การใช้ Bipolar Transistor เป็นสวิทซ์เปิด-ปิดวงจร

Post Reply
tong
Site Admin
Posts: 2381
Joined: Fri 01 May 2009 8:55 pm

การใช้ Bipolar Transistor เป็นสวิทซ์เปิด-ปิดวงจร

Post by tong »

ขณะที่ทรานซิสเตอร์ถูกใช้งานอย่างแพร่หลายในหลายๆด้าน แต่สำหรับมือสมัครเล่นมักจะใช้งานเป็นสวิทซ์ปิดเปิดวงจร ถึงแม้ทรานซิสเตอร์จะมีข้อจำกัดหลายๆอย่าง แต่ทรานซิสเตอร์ก็มีราคาถูกและมีความเสถียรกว่าพวกรีเลย์ทั่วไป

เรานิยมใช้ทรานซิสเตอร์ชนิด PNP ในการทำเป็นสวิทซ์ และให้โหลดอยู่ทางด้านไฟลบ เมื่อต้องการให้ทรานซิสเตอร์ทำงานก็ต่อ R1 เข้ากับไฟลบ ถ้าต้องการให้ทรานซิสเตอร์หยุดทำงานก็ปลด R1 ออกจากไฟลบ มีเคล็ดลับง่ายๆคือ เราต้องคำนวนให้ทรานซิสเตอร์ทำงาน (saturated) ด้วยการป้อนกระแสที่เหมาะสมให้ไหลผ่านทางขาเบส (ฺB)
Switch_PNP.png เลือกทรานซิสเตอร์จากกระแสโหลดสูงสุด

สมมุติเราต้องการใช้โหลดจำนวน 100mA เราจะเลือกทรานซิสเตอร์เบอร์ 2N3906
- รองรับกระแสโหลดที่ขาคอลเล็คเตอร์ (IC) สูงสุด 200mA
- อัตราขยาย (hFE min) ต่ำสุดของทรานซิสเตอร์ที่โหลด 100mA เท่ากับ 30
- โวลท์เตจตกคร่อมระหว่างขาเบสและอิมิตเตอร์ (VBE(sat)) ที่โหลด 100mA ประมาณ 0.7V
- โวลท์เตจตกคร่อมระหว่างขาคอลเล็คเตอร์และอิมิตเตอร์ (VCE(sat)) ที่โหลด 100mA ประมาณ 0.4V
- อัตราทนกำลัง (PD) สูงสุด 250mW
2N3906-D-1.png 2N3906-D-2.png 2N3906-D-6.png คำนวนกระแสเบส (IB)

คำนวนจำนวนกระแสที่ต้องไหลผ่านขาเบส (IB) ให้เหมาะสมได้ดังนี้
= IC / hFE min
= 100mA / 30
= 3.3mA

แต่ในทางปฎิบัติเราต้องเผื่อไว้อีก 30% เพื่อให้ทรานซิสเตอร์ทำงานได้อย่างถูกต้อง ดังนั้นเราจะกำหนดให้ IB = 4.3mA

คำนวนตัวต้านทาน R1

สมมุติให้แหล่งจ่ายไฟเท่ากับ 12V เราสามารถคำนวน R1 เพื่อจำกัดกระแส IB ได้ดังนี้
= ( VCC - VBE(sat) ) / IB
= ( 12V - 0.7V ) / 0.0043A
= 2628Ω

ให้เลือกใช้ตัวต้านทานค่าใกล้เคียงที่ต่ำกว่า จะส่งผลดีต่อกรณีแบตอ่อนด้วย สำหรับตัวต้านทาน 5% (E24) เลือกใช้ค่า 2.4kΩ เมื่อคำนวนย้อนกลับจะได้ IB = 4.7mA และที่โหลด 100mA จะได้ VCE(sat) ประมาณ 0.4V

คำนวนตัวต้านทาน R2

R2 สามารถใส่เพิ่มได้เพื่อความเสถียรในการ cut-off อย่างสมบูรณ์ โดยปกติจะใช้ค่าเป็น 10 เท่าของ R1

คำนวนกำลังงานสูญเสีย (PD)

