การใช้ Bipolar Transistor เป็นสวิทซ์เปิด-ปิดวงจร
Posted: Sun 18 May 2014 12:52 pm
ขณะที่ทรานซิสเตอร์ถูกใช้งานอย่างแพร่หลายในหลายๆด้าน แต่สำหรับมือสมัครเล่นมักจะใช้งานเป็นสวิทซ์ปิดเปิดวงจร ถึงแม้ทรานซิสเตอร์จะมีข้อจำกัดหลายๆอย่าง แต่ทรานซิสเตอร์ก็มีราคาถูกและมีความเสถียรกว่าพวกรีเลย์ทั่วไป
เรานิยมใช้ทรานซิสเตอร์ชนิด PNP ในการทำเป็นสวิทซ์ และให้โหลดอยู่ทางด้านไฟลบ เมื่อต้องการให้ทรานซิสเตอร์ทำงานก็ต่อ R1 เข้ากับไฟลบ ถ้าต้องการให้ทรานซิสเตอร์หยุดทำงานก็ปลด R1 ออกจากไฟลบ มีเคล็ดลับง่ายๆคือ เราต้องคำนวนให้ทรานซิสเตอร์ทำงาน (saturated) ด้วยการป้อนกระแสที่เหมาะสมให้ไหลผ่านทางขาเบส (ฺB)
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
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
เรานิยมใช้ทรานซิสเตอร์ชนิด PNP ในการทำเป็นสวิทซ์ และให้โหลดอยู่ทางด้านไฟลบ เมื่อต้องการให้ทรานซิสเตอร์ทำงานก็ต่อ R1 เข้ากับไฟลบ ถ้าต้องการให้ทรานซิสเตอร์หยุดทำงานก็ปลด R1 ออกจากไฟลบ มีเคล็ดลับง่ายๆคือ เราต้องคำนวนให้ทรานซิสเตอร์ทำงาน (saturated) ด้วยการป้อนกระแสที่เหมาะสมให้ไหลผ่านทางขาเบส (ฺB)
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
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