Deşi există multe aplicaţii faine pentru componentele pasive, cea mai spectaculoasă parte a electronicii începe abia atunci când ai de-a face cu tranzistoare. Explicaţia este simplă: cu ajutorul tranzistoarelor putem controla curentul electric şi efectele sale practic în toate modurile pe care ţi le poţi imagina. Sună interesant ? Atunci hai să vedem cu ce se mănâncă tranzistorul. Este o componentă electronică a cărei rezistenţă electrică poate fi controlată cu ajutorul unui semnal electric numit semnal de comandă. Cea mai importantă menţiune referitoare la această definiţie este faptul că tranzistorul ne permite să controlăm un curent electric mare cu ajutorul unui cantităţi foarte mici de energie electrică.
Un circuit de ieşire - prin care circulă curentul electric controlat prin intermediul tranzistorului. În figura 1 tranzistorul este simbolizat într-un mod simplificat, valabil doar în acea figură. Fără semnal de comandă în circuitul de intrare, tranzistorul blochează complet trecerea curentului prin circuitul de ieşire. Alfel spus, dacă nu bagi nimic la intrare, nu obţii nici un curent prin circuitul de ieşire. În regiunea activă, de îndată ce creştem puterea semnalului de comandă, tranzistorul se va deschide puţin câte puţin permiţând astfel trecerea curentului electric prin circuitul de ieşire. În acest caz, intensitatea curentului de ieşire este dictată de puterea semnalului de comandă. În regimul saturat, dacă vom creşte în continuare puterea semnalului de comandă, vom observa că la un moment dat valoarea curentului din circuitul de ieşire nu mai creşte.
Pentru a înţelege structura: din punct de vedere fizic, tranzistorul bipolar este format din două joncţiuni PN, dispuse spate în spate, aşa cum se observă în figura 2. Denumirea de bipolar vine de la faptul că este compus din două tipuri de materiale semiconductoare, care pot forma un tranzistor NPN sau PNP. În figura 2, fiecare din cele 3 materiale semiconductoare care compun un tranzistor bipolar au denumiri specifice: Bază (B), Emitor (E) şi Colector (C). Colectorul (C) este fabricat dintr-un semiconductor de tip N, dar dopat în mod diferit; baza (B) este fabricată dintr-un semiconductor de tip P sub forma unei foiţe subţiri. În figura 3, dacă observăm sensul curentului în circuitul de ieşire, vom nota cum baza este polarizată direct, trecerea electronilor liberi din emitor în baza permite formarea curentului de bază (IB). Sursele de reacţie demonstrează, dar şi condiţii despre cum electronii trec către borna + a sursei, formând curentul IB.
Electronii din bază sunt în mod natural în surplus, iar colectorul, legat la borna + a sursei din circuitul de ieşire, atrage o parte din electronii liberi din bază în colector; electronii atraşi formează curentul de colector (IC). Practic, componentele tranzistorului bipolar sunt optimizate pentru ca majoritatea electronilor din emitor să ajungă prin bază în colector. Cu alte cuvinte, curentul de colector este mult mai mare decât curentul de bază. Raportul dintre IC şi IB poartă denumirea de factor β (beta), adică factor de amplificare al tranzistorului.
Având în vedere că în general în circuitul de ieşire se aplică o tensiune mai mare decât în circuitul de intrare (tensiunea de pe colector este, de regulă, mai mare decât cea de pe bază), apare întrebarea: pentru joncţiunea B-C, cum de curentul trece, dacă polarizarea pare inversă? Specialiştii explică acest lucru prin faptul că emitorul este mult mai puternic dopat decât colectorul, dar şi prin faptul că baza are o grosime foarte mică. În toate aceste prezentări, circuitul de comandă poate fi aplicat foarte bine şi pe joncţiunea B-C (poţi inversa colectorul cu emitorul).
Tranzistorul PNP, astfel cum ilustrează figura 2, are baza fabricată dintr-un semiconductor de tip N aşezată între emitor şi colector fabricaţi din semiconductoare de tip P; prin urmare, IB, IC şi IE circulă în sens invers faţă de tranzistorul NPN. Când joncţiunile PN sunt polarizate direct, tensiunea de pe joncţiunea B-E nu poate fi ridicată prea mult peste tensiunea de deschidere, singurul lucru care poate fi crescut fiind intensitatea curentului IB.