เมื่อทรานซิสเตอร์ทำงาน (saturated) จะมี voltage drop ระหว่างขาคอลเล็คเตอร์ (C) และอิมิตเตอร์ (E) สำหรับ 2N3906 จะมี VCE(sat) ประมาณ 0.4V ดังนั้นเราจะคำนวนกำลังงานสูญเสีย (PD)ได้ดังนี้
= VCE(sat) x IC
= 0.4V x 0.1A
= 0.040W
= 40mW
tong
Site Admin
Posts: 2381
Joined: Fri 01 May 2009 8:55 pm

Re: การใช้ Bipolar Transistor เป็นสวิทซ์เปิด-ปิดวงจร

Post by tong »

เมื่อโหลดอยู่ทางด้านไฟบวก ให้ใช้ทรานซิสเตอร์ชนิด NPN แทน โดยมีการคำนวนเหมือนกัน เมื่อต้องการให้ทรานซิสเตอร์ทำงานก็ต่อ R1 เข้ากับไฟบวก ถ้าต้องการให้ทรานซิสเตอร์หยุดทำงานก็ปลด R1 ออกจากไฟบวก

ข้อดีของทรานซิสเตอร์ชนิด NPN คือจะมี VCE(sat) ที่ต่ำกว่าเล็กน้อย ทำให้ voltage drop น้อยกว่า มีความร้อนน้อยกว่าเล็กน้อย เหมาะสำหรับวงจรที่ใช้ไฟเลี้ยงต่ำมากๆ
Switch_NPN.png
tong
Site Admin
Posts: 2381
Joined: Fri 01 May 2009 8:55 pm

Re: การใช้ Bipolar Transistor เป็นสวิทซ์เปิด-ปิดวงจร

Post by tong »

ทำไมไม่ใช้ไดโอดแทน?

ถึงแม้ว่าไดโอดแบบชอทท์กี้ (Schottky Diode) จะมีโวลท์เตจตกคร่อมน้อยที่สุด แต่ก็ยังมี VF เกิน 300-400mV และมี IR สูงประมาณ 0.5-1mA จึงเหมาะสำหรับวงจรที่มีไฟเลี้ยงมากพอ ไม่เหมาะกับวงจรที่มีแรงดันต่ำ
tong
Site Admin
Posts: 2381
Joined: Fri 01 May 2009 8:55 pm

Re: การใช้ Bipolar Transistor เป็นสวิทซ์เปิด-ปิดวงจร

Post by tong »

Low VCE(sat) Transistors

ทรานซิสเตอร์แบบที่มีประสิทธิภาพสูงและสูญเสียพลังงานน้อยที่สุด เราจะเรียกทรานซิสเตอร์แบบนี้ว่า Low VCE(sat) ซึ่งบริษัท NXP ได้ผลิตทรานซิสเตอร์ชนิด Breakthrough In Small Signal (BISS) เป็นรุ่นที่ 3 แล้วและมีประสิทธิภาพสูงมาก เราจึงขอแนะนำให้ใช้ทรานซิสเตอร์จากบริษัทนี้ อีกทั้งยังมีเอกสารแนะนำอย่างครบถ้วน

ข้อสังเกต

1. ทรานซิสเตอร์ชนิด NPN จะมี VCE(sat) ที่ต่ำกว่าทรานซิสเตอร์ชนิด PNP เมื่อเทียบกับสเป็คเดียวกัน
2. ทรานซิสเตอร์ที่มีอัตราทนกำลังสูงกว่า (IC) จะมี VCE(sat) ที่ต่ำกว่า

สำหรับมือสมัครเล่นให้เลือก SOT223 package type (6.5x3.5x1.65มม) เพราะจะมีขนาดใหญ่สุด บัดกรีง่าย
tong
Site Admin
Posts: 2381
Joined: Fri 01 May 2009 8:55 pm

Re: การใช้ Bipolar Transistor เป็นสวิทซ์เปิด-ปิดวงจร

Post by tong »

จากตารางเปรียบเทียบ จะเห็นว่าทรานซิสเตอร์เบอร์ PBSS4021PZ และ PBSS4021NZ เป็นตัวเลือกที่ดีที่สุดและเป็นรุ่นที่ออกใหม่ล่าสุด
75017500-33.png 75017500-34.png
Post Reply