บทท 3 ทรานซสเตอร

วตถประสงค

1. บอกความแตกตางดานโครงสรางและสญลกษณของทรานซสเตอรชนด NPN และ PNP ได 2. อธบายการท างานของทรานซสเตอร ในสภาวะอมตว สภาวะคตออฟ และสภาวะขยาย

สญญาณได 3. ค านวณเบองตนเกยวกบวงจรทรานซสเตอรชนด NPN แบบอมตเตอรรวมได 4. หาคาตางๆ จากเสนโหลดและกราฟคณลกษณะของทรานซสเตอรได 5. อธบายพฤตกรรมการท างานของวงจรทรานซสเตอรสวตชได

3.1 ทรานซสเตอรสองรอยตอ ทรานซสเตอรชนดสองรอยตอถกคนพบครงแรกโดยคณะท างานของหองปฏบตการของบรษท เบลเทเลโฟน ในป พ.ศ. 2490 นบไดวาเปนการเปดโลกของววฒนาการการสรางอปกรณสารกงตวน า ครงส าคญของโลก ทรานซสเตอรชนดสองรอยตอเรยกวา BJT (Bipolar junction Transistor) ทรานซสเตอรเหลานถกน าไปใชงานอยางแพรหลาย เชน วงจรขยายในเครองรบวทยและเครองโทรทศน หรอน าไปใชในวงจรอเลกทรอนกสทท าหนาทเปนสวตช เชน เปด -ปดรเลยเพอควบคมอปกรณไฟฟาอน ๆ เปนตน กลมผคนพบทรานซสเตอรตวแรกของโลก ประกอบดวย John Bardeen, Walter Brattain, and William Shockley.

รปท 3.1 ทรานซสเตอรตวแรกของโลกท

Bell Laboratory, New Jersey ในป พ.ศ. 2490 ทมา: Historical materials are courtesy of AT&T

Bell Laboratory 3.1.1 โครงสรางของทรานซสเตอร ทรานซสเตอรชนดสองรอยตอ หรอ BJT น ประกอบไปดวยสารกงตวน าชนดพและเอนตอกน โดย จ านวน 3 ชน ท าให เกดรอยตอขน จ านวน 2 รอยตอ การสรางทรานซสเตอรจงสรางได 2 ชนด คอชนดทมสารชนดเอน 2 ชน หรอเรยกวา ชนด NPN และชนดทมสารชนดพ 2 ชน หรอเรยกวา ชนด PNP โครงสรางของทรานซสเตอรชนด NPN ดงรป 3.2 (ก) และชนด PNP ดงรป 3.2 (ข)

รป 3.2 โครงสรางของทรานซสเตอร NPN/PNP รป 3.3 สญลกษณของทรานซสเตอร NPN/PNP

ทมา : http://www.mikroe.com/old/books/keu/04.htm

3.1.2 การท างานของทรานซสเตอร ทรานซสเตอรทงชนด NPN และชนด PNP เมอน าไปใชงานไมวาจะใชในวงจรขยายสญญาณ หรอท างานเปนสวตช จะตองท าการไบแอสใหทรานซสเตอรท างานได โดยใชหลกการไบแอส ดงน

1. ไบแอสตรงใหกบรอยตอระหวางอมตเตอรกบเบส 2. ไบแอสกลบใหกบรอยตอระหวางคอลเลกเตอรกบเบส

(ก) วงจรไบแอสทรานซสเตอรชนด NPN (ข) วงจรไบแอสทรานซสเตอรชนด PNP

รปท 3.4 การไบแอสทรานซสเตอร เมอพจารณาไบแอสทรานซสเตอรชนด NPN ดงรป 3.4(ก) จะเหนวาท าการไบแอสตรงใหกบ

รอยตออมตเตอร-เบส โดยใหแรงดนบวกกบเบส (เพราะเบสเปน P) และใหแรงดนลบกบอมตเตอร (เพราะอมตเตอรเปน N) เชนเดยวกนจะตองใหไบแอสกลบกบรอยตอคอลเลกเตอร-เบส โดยใหแรงดนบวกกบ คอลเลกเตอร (เพราะคอลเลกเตอรเปน N) และใหแรงดนลบกบเบส (เพราะเบสเปน P) คอ การไบแอสทรานซสเตอรชนด NPN ทถกตองตามเงอนไข 2 ขอทก าหนดไว

