एक स्विच के रूप में ट्रांजिस्टर का कार्य

इस ट्रांजिस्टर ट्यूटोरियल में, हम एक ट्रांजिस्टर के स्विच के रूप में काम करने के बारे में जानेंगे। स्विचिंग और एम्प्लीफिकेशन ट्रांजिस्टर के अनुप्रयोगों के दो क्षेत्र हैं और ट्रांजिस्टर एक स्विच के रूप में कई डिजिटल सर्किट का आधार है। हम एक ट्रांजिस्टर के विभिन्न ऑपरेटिंग मोड (सक्रिय, संतृप्ति और कट-ऑफ) सीखेंगे, कैसे एक ट्रांजिस्टर एक स्विच (एनपीएन और पीएनपी दोनों) के रूप में काम करता है और कुछ व्यावहारिक अनुप्रयोग सर्किट जो ट्रांजिस्टर का उपयोग स्विच के रूप में करते हैं। रूपरेखा परिचय BJTO ऑपरेटिंग मोड पर एक संक्षिप्त नोट स्विच के रूप में स्विच के रूप में एनपीएन ट्रांजिस्टर स्विच के रूप में ट्रांजिस्टर का सक्रिय मोड कटऑफ मोडसंतृप्ति मोडट्रांसिस्टर स्विच के रूप में एनपीएन ट्रांजिस्टर का उदाहरण लेयर, थ्री-टर्मिनल सेमीकंडक्टर डिवाइस, जिसका उपयोग अक्सर सिग्नल एम्पलीफिकेशन और स्विचिंग ऑपरेशंस में किया जाता है। महत्वपूर्ण इलेक्ट्रॉनिक उपकरणों में से एक के रूप में, ट्रांजिस्टर ने एम्बेडेड सिस्टम, डिजिटल सर्किट और कंट्रोल सिस्टम जैसे अनुप्रयोगों की विशाल रेंज में उपयोग पाया है। आप ट्रांजिस्टर को डिजिटल और एनालॉग दोनों डोमेन में पा सकते हैं क्योंकि वे बड़े पैमाने पर स्विचिंग सर्किट जैसे विभिन्न एप्लिकेशन उपयोग के लिए उपयोग किए जाते हैं। , एम्पलीफायर सर्किट, पावर सप्लाई सर्किट, डिजिटल लॉजिक सर्किट, वोल्टेज रेगुलेटर, ऑसिलेटर सर्किट इत्यादि। यह लेख मुख्य रूप से ट्रांजिस्टर की स्विचिंग क्रिया पर केंद्रित है और एक स्विच के रूप में ट्रांजिस्टर का संक्षिप्त विवरण देता है। BJT पर एक संक्षिप्त नोट दो हैं ट्रांजिस्टर के मुख्य परिवार: द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर (बीजेटी) और फील्ड इफेक्ट ट्रांजिस्टर (एफईटी)। द्विध्रुवी जंक्शन ट्रांजिस्टर या बस BJT एक तीन-परत, तीन टर्मिनल और दो जंक्शन अर्धचालक उपकरण है। इसमें दो पीएन जंक्शन होते हैं जो एक सामान्य मध्य परत के साथ बैक-टू-बैक होते हैं। जब भी हम 'ट्रांजिस्टर' शब्द कहते हैं, तो यह अक्सर बीजेटी को संदर्भित करता है। यह एक करंट नियंत्रित डिवाइस है, जहां आउटपुट करंट को इनपुट करंट द्वारा नियंत्रित किया जाता है। द्विध्रुवी नाम इंगित करता है कि दो प्रकार के आवेश वाहक अर्थात, इलेक्ट्रॉन और छेद BJT में करंट का संचालन करते हैं, जहाँ छेद धनात्मक आवेश वाहक होते हैं और इलेक्ट्रॉन ऋणात्मक आवेश वाहक होते हैं। ट्रांजिस्टर के तीन क्षेत्र होते हैं, अर्थात् आधार, उत्सर्जक और संग्राहक। एमिटर एक भारी डोप्ड टर्मिनल है और बेस में इलेक्ट्रॉनों का उत्सर्जन करता है। बेस टर्मिनल को हल्के ढंग से डोप किया जाता है और एमिटर-इंजेक्टेड इलेक्ट्रॉनों को कलेक्टर को भेजता है। संग्राहक टर्मिनल मध्यम रूप से डोप किया जाता है और आधार से इलेक्ट्रॉनों को एकत्र करता है। अन्य दो क्षेत्रों की तुलना में यह संग्राहक बड़ा होता है इसलिए यह अधिक गर्मी को नष्ट कर सकता है। बीजेटी दो प्रकार के होते हैं: एनपीएन और पीएनपी। ये