Використовуючи транзистор як перемикач, чому навантаження завжди на колектор

У контрольних схемах я вважаю, що коли BJT використовується як перемикач, коли він буде використовуватися в режимі насичення, навантаження завжди на колекторі. Для NPN випромінювач підключений до землі, для PNP емітер підключений до джерела живлення так:

1. Чому навантаження завжди на колекторі, а не навпаки?
2. Оскільки транзистор діє лише як комутатор, чи можна також використовувати FET замість BJT?
3. якщо людина використовує BJT для мультиплексування декількох 7-сегментних дисплеїв, струм усіх 7 сегментів проходить через транзистор. Отже, якщо використовувати дискретний транзистор на 7-сегментну одиницю в режимі насичення, чи призведуть різні значення посилення струму різних транзисторів до різниці яскравості 7-сегментних дисплеїв?

Використовувати заземлений випромінювач не обов’язково, але розглянути альтернативу

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Транзистор, що використовується як перемикач (при насиченні), як правило, має напругу колектор-випромінювач близько 0,2 вольт. Оскільки напруга базового випромінювача становитиме приблизно 0,7 вольт, V повинна бути не менше ніж на 0,5 вольт вище Vcc, плюс будь-яка напруга, необхідна для R2, ​​щоб отримати базовий струм до потрібного рівня. І цей базовий струм буде значним. Незалежно від "звичайного" коефіцієнта посилення, транзистор NPN при насиченні буде демонструвати набагато менший коефіцієнт посилення, при цьому типовим правилом є коефіцієнт підсилення 10, щоб забезпечити низький Vce. Отже схема, як показано, не може бути використана без другого, більш високого джерела живлення, що не є тим, що ви б назвали зручним.

Це, у свою чергу, відповідає на ваше третє запитання. Оскільки транзистор буде (за нормальними лінійними мірками) сильно перевищений, коливання коефіцієнтів посилення серед транзисторів, як правило, не матимуть явного ефекту. У наведеній схемі 50% підвищення напруги призведе до збільшення напруги транзистора з 0,2 вольт до 0,3 вольта, що знизить напругу навантаження з 4,8 до 4,7 вольт, а для дисплеїв та світлодіодів і таке це буде непомітно.

Щодо питання 2, відповідь, безумовно, так. Багато в чому FET та MOSFET легше керувати, оскільки їм потрібно дуже мало струму на затворі (за винятком під час переходів). Насправді CMOS є домінуючою технологією для мікропроцесорів та графічних мікросхем, з потенційно мільйонами транзисторів на чіп. Ну, насправді процесори високого класу та графічні ІМ-коди сьогодні працюють від 1 до 2 мільярдів транзисторів. Спроба зробити це з BJTs просто неможливо через сучасні вимоги.

Проста причина навантаження на колектор - це те, що він підтримує струм основи незалежно від навантаження. Це набагато простіше надійно утримувати транзистор насиченим.

Якщо навантаження на випромінювач, то базовий струм залежить від навантаження. Якщо навантаження - це світлодіод, то напруга, яку потрібно подати на базу транзистора, щоб досягти необхідного струму, збільшується на напругу вперед світлодіода.

Якщо навантаження - це двигун і воно підключено до випромінювача, то базовий струм залежить від двигуна і буде змінюватися всюди по мірі обертання двигуна.

1. Не завжди. Існують схеми під назвою "послідовник випромінювачів". Вони не підсилюють напругу, але посилюють вхідний струм.

2. Так, для цілей комутації також використовуються FET, n-канал для низькобічного комутатора та p-канал для комутатора високої сторони.

3. Якщо ви переведете BJT в режим насичення, різні коефіцієнти посилення струму не мають значення, якщо ви подаєте достатній базовий струм, щоб утримувати транзистор в насиченні для найменшого посилення.

Якщо ви керуєте 7-сегментним світлодіодним дисплеєм, ви не керуєте струмом, керуючи транзистором. Ви керуєте струмом / яскравістю, використовуючи розрахований резистор, що обмежує струм, та модуляцію ширини імпульсу насичених вимикачів. Такий підхід виключає мінливість транзистора.

Є багато випадків, коли навантаження краще розміщувати в емітері. Наприклад:

^{імітувати цю схему - Схематично створено за допомогою CircuitLab}

Тут мультиплексований набір світлодіодів керується послідовниками випромінювачів для драйверів високої сторони. (з 8-значним 7-сегментним дисплеєм + DP у вас буде 8 високих бічних, 8 низьких бічних та 8 резисторів послідовно з останніми) Не потрібні базові резистори, що економить простір та деталі.

Або тут:

^{моделювати цю схему}

Тут логічний затвор безпосередньо приводить котушку реле 4.5В постійного струму без додаткових компонентів.

Ви не отримуєте посилення напруги за допомогою послідовника випромінювача, але ви отримуєте струм посилення, без інверсії, а іноді саме це потрібно.

Прихильники випромінювачів, як правило, не дозволяють насичувати транзистор (це можливо, керуючи базою з більш високою напругою, ніж колектор, і додаючи базовий резистор, але це не може статися, якщо база рухається від тієї ж напруги або менше, ніж колектор.

Це означає щонайменше 0,6 В падіння через транзистор, що не завжди все так погано, і через те, що транзистор не насичується, він перемикається швидше. Звичайні схеми вимикача можуть виштовхнути транзистор глибоко в насичення, можливо, 1/10 Vce, що мінімізує нагрівання.