การไบแอสทรานซสเตอรชนด PNP กกระท าเชนเดยวกนดงรป 3.4(ข) จะขอยกตวอยางโครงสรางภายในของทรานซสเตอรเพยงชนดเดยว คอ ชนด NPN เพอใหเหนปฏกรยาการเคลอนทของอเลกตรอน และ โฮล ระหวางรอยตอตาง ๆ ของทรานซสเตอรเมอไดรบไบแอส ดงรป 3.5 (ก), (ข)

(ก) (ข)

รปท 3.5 แสดงการไหลของกระแสไฟฟาภายในรอยตอของทรานซสเตอรชนด NPN เมอไดรบไบแอส พจารณาการท างานของทรานซสเตอรในรป 3.5 (ข) เมอใหไบแอสตรงกบรอยตอเบสและ

อมตเตอร จะท าใหบรเวณปลอดพาหะทรอยตอ B-E แคบลง และทรอยตอระหวางคอลเลกเตอรกบเบสไดไบแอสกลบ จะท าใหบรเวณปลอดพาหะทรอยตอ B-C มความกวางมากขน จงเกดกระแสจ านวนเลกนอยไหลขามรอยตอ B-E กระแสนเรยกวากระแสเบส(IB) เปนผลใหมอเลกตรอนจ านวนหนงเคลอนทอยในรอยตอ B-E ในขณะเดยวกบทคอลเลกเตอรบรเวณรอยตอ B-C จะมประจพาหะบวกอยเปนจ านวนมาก จะพยายามดงดดอเลกตรอนทเบสขามรอยตอ B-C ท าใหเกดกระแสคอลเลกเตอร(IC) ไหลเปนจ านวนมากและไหลออกจากคอลเลกเตอรมารวมกบกระแสเบส (IE) เปนไปตามสมการ (3.1)

IE = IC + IB ……. (3.1)

เมอน าทศทางการไหลของกระแสระหวางรอยตอตาง ๆ ของทรานซสเตอรทงชนด NPN และ PNP (กระแสนยมจะมทศทางตรงขามกบกระแสอเลกตรอนทอธบายในรป 3.5 (ก) และ (ข) สามารถเขยนไดดงรป 3-6

รปท 3.6 แสดงโมเดลของทรานซสเตอรชนด NPN และ PNP และ ทศทางของกระแส IE, IC, IB ทเกดจากการไบแอสทถกตอง

3.2 วงจรอมตเตอรรวม วงจรอมตเตอรรวม (Common Emitter Circuit หรอ CE) เปนการตอชดอมตเตอรลงกบจดดน ดงรป 3.7(ก) ส าหรบทรานซสเตอรชนด NPN และรป 3.7 (ข) ส าหรบทรานซสเตอรชนด PNP การไบแอสวงจรอมตเตอรรวมกเชนเดยวกบวงจรเบสรวม คอ ไบแอสอนพตดวยไบแอสตรงแบะไบแอสเอาตพตดวยไบแอสกลบ โดยแหลงจายแรงดนอนพตไบแอส คอ VBBและแหลงจายแรงดนเอาตพตไบแอส คอ VCC

(ก) ทรานซสเตอรชนด NPN (ข) ทรานซสเตอรชนด PNP

รปท 3.7 แสดงวงจรไบแอสทรานซสเตอรในวงจรอมตเตอรรวม

ดงนนลกษณะการเกดขวแรงดนตกครอมทขา B C และ E รวมทงทศทางการไหลของกระแสอนพต (IB) และกระแสเอาตพต (IC) ดงรป 3.8 (ก) ส าหรบทรานซสเตอรชนด NPN ตอแบบอมตเตอรรวม และรป 3.8 (ข) ส าหรบทรานซสเตอรชนด PNP ตอแบบอมตเตอรรวม