दोनों एक ही तरह से कार्य करते हैं लेकिन वे पूर्वाग्रह और बिजली आपूर्ति ध्रुवीयता के संदर्भ में भिन्न होते हैं। पीएनपी ट्रांजिस्टर में, एन-टाइप सामग्री को दो पी-टाइप सामग्रियों के बीच सैंडविच किया जाता है जबकि एनपीएन ट्रांजिस्टर के मामले में पी-टाइप सामग्री को दो एन-टाइप सामग्रियों के बीच सैंडविच किया जाता है। इन दो ट्रांजिस्टर को अलग-अलग प्रकारों जैसे कॉमन एमिटर, कॉमन कलेक्टर में कॉन्फ़िगर किया जा सकता है। और सामान्य आधार विन्यास। यदि आप एक स्विच के रूप में MOSFET के काम करने की तलाश कर रहे हैं, तो पहले MOSFET की मूल बातें सीखें। ट्रांजिस्टर के संचालन के तरीके आगे या पीछे की तरह की पूर्वाग्रह स्थितियों के आधार पर, ट्रांजिस्टर के संचालन के तीन प्रमुख तरीके हैं, कटऑफ, सक्रिय और संतृप्ति क्षेत्र। सक्रिय मोडइस मोड में, ट्रांजिस्टर को आमतौर पर वर्तमान एम्पलीफायर के रूप में उपयोग किया जाता है। सक्रिय मोड में, दो जंक्शन अलग-अलग पक्षपाती होते हैं, जिसका अर्थ है कि एमिटर-बेस जंक्शन फॉरवर्ड बायस्ड है जबकि कलेक्टर-बेस जंक्शन रिवर्स बायस्ड है। इस मोड में, एमिटर और कलेक्टर के बीच करंट फ्लो होता है और करंट फ्लो की मात्रा बेस करंट के समानुपाती होती है। कटऑफ मोड इस मोड में, कलेक्टर बेस जंक्शन और एमिटर बेस जंक्शन दोनों रिवर्स बायस्ड होते हैं। चूंकि दोनों पीएन जंक्शन रिवर्स बायस्ड हैं, छोटे रिसाव धाराओं (आमतौर पर कुछ नैनो एएमपीएस या पिको एएमपीएस के क्रम में) को छोड़कर लगभग कोई वर्तमान प्रवाह नहीं होता है। इस मोड में BJT स्विच ऑफ है और अनिवार्य रूप से एक ओपन सर्किट है। कटऑफ रीजन का उपयोग मुख्य रूप से स्विचिंग और डिजिटल लॉजिक सर्किट में किया जाता है। सैचुरेशन मोड ऑपरेशन के इस मोड में, एमिटर-बेस और कलेक्टर-बेस जंक्शन दोनों फॉरवर्ड बायस्ड हैं। लगभग शून्य प्रतिरोध के साथ कलेक्टर से उत्सर्जक तक करंट प्रवाहित होता है। इस मोड में, ट्रांजिस्टर पूरी तरह से चालू होता है और अनिवार्य रूप से एक क्लोज सर्किट होता है। संतृप्ति क्षेत्र का उपयोग मुख्य रूप से स्विचिंग और डिजिटल लॉजिक सर्किट में भी किया जाता है। नीचे दिया गया आंकड़ा BJT की आउटपुट विशेषताओं को दर्शाता है। नीचे दिए गए आंकड़े में, कटऑफ क्षेत्र में परिचालन की स्थिति होती है जब आउटपुट कलेक्टर वर्तमान शून्य, शून्य आधार इनपुट वर्तमान और अधिकतम कलेक्टर वोल्टेज होता है। ये पैरामीटर एक बड़ी कमी परत का कारण बनते हैं, जो आगे ट्रांजिस्टर के माध्यम से प्रवाह की अनुमति नहीं देता है। इसलिए, ट्रांजिस्टर पूरी तरह से बंद स्थिति में है। इसी तरह, संतृप्ति क्षेत्र में, एक ट्रांजिस्टर इस तरह से पक्षपाती होता है कि अधिकतम बेस करंट लगाया जाता है जिसके परिणामस्वरूप अधिकतम कलेक्टर करंट और न्यूनतम कलेक्टर-एमिटर वोल्टेज होता है। इससे रिक्तीकरण परत छोटी हो जाती है और ट्रांजिस्टर के माध्यम से अधिकतम वर्तमान प्रवाह की अनुमति मिलती है। इसलिए, ट्रांजिस्टर पूरी तरह से चालू स्थिति में है। इसलिए, उपरोक्त चर्चा से, हम कह सकते हैं कि ट्रांजिस्टर को कटऑफ और संतृप्ति क्षेत्रों