SM Serien Strömförsörjning. Transistorn

Transkript

1 Transistorn Transistorn är en av de viktigaste uppfinningar som gjorts under modern tid. Utan denna skulle varken rymdfärder eller PC-datorer vara möjliga. Transistorn ingår som komponent i Integrerade kretsar där den i en enda IC-krets kan finnas i tal. Transistorn kan delas upp i två huvudtyper, strömstyrda och spänningsstyrda. Bipolartransistorn är strömstyrd medan Fälteffekttransistorn är spänningsstyrd. Vi kommer i denna grundläggande elektronikkurs att koncentrera oss på den strömstyrda eller som den kallas bipolartransistorn. Bipolartransistorn fungerar så att man med en liten ström kan styra en större. Man brukar säga att transistorn är en förstärkare. Man kan nämligen få en kopia av insignalen fast förstärkt SM Gruppen 31

2 Strömförsörjning Transistorns funktion Man skiljer mellan NPN och PNP transistorer efter hur de har sina halvledande skikt ordnade. Till det mellersta skiktet, basen ansluts den lilla ström som skall förstärkas. De båda yttre skikten har fått namnen Emitter, avgivare respektive Kollektor, mottagare. PNP NPN Det hela går till så att transistorn yttre skikt ansluts till en spänningskälla. Om spänningen har rätt polaritet vill elektronerna vandra mellan spänningskällans poler men hindras av det tunna mittenskiktet, basen. Om man nu låter det gå en liten ström mellan bas och emitter öppnar denna upp mittenskiktet så att en mycket större ström kan passera mellan de yttre skikten kollektor och emitter. Signalen har blivit förstärkt. Transistorns förmåga att förstärka ström kallas strömförstärkningsfaktor och betecknas med B eller hfe. Kallar vi basströmmen för Ib och kollektorströmmen för Ic gäller följande samband. Ic = hfe * Ib För att transistorn skall kunna styras via basen måste spänningen på detta ben övervinna bas-emitter diodens framspänningsfall, 0,5-0,7 V. Spänningen mellan kollektor och emitter bör vara flera gånger högre än bas emitterspänningen för att få en tillförlitlig funktion. 32

3 Transistorns tre skikt kan jämföras med två motriktade dioder som delar på det mittersta skiktet. Olika typer och användningsområden Transistorn kan arbeta som strömbrytare, switch eller som analog förstärkare. Strömbrytarfunktionen får man genom att till basen lägga spänningar som för stängd transistor är under 0,5 V och för en helt öppen är mer än 0,7 V. En analog förstärkare skall kunna ge en förstärkt kopia av alla nivåer, inte bara till och från utan även alla lägen mellan dessa ytterligheter. Transistor som skall förstärka analoga signaler kommer därför att jobba med en basspänning som varierar inom 0,5 och 0,7 V. Olika transistortyper Transistorer grupperas efter deras användningsområde. Småsignaltransistorn är den mest använda. Den finns i en mängd olika fabrikat med varierande data. Transistorer i denna gruppering klarar kollektorströmmar under 1 A, har en förstärkningsfaktor som varierar mellan 100 och 500 ggr och den klarar att jobba med frekvenser upp till ett par hundra Mhz. Dess yttre form brukar vara en kapsling som heter TO 92 men det finns även andra kapslingar TO 18, TO 39 etc. Effekttransistorn kan hantera större strömmar och effekter. De kan klara kollektorströmmar upp till 50 A, men dess förmåga att förstärka överstiger sällan 100 ggr. Inte heller frekvensgången är lika hög som hos småsignaltransistorerna. För att klara höga effekter behöver dessa transistorer någon form av kylning. Dessa transistorers kapsling är därför utformade så att montering av kylfläns är möjlig SM Gruppen 33

4 Strömförsörjning Högfrekvenstransistorn är gjord för att kunna hantera höga frekvenser i t.ex radiosändare. Högfrekvenstransistorer, HF, klarar att behandla frekvenser upp till flera tusen MHz. Symboler 34

5 Seriereglering med transistor För att ett nätaggregats utspänning skall vara konstant måste det förses med någon form av spänningsstabilisering. En zenerdiod kan användas för detta ändamål men vid högre effekter blir det nödvändigt att komplettera denna så att den bara behöver arbeta med en del av strömmen. Lösningen blir att låta en transistor, som klarar de strömmar och effekter nätaggregatet skall arbeta med, sköta det egentliga reglerandet. Zenerdioden får det nu betydligt enklare med att se till att den spänningsstabiliserande serietransistorn får rätt basspänning SM Gruppen 35

6 Strömförsörjning Seriereglering Den reglerade utspänningen bestäms av zenerdiodens zenerspänning, Uz minus framspänningsfallet över transistorns bas-emitterdiod. Exempel : Uin = 18 V Uz = 10 V, U BE = 0,7 Uut = Uz - UBE Uut = 10-0,7 Uut = 9,3 V Vad händer om belastningen ökar och spänningen,uut tenderar att minska? Jo, då ökar skillnaden på spänningen mellan bas och emitter. Basspänningen är ju konstant medan emitterspänningen sjunker. Enligt vad vi lärt oss tidigare om transistorn öppnar denna mer om basemitterspänningen ökar. Spänningsfallet över transistorn minskar då och vi får upp spänningsaggregatets utspänning, Uut igen. Vad sker då om belastningen minskar eller rent av kopplas bort från spänningsaggregatet? Det omvända. Spänningen U BE minskar. Detta stänger transistorn och spänningsfallet över denna ökar. Spänningen ut stabiliseras. Mätövning serietransistor - emitterföljare För att kunna ta ut mer ström utan att spänningen UT varierar, kan vi utnyttja transistorns förmåga att styra stora strömmar med små strömmar. Om vi håller basen på en serietransistor på en fast nivå med hjälp av en zenerdiod och en resistor kan vi låta belastningsströmmens väg gå via serietransistorn. Utöka föregående koppling med en seriekopplad transistor (emitterföljare) för att utöka området för fast spänning vid ökad belastning. 36

7 Rs = 680 Ohm Dz = 1N5231B, BZX85C5V1 T1 = BC550 Belasta som tidigare och för in mätvärden i tabellen på sidan 40 under UT reglerad med zenerdiod + transistor. Belastningsströmmen passerar genom T1. Genom Rs passerar endast basströmmen till T1 samt strömmen genom Dz. Om vårt tidigare resonemang stämmer borde spänningen Ut hålla sig konstant vid högre strömmuttag än tidigare. (Större belastning = mindre motstånd) Enda skillnaden mot tidigare är att vi "tappar" en del spänning över bas - emitterdioden SM Gruppen 37