(ก) NPN (ข) PNP

รปท 3.8 แสดงขวแรงดนอนพต เอาตพต และกระแสอนพตและเอาตพตในวงจรอมตเตอรรวม

3.3.1 คาดซ เบตา (β) และคาดซแอลฟา (α) คาเบตาหรอ β หมายถง อตราสวนระหวางกระแสคอลเลกเตอร (IC) กบกระแสเบส (IB) หรออตราสวนระหวางกระแสเอาตพต กบอนพต หรอ เรยกวาอตราขยายทางกระแส(Current gain) ดงสมการ 3.2

β = B

C

I

I ...... (3.2)

ทรานซสเตอรโดยทวไปจะมคา β อยระหวาง 20-200 หรอมากกวา จากคมอของทรานซสเตอร

อาจเรยกคา β วา hfe สวนคา α ซงหมายความถงสดสวนระหวางกระแสคอลเลกเตอร(IC) กบกระแสอมตเตอร (IE) ในวงจรอมตเตอรรวมปกตจะมคาไมเกน 1 คอ มคาระหวาง 0.95-0.99 ดงสมการ 3.3

α = E

C

I

I ...... (3.3)

ความสมพนธระหวางคา α และ β

เมอก าหนดให IE = IC + IB (หารตลอดดวย IC)

ดงนน C

E

I

I = C

C

I

I + C

B

I

I

C

E

I

I = 1 + C

B

I

I

แต β = B

C

I

I และ α = E

C

I

I ดงนน

1 = 1 +

1

1 =

1

α =

1 ...... (3.4)

จากสมการ (3.3) เราสามารถหาคา α ไดเมอรคา β ในท านองเดยวกนสามารถหาคาβ ไดจากคา α ตามสมการ (3.4) α (β+1) = β α ·β+α = β α = β –α ·β β (1- α) = α

β =

1 ….. (3.5)

ตวอยาง 3.1 ค านวณหาคา β และ α ของทรานซสเตอรเมอกระแส IB = 100µA และ IC = 8 mA

วธท า β= B

C

I

I = A100

mA8

= 80

α =

1 =

81

80 = 0.987

ตอบ β = 80 และ α = 0.987

การวเคราะหวงจรไฟตรง วงจรไบแอสทรานซสเตอรเมอวเคราะหแบบไฟตรง ดงรป 3.10 พารามเตอรส าคญทตองพจารณาคอ กระแส IB , IE , IC และแรงดน VBE, VCB และ VCE

รปท 3.9 แสดงการไบแอสทรานซสเตอร NPN การก าหนดกระแสและแรงดนในวงจร

การก าหนดชอแหลงจายไบแอส นยมก าหนด VBB เปนแหลงจายไบแอสตรงระหวางเบสและอมตเตอร ส าหรบ VCC นยมก าหนดเปนแหลงจายไบแอสกลบใหกบรอยตอคอลเลกเตอรกบอมตเตอร จากรป 3.9 จะเหนวา เมอเบสและอมตเตอรไดรบไบแอสตรงจะเกดแรงดนตกครอมรอยตอดงน

VBE = 0.7 V …….(3.6)

แรงดนตกครอม RB คอ

VRB = VBB - VBE

และ VRB = IB RB

ดงนน IB RB = VBB - VBE

หรอ IB = B

BEBB

R

VV ….….(3.7)

จากสมการ (3.3) หาคา IE ไดจาก

IE =

CI

จากสมการ (3.2) หาคา IC ไดจาก

IC = β IB

ดงนนแรงดนตกครอม RC คอ

VRC = ICRC

แรงดนตกครอมรอยตอคอลเลกเตอรกบอมตเตอร คอ

VCE = Vα - IC RC ….(3.8) แรงดนตกครอมรอยตอคอลเลกเตอรกบเบส คอ

VCB = VCC – VBE ….(4.9)

ตวอยาง 3-2 จากวงจรในรป 3-10 จงหาคาของ IB , IC , IE , α ,VCE และ VCB ถาทรานซสเตอรในวงจรมคา β= 100

รป 3-10

วธท า IB = B

BEBB

R

VV

=

k10

V7.0V5= 430µA

IC = β · IB

= (100)(430 µA) = 43 mA

α = 1

= 101

100= 0.99

IE =

CI

= 99.0

mA43= 43.43 mA

VCE = VCC - ICRC

= 10V - (43mA) (100Ω)