में ऑपरेटिंग ट्रांजिस्टर द्वारा चालू/बंद सॉलिड-स्टेट स्विच के रूप में काम करने के लिए बनाया जा सकता है। इस प्रकार के स्विचिंग एप्लिकेशन का उपयोग एलईडी, मोटर, लैंप, सोलनॉइड आदि को नियंत्रित करने के लिए किया जाता है। स्विच के रूप में ट्रांजिस्टर का उपयोग सर्किट को खोलने या बंद करने के लिए स्विचिंग ऑपरेशन के लिए किया जा सकता है। इस प्रकार की सॉलिड स्टेट स्विचिंग पारंपरिक रिले की तुलना में महत्वपूर्ण विश्वसनीयता और कम लागत प्रदान करती है। एनपीएन और पीएनपी ट्रांजिस्टर दोनों को स्विच के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। कुछ एप्लिकेशन स्विचिंग डिवाइस के रूप में पावर ट्रांजिस्टर का उपयोग करते हैं, उस समय हाई-पावर ट्रांजिस्टर को चलाने के लिए दूसरे सिग्नल लेवल ट्रांजिस्टर का उपयोग करना आवश्यक हो सकता है। स्विच के रूप में एनपीएन ट्रांजिस्टर ट्रांजिस्टर स्विचिंग ऑपरेशन के बेस टर्मिनल पर लागू वोल्टेज पर आधारित होता है। प्रदर्शन किया जाता है। जब बेस और एमिटर के बीच पर्याप्त वोल्टेज (VIN> 0.7 V) लगाया जाता है, तो कलेक्टर से एमिटर वोल्टेज लगभग 0 के बराबर होता है। इसलिए, ट्रांजिस्टर शॉर्ट सर्किट के रूप में कार्य करता है। कलेक्टर करंट VCC / RC ट्रांजिस्टर के माध्यम से बहता है। इसी तरह, जब इनपुट पर कोई वोल्टेज या शून्य वोल्टेज नहीं लगाया जाता है, तो ट्रांजिस्टर कटऑफ क्षेत्र में संचालित होता है और एक ओपन सर्किट के रूप में कार्य करता है। इस प्रकार के स्विचिंग कनेक्शन में, लोड (यहाँ एक एलईडी को लोड के रूप में उपयोग किया जाता है) एक संदर्भ बिंदु के साथ स्विचिंग आउटपुट से जुड़ा होता है। इस प्रकार, जब ट्रांजिस्टर को चालू किया जाता है, तो लोड के माध्यम से स्रोत से जमीन तक करंट प्रवाहित होगा। स्विच के रूप में NPN ट्रांजिस्टर का उदाहरण नीचे दिए गए उदाहरण पर विचार करें, जहां आधार प्रतिरोध RB = 50 KΩ, कलेक्टर प्रतिरोध RC = 0.7 KΩ, VCC 5V है और बीटा मान 125 है। आधार पर, 0V और 5V के बीच एक इनपुट सिग्नल दिया जाता है। जैसा कि चित्र में दिखाया गया है, हम दो राज्यों यानी 0 और 5V में VI को अलग-अलग करके कलेक्टर पर आउटपुट देखने जा रहे हैं। IC = VCC / RC, जब VCE = 0 IC = 5V / 0.7 KΩ IC = 7.1 mA बेस करंट IB = IC / β IB = 7.1 mA / 125 IB = 56.8 µA उपरोक्त गणना से, कलेक्टर का अधिकतम या शिखर मूल्य सर्किट में करंट 7.1mA होता है जब VCE शून्य के बराबर होता है। और इस कलेक्टर करंट के लिए संबंधित बेस करंट 56.8 μA है। तो, यह स्पष्ट है कि जब बेस करंट को 56.8 माइक्रो एम्पीयर से आगे बढ़ाया जाता है, तो ट्रांजिस्टर सैचुरेशन मोड में आ जाता है। उस मामले पर विचार करें जब शून्य वोल्ट लागू होता है इनपुट। इससे बेस करंट शून्य हो जाता है और चूंकि एमिटर ग्राउंडेड होता है, एमिटर बेस जंक्शन फॉरवर्ड बायस्ड नहीं होता है। इसलिए, ट्रांजिस्टर बंद स्थिति में है और कलेक्टर आउटपुट वोल्टेज 5V के बराबर है। जब VI = 0V, IB = 0 और IC = 0, VC = VCC - (IC * RC) = 5V - 0 = 5V मान लें कि लगाया गया इनपुट वोल्टेज 5 वोल्ट