טרנזיסטור כמתג – אלקטורניקה תקבילית וספרתית

הקדמה

הטרנזיסטור הוא אחד הרכיבים האלקטרוניים החשובים והנפוצים ביותר במעגלים אלקטרוניים. ישנם שני שימושים עיקריים לטרנזיסטור: כמגבר וכמתג.

בפוסט זה נתמקד בשימוש בטרנזיסטור כמתג אלקטרוני המאפשר לנו שליטה על זרימת הזרם במעגל חשמלי. הטרנזיסטור כמתג מאפשר לנו לשלוט באופן אקטיבי על הפעלה וכיבוי של רכיבים שונים במעגל כמו נורות, מנועים וממסרים.

נכיר את מבנה הטרנזיסטור ואת עקרון הפעולה שלו כ”שלט רחוק” המאפשר לזרם קטן יחסית לשלוט במעבר של זרם חזק בהרבה. באמצעות זרם קטן המוזרם לבסיס של הטרנזיסטור, אנו יכולים לגרום להפעלה או כיבוי של מעגל חשמלי שלם.

נבין כיצד משתמשים בטרנזיסטור ביישומים מעשיים רבים בחיי היום יום כדי לשלוט על הפעלה וכיבוי של מעגלים אלקטרוניים.

הטרנזיסטור כמתג הוא לב ליבו של העידן האלקטרוני שאנו חיים בו.

מושגים בסיסים בטרנזיסטור כמתג 

לטרנזיסטור שלוש רגליים:
1. בסיס (Base).
2. אמיטר (Emitter).
3. קולקטור (Collector).

☸ IC – זרם בקולקטור (C).
☸ IB – זרם בבסיס (B).
☸ IE – הזרם באמיטר (E) תמיד יהיה חץ שמורה כלפי מטה.
☸ β = hfe – מקדם הגבר הזרם.
☸ Vbe – מתח בין בסיס B לאמיטרE
☸ Vce – מתח בין קולקטור C לאמיטרE
☸ Vce(SAT) – מתח בין קולקטור C לאמיטר E כאשר הטרנזיסטור ברוויה.

עיקרון הפעולה של טרנזיסטור כמתג

כאשר מעבירים זרם חשמלי קטן לבסיס של הטרנזיסטור, הדבר גורם למעבר זרם חזק יותר בין האמיטר לקולט.
כלומר, ניתן לשלוט על מעגל חשמלי בעוצמה גבוהה באמצעות זרם נמוך בהרבה בבסיס – ולכן הטרנזיסטור פועל כמתג.

שימושים של טרנזיסטור כמתג 

☸ בקרה על מצבים שונים במעגלים אלקטרוניים – למשל הפעלה וכיבוי של מנועים חשמליים.
☸ הגברת אותות חלשים באמצעות שליטה על זרם חזק יותר.

הבדל בין טרנזיסטור כמגבר לטרנזיסטור כמתג

☸ במצב מגבר, הטרנזיסטור משמש להגברת אותות חלשים באמצעות הגברת הזרם.
☸ במצב מתג, הטרנזיסטור משמש בעיקר לבקרה – הוא מופעל ונסגר כדי להפעיל או לכבות רכיבים שונים במעגל.
☸ כלומר במצב מגבר הדגש הוא על הגברת האות, ובמצב מתג הדגש הוא על בקרה.

רגל הבסיס (B) –

רגל זה קובעת האם הטרנזיסטור:
☸ בקיטעון (לא עובד) – נורת הלד כבויה.
☸ ברוויה הולכה בין קולקטור (C) לאמיטר (E) – נורת הלד דלוקה.

במידה מתח הכניסה Vi שווה ל0v
 iB = 0A הטרנזיסטור נמצא בקיטעון ולכן Vo = 5v. 

במידה ומתח הכניסה Vi שווה ל5v 
iB > iC *β הטרנזיסטור נמצא ברוויה ולכן Vo = Vce(SAT).  

חוגים בטרנזיסטור כמתג  – נוסחאות דרך הנגדים

חוג דרך הנגד RC

חוג דרך הנגד RB 

הוכחה שהטרנזיסטור נמצא ברוויה

במידה ומבקשים מאיתנו להוכיח שהטרנזיסטור נמצא ברוויה חייב להתקיים התנאי:

ולכן אנו צריכים למצוא את הזרם IC כאשר הטרנזיסטור ברוויה VCE(SAT) ולאחר מכן למצוא את הזרם IB ולהכפיל אותו ב β.
☸ במידה והתנאי מתקיים הטרנזיסטור ברוויה.
☸ במידה ולא הטרנזיסטור בקיטעון.

תפקידו של הנגד RC 

כאשר מחברים נורת LED למעגל עם טרנזיסטור, יש צורך להגן עליה מפני זרם גבוה מדי שעלול לשרוף אותה, לשם כך מחברים נגד (R) הנגד מוגבל את עוצמת הזרם שזורם דרך נורת ה-LED ומונע ממנה להישרף.

סיכום

הטרנזיסטור כמתג הוא אחד המרכיבים החשובים ביותר באלקטרוניקה המודרנית. הוא משמש בכל מכשיר אלקטרוני לצורך בקרה על מעגלי זרם חשמליים. יכולת השליטה שלו על זרמים חזקים בעזרת זרמי בסיס קטנים הפכה אותו לאבן יסוד בעידן הדיגיטלי. כיום לא ניתן לתאר שום מכשיר אלקטרוני ללא שימוש נרחב בטרנזיסטורים כמתגים, החל מטלפונים חכמים, מחשבים ועד לרכבים חשמליים.