= 10V - 43V = 5.7V

VCB = VCE – VBE

= 5.7V – 0.7V = 5V

ตอบ IB= 430 µA, IC = mA, IE = 43.43 mA, α = 0.99,VCE = 5.7V,VCE = 5V

3.3.2 คณลกษณะทางเอาตพตของวงจรอมตเตอรรวม เสนกราฟนจะแสดงคณลกษณะของกระแสและแรงดนทคอลเลกเตอรโดยทมกระแสเบส เปนต วควบคมตามความสมพนธของสมการ ซงเปนสมการทสภาวะ แอคตฟ (Active region) คอ สภาวะขยายสญญาณ IC = β IB

พจารณาจากวงจรในรป 3.11 (ก) ใหแหลงจาย VBB เปนแหลงจายปรบคาไดใบแอสตรงใหกบรอยตอ B และ E การปรบคาของกระแส IB ถาปรบคาของกระแส IB ใหมคาคงทคาหนงซง IB>0 และคอย ๆ ปรบคาแรงดน VCC เพมมากขนจาก 0 V จะปรากฏวา IC คอย ๆ เพมขนจนถงจด B ในรป 3-11 (ข) คา กระแสไฟฟาคงทและเปนไปตามสมการ IC = β · IB

(ก) วงจรไบแอสทรานซสเตอรชนด PNP (ข) กราฟแสดง IC เมอ IB มคาคงทคาหนง และแรงดน VCEเปลยนแปลงไป

(ค) กราฟแสดงคณลกษณะทางเอาตพตของวงจรอมตเตอรรวม

รปท 3.11 แสดงการหากราฟคณลกษณะทางเอาตพตของยวงจรอมตเตอรรวม เมอกระแสอนพต (IB) เปนศนย คอ ยานคตออฟ เพราะวากระแสเอาตพต (IC) จะเปนศนยดวย แตในทางปฏบตจะเกดกระแสรวไหลทรอยตอคอลเลกเตอรกบอมตเตอร (ICEO) จ านวนเลกนอย เมอเพม IBขนเปน 10 µA IC จะเพมขนประมาณ 0.8 mA และทยานอมตว คอ ยานทแรงดน VCE ใกลเคยงกบ 0V ดงรป 3-11 (ค) จดท างานของทรานซสเตอร(Q-Point) คอจดทบอกวาขณะททรานซสเตอรก าลงท างานอยนคาของ IB IC และ VCE มคาเทาไร โดยการพจารณาคาเหลานจากกราฟ รปท 3-11 (ค) เสนทตดระหวางแกนกระแส กบแรงดน เรยกวาเสนโหลด(Load Line) เปนเสนทแสดงทางเดนของจดท างานของทรานซสเตอรเมอวงจรนมคาแรงดน VCE สงสดเทากบ 20V และคา IC สงสดคอ 5mA

Ic(max)=6.5mA

VCE(max)=20V

Q-point

Load line

ตวอยาง 3-3 จากกราฟคณลกษณะทางเอาตพตของวงจรอมตเตอรรวมในรป 3-11 (ค) จะใชเปนขอมลในการหาคาของ ก. รอยละการเปลยนแปลงของคา β เมอ VCE เปลยนจาก 2.5V-10V ขณะท IB คงทเทากบ 40µA ข. รอยละการเปลยนแปลงของคา β เมอ IB เปลยนจาก 10 µA เปน 50 µA ขณะท VCE คงท 7.5V

