Transistor come operazione di commutazione

Un’applicazione comune per il dispositivo semiconduttore a tre strati e tre terminali noto come transistor è l’amplificazione e la commutazione del segnale. I transistor, uno dei componenti elettronici più importanti, hanno una vasta gamma di usi, inclusi sistemi integrati, circuiti digitali e sistemi di controllo.

I transistor sono ampiamente utilizzati in una varietà di applicazioni, inclusi circuiti di commutazione, circuiti amplificatori, circuiti di alimentazione, circuiti logici digitali, regolatori di tensione, circuiti oscillatori e altri, pertanto possono essere trovati sia nel mondo digitale che in quello analogico.

I modi in cui funzionano i transistor

I transistor hanno tre modalità operative principali: zone di interruzione, attive e di saturazione. Queste modalità variano a seconda delle condizioni di polarizzazione, come avanti o indietro.

Modalità dinamica

Il transistor è tipicamente impiegato come amplificatore di corrente in questa modalità. La giunzione emettitore-base è polarizzata direttamente mentre la giunzione collettore-base è polarizzata inversamente quando le due giunzioni operano in modalità attiva. La corrente scorre tra l’emettitore e il collettore in questa modalità e la quantità di flusso è proporzionale alla corrente di base.

Modalità ridotta

Sia la giunzione base dell’emettitore che la giunzione base del collettore sono polarizzate inversamente in questa modalità. Le piccole correnti di dispersione sono le uniche correnti che fluiscono poiché entrambe le giunzioni PN sono polarizzate inversamente. In questa modalità, BJT è effettivamente un circuito aperto perché è spento.

Modalità di saturazione

Entrambe le giunzioni emettitore-base e collettore-base sono polarizzate in avanti in questa modalità di funzionamento. Dalla raccolta all’emettitore, c’è essenzialmente poca resistenza al libero flusso di corrente. Il transistor è effettivamente un circuito stretto in questa modalità perché è completamente acceso.

Commutazione tramite transistor

Per aprire o chiudere un circuito, un transistor può essere utilizzato nelle operazioni di commutazione. Rispetto ai relè tradizionali, questo tipo di commutazione allo stato solido offre un’affidabilità notevolmente superiore e costi ridotti.

Transistor di entrambi i tipi, NPN e PNP, possono essere impiegati come interruttori. Quando un transistor di potenza viene utilizzato come dispositivo di commutazione in un’applicazione, potrebbe essere necessario pilotare il transistor ad alta potenza con un altro transistor a livello di segnale.

Commutazione con transistor NPN

Le operazioni di commutazione vengono eseguite in base alla tensione applicata al terminale di base di un transistor. La tensione dal collettore all’emettitore è circa uguale a zero quando viene posta una tensione sufficiente tra la base e l’emettitore. Il transistor funziona quindi come un cortocircuito. Il transistor riceve corrente dal collettore, VCC/RC.

Analogamente a questo, un transistor funziona nella zona di interruzione e si comporta come un circuito aperto quando all’ingresso non viene applicata tensione o tensione nulla. In questo tipo di connessione di commutazione, l’uscita di commutazione è collegata al carico (in questo caso un LED) tramite un punto di riferimento. Di conseguenza, quando il transistor è acceso, la corrente fluirà attraverso il carico e dalla sorgente a terra.

Interruttore con transistor PNP

I transistor PNP funzionano in modo simile ai transistor NPN in termini di commutazione, ma la corrente fluisce dalla base. Le configurazioni con messa a terra negativa utilizzano questo tipo di commutazione. Il terminale di base di un transistor PNP è sempre polarizzato negativamente rispetto all’emettitore.

Quando la tensione di base è più negativa durante questa commutazione, scorre la corrente di base. Detto semplicemente, una bassa tensione o una tensione negativa maggiore provoca un cortocircuito nel transistor; in caso contrario, risulta un circuito aperto.

Questa connessione utilizza un punto di riferimento per collegare il carico all’uscita di commutazione del transistor. La corrente viaggia dalla sorgente attraverso il transistor al carico e infine a terra quando il transistor è acceso.

Esempi di transistor utilizzati nelle applicazioni di commutazione

Transistor per commutazione LED

Il transistor può essere utilizzato come interruttore, come accennato in precedenza. Il diodo a emissione luminosa viene commutato mediante un transistor, come mostrato nel disegno sottostante (LED).

  • Il transistor è nello stato di interruzione quando l’interruttore al terminale di base è aperto perché non passa corrente attraverso la base. Il LED si spegne perché il transistor agisce come un circuito aperto.
  • Quando l’interruttore è chiuso, la corrente di base inizia a fluire attraverso il transistor, raggiungendo infine la saturazione e accendendo il LED.
  • Per controllare la corrente che scorre attraverso la base e il LED, vengono posizionati dei resistori. Regolando la resistenza nel percorso della corrente di base, è possibile modificare anche l’intensità del LED.

Transistor per controllo relè

  • Un transistor può anche essere utilizzato per controllare il funzionamento del relè. Utilizzando una configurazione circuitale compatta a transistor, è possibile attivare la bobina del relè, controllando il carico esterno ad essa collegato.

Per capire come un transistor alimenta la bobina del relè, considera il circuito mostrato di seguito. Il transistor viene portato in saturazione dall’ingresso applicato alla base, il che provoca un ulteriore cortocircuito del circuito. Di conseguenza, i contatti del relè vengono accesi e la bobina del relè viene alimentata.

Un potenziale elevato può rimanere attraverso la bobina nei carichi induttivi, in particolare quando i motori e gli induttori vengono commutati. Il circuito di riposo può subire danni significativi a causa di questa alta tensione. Per proteggere il circuito dalle tensioni indotte del carico induttivo, dobbiamo quindi utilizzare un diodo in parallelo al carico induttivo.

Transistor per guidare il motore

  • Commutando il transistor a intervalli di tempo regolari, come mostrato nell’immagine sottostante, è possibile utilizzare un transistor anche per pilotare e regolare la velocità di un motore CC in un’unica direzione.
  • Poiché il motore DC è anche un carico induttivo, come già indicato, dobbiamo collegare un diodo a ruota libera attraverso di esso per salvaguardare il circuito.
  • Possiamo accendere e spegnere ripetutamente il motore commutando il transistor nelle aree di interruzione e saturazione.
  • Commutando il transistor a diverse frequenze, è anche possibile controllare la velocità del motore, da zero al massimo. Da un dispositivo di controllo o IC, come un microcontrollore, possiamo ottenere la frequenza di commutazione.

Capisci come un transistor può essere utilizzato come interruttore? Ci auguriamo che le informazioni fornite, insieme alle immagini e agli esempi pertinenti, aiutino a chiarire il concetto completo di commutazione dei transistor. Inoltre, puoi scrivere qui sotto se hai domande, commenti o consigli.