمبير، أي 5 ملي أمبير. وإذا افترضنا هبوطًا مقداره 0.2 فولت على الترانزستور، يصبح على المقاومة 4.8 فولت؛ ومن ثم 4.8 ÷ 1000 = 0.0048 أمبير، أي 4.8 ملي أمبير.

هذا الحساب يغير فرضًا واحدًا في المسألة: هبوط جهد الترانزستور. لم نستعمل 0.2 فولت كقيمة ثابتة لكل قطعة أو كل تيار، ولم نحسب حملًا فيه محرك أو ملف.

عمليًا يوجد تسرب في القطع وهبوط في التشبع؛ تؤكد ورقة البيانات أن الأداء العددي مرتبط بظروف الاختبار. [1][2]

يضع الرسم القيمتين جنبًا إلى جنب. يعرض الفرض الأول 5 ملي أمبير، والثاني 4.8؛ يمكن مراجعة الفرق باستعمال الأرقام المبينة في المسألة.