วธท า ก. จากกราฟ ท VCE = 2.5V, IB = 40µA จะไดคา IC = 3.8 mA

β = B

c

I

I =

A

mA

40

8.3 = 95

ท VCE = 10V,IB = 40µA จะหาคา IC ไดเทากบ

IC = 4.2 mA

β = A40

mA2.4

= 105

รอยละการเปลยนแปลง β คอ

)95

95105(

x 100% = 10.53%

ตอบ β มการเปลยนแปลง 10.53%

ข. จากกราฟรปเดมท VCE = 7.5V และ IB = 10µA

หาคา IC = 0.8 mA

β = A10

mA8.0

= 80

ท VCE = 7.5V และ IB = 50µA

หาคา IC = 5.2 mA

β = A50

mA2.5

= 104

รอยละการเปลยนแปลงของβ คอ

)80

80104(

x 100% = 30%

ตอบ β มการเปลยนแปลง 30% ยานคตออฟ (Cut-off region) เมอใหกระแสเบส IB = 0 ทรานซสเตอรจะไมท างาน (Open Circuit) หรอคตออฟ นนคอ ไมมกระแสคอลเลกเตอรไหลจาก VCC ไปสอมตเตอร แตเมอพจารณาวงจรในรป 3-12 อยางรอบคอบ จะเหนวาจะเกดกระแสรวไหลระหวางรอยตอคอลเลกเตอรไปสอมตเตอรเรยกวา ICEO ซงมคานอยมาก (ปกตจะมปรมาณเปน µA เทานน)

รป 3-12 แสดงการรวไหลทคอลเลกเตอร (ICEO) ในสภาวะคตออฟ

ยานอมตว (Saturation Region) หมายถง สภาวะทมกระแสคอลเลกเตอรไหลผานอมตเตอร จนท าใหแรงดนตกครอมรอยตอระหวาง C กบ E มคาคงทคาหนง ซงนอยมาก เรยกวาแรงดนอมตว VCE(sat)ในกรณซลคอนทรานซสเตอร คาแรงดนจดอมตวระหวางรอยตอ C กบ E คอ VCE(sat)<=0.2V พจารณาจากรป (ก),(ข) และ (ค) เมอเพมกระแสเบสทางอนพต กระแสคอลเลกเตอรจะเพมขน แตแรงดน VCE จะลดลง จะกระทงกระแสเบส (IB)เพมขนจดหนง แรงดน VCE จะมคาคงท ทจดอมตว และคากระแส IC จะมคาคงททคาจ ากดตามคาความตานทานทตออยกบคอลเลกเตอร เมอน ามาเขยนเสนแสดงลกษณะสมบตของคอลเลกเตอร จะไดดงรป 4-12(ง) บรเวณทแรเงา คอ บรเวณจดอมตวของทรานซสเตอร ซงมคาประมาณ 0.2V (กรณซลคอนทรานซสเตอร) หรอต ากวา

(ก) กระแสเบส 38.2 µA ต ามากทรานซสเตอรท างานยานคตออฟ VCE VCC = 9.62V

(ข) กระแสเบสเพมขนเทากบ 426µA ทรานซสเตอรเรมท างาน กระแสคอลเลกเตอรเพมขนเทากบ

42.6mA แรงดน VCE ลดลง, VCE = 5.74V ทรานซสเตอรท างานยานแอคตฟ

(ค) ทรานซสเตอรท างานทจดอมตว VCE จะคงทท 0.2V เมอปรบ VBB= 6V จะท าให

IB = 1.02 mA , IC=98mA

(ง) กราฟคณลกษณะทางกระแสไฟฟาของวงจรอมตเตอรรวมทสภาวะตาง ๆ

รปท 3-12 แสดงการเปลยนแปลงของกระแส IC, IB และแรงดน VCE ของทรานซสเตอร ในสภาวะตางๆ และเสนแสดงลกษณะสมบตของคอลเลกเตอร

ตวอยาง 3-4 จากวงจรทรานซสเตอรในรป 3-13จงค านวณหาคา IC(sat) และ IBเมอก าหนดให VCE(sat)เทากบ 0.2V

รป 3-13

วธท า

IC(sat) =

=

=

= 9.8mA

IB =

=

=

= 0.23mA

ตอบ คา IC(sat) = 9.8mA และ IB = 0.23mA

ก าลงไฟฟาสญเสย(Power Dissipation) ทรานซสเตอรเปนอปกรณชนดหนงทมขดจ ากดในการท างานเหมอนกบอปกรณอเลกทรอนกสอน ๆ ซงขดจ ากดเหลานจะอธบายไวในคมอของบรษทผผลต โดยก าหนดเปนคาใชงานทวไป และคาพกดสงสด คาพกดสงสดทส าคญของทรานซสเตอร มดงน VCE : แรงดนระหวางรอยตอคอลเลกเตอรกบอมตเตอร VCB : แรงดนระหวางรอยตอคอลเลกเตอรกบเบส VEB : แรงดนระหวางรอยตออมตเตอรกบเบส IC : กระแสคอลเลกเตอร PD : ก าลงไฟฟาสญเสย เชน คาพกดกระแสคอลเลกเตอรสงสด IC(max) หาไดจากสมการ