Tranzistor cu efect de câmp - TEC (Field Effect Transistor, FET) reprezintă orice tranzistor în care controlul curentului în circuitul de ieşire se realizează prin modificarea unui câmp electric, nu a unui curent de comandă. Tranzistorul cu efect de câmp cu poartă joncţiune (JFET) este format prin crearea unor joncţiuni PN pe un bloc de material semiconductor, iar terminalele sunt poartă, sursă şi drenă. Poarta, la fel ca baza, introduce semnalul de comandă şi controlează numărul purtătorilor de sarcină între sursă şi drenă. În funcţie de tipul semiconductorului, JFET-ul poate fi cu canal P sau cu canal N. Canalul reprezintă spaţiul dintre componentele PN prin care trece curentul.
Când JFET-ul este polarizat corespunzător, rezistenţa dintre sursă şi drenă creşte, iar canalele PN sunt legate la borna - a sursei de intrare. Polarizarea inversă a joncţiunilor PN măreşte bariera de potenţial, îngustând canalul şi diminuând curentul. Astfel, curentul între sursă şi drenă poate circula în ambele sensuri, iar JFET-ul poate fi folosit ca o rezistenţă variabilă prin tensiune. MOS-FET-ul, în Fig. 7, arată cum poarta este conectată la borna + a sursei, iar electronii liberi sunt atrasi către poarta, formând o peliculă de electroni pe izolator. Drena şi sursa MOS-FET-ului sunt simulate, iar modul de comutare în tensiune este similar cu JFET.
La fel ca JFET-ul, MOS-FET-ul nu consumă curent din circuitul de intrare, deci este un tranzistor de control în tensiune. Există şi alte tipuri de tranzistoare, însă corele dintre bipolar, JFET şi MOS-FET rămân cele mai importante în electronică. Fizica funcţionării acestora este complexă şi tratată în numeroase lucrări de specialitate. În această prezentare, scopul este să ofere o ilustraţie teoretică a principiilor de funcţionare, cu aspecte clare despre modul în care funcţionează distribuirea sarcinilor în diferite configuraţii ale tranzistorilor.
Posiţia motorului depinde de tensiunea furnizată prin intermediul unui modul invertor. Elementele electronice de comutare EC diferă de un convertizor de frecvenţă prin faptul că ele decid cum sunt alimentate fazele motorului din stator în funcţie de poziţie şi direcţie de rotaţie. Magnetii permanenţi din rotor generează un câmp magnetic necesar pentru producerea de sarcină maximă. O combinaţie de eficienţă ridicată, zgomot redus şi control continuu al vitezei motorului este posibilă.
Tipuri de tranzistoare: repere pentru înţelegere
Tranzistorul bipolar are două joncţiuni PN şi poate fi NPN sau PNP, având curenţii IB, IC şi IE în funcţie de configuraţie. JFET-ul foloseşte joncţiuni PN pentru a controla curentul între sursă şi drenă prin tensiune aplicată la poartă, fără consum de curent în poartă. MOS-FET-ul extinde această ideea prin izolarea porţii, ceea ce reduce consumul de curent de comandă şi permite controlarea cu tensiune, nu cu curent. Fiecare tip oferă avantaje în funcţie de aplicaţie: viteza, pierderile de putere, intensitatea semnalului şi compatibilitatea cu alte circuite.
pentru o conexiune sarcină distribuită, este important să înţelegem cum curentul de bază se poate converti în curent de colector în tranzistorul bipolar, sau cum canalul JFET/MOS-FET reglează curentul între sursă şi drenă fără a necesita un curent de comandă semnificativ. Aceste principii stau la baza proiectării circuitelor de comutare, amplificare şi control în electrică de distribuţie, motoare, circuite de alimentare şi multe alte aplicaţii contemporane.
- Tranzistor bipolar (NPN/PNP) - control prin curent de comandă IB; curent de colector IC > IB; β mare în regim normal.
- JFET - control prin tensiune pe poartă; curent între S şi D reglabile prin polarizare inversă; consum de curent în poartă aproape zero.
- MOS-FET - control prin tensiune, izolare superbă a porţii; variante n-channel şi p-channel; utilizări extinse în circuite de comutare rapide.
În practică, conceptele de distribuire a sarcinilor, regimuri de operare (blocare, activ, saturare) și principiile de amplificare sunt aplicabile în proiectarea oricărui sistem electronic ce implică comanda și conversia energiei electrice.
Meta descriere
Cuvinte cheie
tags: #conexiune #sarcina #distribuita