है, तो किरचॉफ के वोल्टेज नियम को लागू करके बेस करंट का निर्धारण किया जा सकता है। जब VI = 5V, IB = (VI - VBE) / RB सिलिकॉन ट्रांजिस्टर के लिए, VBE = 0.7 V इस प्रकार, IB = (5V - 0.7V) / 50 KΩ = 86 μA, जो 56.8 μA से अधिक है, इसलिए, आधार के रूप में करंट 56.8 माइक्रो एम्पीयर करंट से अधिक है, ट्रांजिस्टर को संतृप्ति के लिए प्रेरित किया जाएगा, यानी यह पूरी तरह से चालू है, जब इनपुट पर 5V लगाया जाता है। इस प्रकार, कलेक्टर पर आउटपुट लगभग शून्य हो जाता है। एक स्विचपीएनपी ट्रांजिस्टर के रूप में पीएनपी ट्रांजिस्टर एक स्विचिंग ऑपरेशन के लिए एनपीएन के समान काम करता है, लेकिन आधार से करंट प्रवाहित होता है। इस प्रकार के स्विचिंग का उपयोग नकारात्मक ग्राउंड कॉन्फ़िगरेशन के लिए किया जाता है। पीएनपी ट्रांजिस्टर के लिए, बेस टर्मिनल हमेशा एमिटर के संबंध में नकारात्मक पक्षपाती होता है। इस स्विचिंग में, बेस वोल्टेज अधिक नकारात्मक होने पर बेस करंट प्रवाहित होता है। बस, एक कम वोल्टेज या अधिक नकारात्मक वोल्टेज ट्रांजिस्टर को शॉर्ट सर्किट बना देता है अन्यथा, यह ओपन सर्किट होगा। इस संबंध में, लोड एक संदर्भ बिंदु के साथ ट्रांजिस्टर स्विचिंग आउटपुट से जुड़ा है। जब ट्रांजिस्टर को चालू किया जाता है, तो स्रोत से ट्रांजिस्टर के माध्यम से लोड और अंत में जमीन पर प्रवाहित होता है। स्विच के रूप में पीएनपी ट्रांजिस्टर का उदाहरणएनपीएन ट्रांजिस्टर स्विच सर्किट के समान, पीएनपी सर्किट इनपुट भी आधार है, लेकिन एमिटर से जुड़ा है निरंतर वोल्टेज और कलेक्टर लोड के माध्यम से जमीन से जुड़ा हुआ है जैसा कि चित्र में दिखाया गया है। इस विन्यास में, आधार को नकारात्मक पक्ष पर और उत्सर्जक को इनपुट आपूर्ति के सकारात्मक पक्ष से जोड़कर उत्सर्जक के संबंध में आधार हमेशा नकारात्मक रूप से पक्षपाती होता है। तो, वोल्टेज वीबीई नकारात्मक है और कलेक्टर के संबंध में एमिटर आपूर्ति वोल्टेज सकारात्मक है (वीसीई सकारात्मक)। इसलिए, ट्रांजिस्टर के प्रवाहकत्त्व के लिए कलेक्टर और बेस दोनों के संबंध में उत्सर्जक अधिक सकारात्मक होना चाहिए। दूसरे शब्दों में, उत्सर्जक के संबंध में आधार अधिक ऋणात्मक होना चाहिए। आधार और संग्राहक धाराओं की गणना के लिए निम्नलिखित अभिव्यक्तियों का उपयोग किया जाता है। IC = IE - IB IC = β * IB IB = IC / β उपरोक्त उदाहरण पर विचार करें, कि लोड के लिए 100 मिली एम्पीयर करंट की आवश्यकता होती है और ट्रांजिस्टर का बीटा मान 100 होता है। तब ट्रांजिस्टर की संतृप्ति के लिए आवश्यक धारा न्यूनतम आधार धारा = संग्राहक धारा / β = 100 mA / 100 = 1mA है इसलिए, जब आधार धारा 1 mA है, तो ट्रांजिस्टर पूरी तरह से चालू हो जाएगा। लेकिन ट्रांजिस्टर की गारंटीड संतृप्ति के लिए व्यावहारिक रूप से 30 प्रतिशत अधिक करंट की आवश्यकता होती है। तो, इस उदाहरण में आवश्यक बेस करंट 1.3mA है। LED को स्विच करने के लिए स्विचट्रांसिस्टर के रूप में ट्रांजिस्टर के व्यावहारिक उदाहरणजैसा कि पहले चर्चा की गई थी, ट्रांजिस्टर को स्विच के रूप में इस्तेमाल किया जा सकता है। नीचे दिए गए आरेख से पता चलता है कि प्रकाश उत्सर्जक डायोड (एलईडी) को स्विच करने के लिए एक ट्रांजिस्टर का उपयोग कैसे किया जाता है। जब बेस टर्मिनल पर स्विच खुला होता है, तो बेस से कोई करंट प्रवाहित नहीं होता है इसलिए ट्रांजिस्टर कटऑफ स्थिति में होता है। इसलिए, ट्रांजिस्टर एक ओपन-सर्किट के रूप में कार्य करता है और एलईडी बंद हो जाता है। जब स्विच बंद हो जाता है, तो बेस करंट ट्रांजिस्टर के माध्यम से बहने लगता है और फिर संतृप्ति में चला जाता है, जिसके परिणामस्वरूप एलईडी चालू हो जाती है। प्रतिरोधों को धाराओं को सीमित करने के लिए रखा जाता है। आधार और एलईडी के माध्यम से। बेस करंट पथ में प्रतिरोध को बदलकर एलईडी की तीव्रता को बदलना भी संभव है। रिले को संचालित करने के लिए ट्रांजिस्टर ट्रांजिस्टर का उपयोग करके रिले ऑपरेशन को नियंत्रित करना भी संभव है। रिले के कॉइल को सक्रिय करने में सक्षम ट्रांजिस्टर की एक छोटी सर्किट व्यवस्था के साथ ताकि इससे जुड़े बाहरी भार को नियंत्रित किया जा सके। रिले कॉइल को सक्रिय करने के लिए ट्रांजिस्टर के संचालन को जानने के लिए नीचे दिए गए सर्किट पर विचार करें। आधार पर लगाया गया इनपुट ट्रांजिस्टर को संतृप्ति क्षेत्र में ले जाने का कारण बनता है, जिसके परिणामस्वरूप सर्किट शॉर्ट सर्किट बन जाता है। तो, रिले कॉइल सक्रिय हो जाता है और रिले संपर्क संचालित हो जाते हैं। आगमनात्मक भार में, विशेष रूप से मोटर्स और इंडक्टर्स की स्विचिंग, अचानक बिजली हटाने से कॉइल में उच्च क्षमता हो सकती है। यह उच्च वोल्टेज बाकी सर्किट को काफी नुकसान पहुंचा सकता है। इसलिए, हमें आगमनात्मक भार के प्रेरित वोल्टेज से सर्किट की रक्षा के लिए आगमनात्मक भार के समानांतर डायोड का उपयोग करना होगा। मोटर को चलाने के लिए ट्रांजिस्टर का उपयोग डीसी मोटर की गति को यूनिडायरेक्शनल तरीके से चलाने और विनियमित करने के लिए भी किया जा सकता है। नीचे दिए गए आंकड़े में दिखाए गए अनुसार समय के नियमित अंतराल में ट्रांजिस्टर को स्विच करना। जैसा कि ऊपर बताया गया है, डीसी मोटर भी एक अपरिवर्तनीय भार है इसलिए हमें सर्किट की सुरक्षा के लिए एक फ्रीव्हीलिंग डायोड रखना होगा। ट्रांजिस्टर को कटऑफ और संतृप्ति में स्विच करके क्षेत्रों में, हम मोटर को बार-बार चालू और बंद कर सकते हैं। ट्रांजिस्टर को परिवर्तनीय आवृत्तियों पर स्विच करके मोटर की गति को स्टैंडस्टिल से पूर्ण गति तक नियंत्रित करना भी संभव है। हम कंट्रोल डिवाइस या माइक्रोकंट्रोलर जैसे आईसी से स्विचिंग फ्रीक्वेंसी प्राप्त कर सकते हैं। क्या आपको इस बात का स्पष्ट अंदाजा है कि एक ट्रांजिस्टर को स्विच के रूप में कैसे इस्तेमाल किया जा सकता है? हमें उम्मीद है कि प्रासंगिक छवियों और उदाहरणों के साथ सुसज्जित जानकारी संपूर्ण ट्रांजिस्टर स्विचिंग अवधारणा को स्पष्ट करती है। इसके अलावा, यदि आपको कोई संदेह, सुझाव और टिप्पणियां हैं, तो आप नीचे लिख सकते हैं। निष्कर्ष ट्रांजिस्टर को स्विच के रूप में उपयोग करने पर एक संपूर्ण ट्यूटोरियल।

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