IC(max) = CE

(max)D

V

P … (3-10)

หรอถาทราบคา IC(max) กอาจหาคา VCE ไดจากสมการ

VCE = (max)C

(max)D

I

P … (3-11)

เสนแสดงลกษณะสมบตของ PD(max) สามารถเขยนจากเสนแสดงลกษณะสมบตของคอลเลกเตอร

คอ เสนกราฟ BC ในรป 3-14 (ก) ทจด A IC(max)= 50 mA อานคาของ VCE = 10V ดงนน PD(max)= 50mA 10V = 0.5W และคาของ PDC(max) นจะเทากนทกคาของ IC(max) VCE สามารถค านวณหาคา VCE และ IC ไดดงตารางในรป 3-14 (ข)

รป 3-14 เสนแสดงลกษณะสมบตของก าลงไฟฟาสงสด PD(max)ของทรานซสเตอร สรป เมอพจารณาจากกราฟรป 3-14(ก) จะเหนวาคาของ IC(max) จะถกจ ากดระหวางเสน A และ B สวนคา PD(max) จะถกจ ากดระหวางเสน B และ C และ VCE(max)จะถกจ ากดอยระหวางเสนกราฟ C, D ตวอยางท 3-5 จากวงจรรปท 3-15 ก าหนดให PD(max)=0.8W, VCE(max) = 15V, IC(max) = 100mA, จงหาคา VCC และ PD ของวงจรทรานซสเตอรน

รปท 3-15

วธท า

IB =

=

= 195.5µA

IC = β IB

= 100(195.5µA) = 19.55mA

VRC = IC RC

= (19.55mA)1kΩ = 19.55V

VCC = VCE(max) + VRC

= 15V + 19.55V = 34.55V

PD = VCE(max) (IC)

= 15V(19.55mA) = 0.293W

ตอบ คา PD = 0.293W ไมเกนคา PD(max) ของทรานซสเตอร

3.3.3 คณลกษณะทางอนพตของวงจรอมตเตอรรวม เมอพจารณาวงจรไบแอสทรานซสเตอรชนด NPN ทตอวงจรแบบอมตเตอรรวม เปนการหาความสมพนธระหวางกระแสอนพต(IB) และแรงดนอนพต(VBE) เมอแรงดนเอาตพต(VCE) คงท เมอปรบแรงดนเอาตพต VCE= V และคอย ๆ ปรบแหลงจายอนพต (VEE) จะไดกราฟความสมพนธของ IB และ VBE

ดงรป ในท านองเดยวกนเมอเปลยนคา VCE เปน 20V จะไดกราฟคณลกษณะทางอนพตทใกลเคยงกน จากกราฟคณลกษณะทางอนพตน หากทราบคา β ของทรานซสเตอร จะสามารถหาคากระแสเอาตพตได เพราะวาสามารถใชคา IB จากกราฟได

รป 3-16 กราฟแสดงคณลกษณะทางอนพตของทรานซสเตอร NPN

ตอวงจรแบบอมตเตอรรวม แสดงคา IB และ VBE เมอ VCE คงท 3.4 วงจรคอลเลกเตอรรวม วงจรคอลเลกเตอรรวม (Common Collector หรอ CC) เปนวงจรไบแอสทรานซสเตอรอกวธหนงทตอคอลเลกเตอรลงจดดนของแหลงจาย โดยมเบสเปนอนพต และอมตเตอรเปนเอาตพต ส าหรบวงจรของทรานซสเตอรชนด NPN ดงรป 3-17(ก) และส าหรบทรานซสเตอรชนด PNP ดงรป 3-17 (ข) ส าหรบวงจรทรานซสเตอรชนด NPN จะเหนวากระแสอนพตของวงจร คอ IB กระแสเอาตพตของวงจร คอ IE แรงดนอนพตของวงจรคอ VCB และแรงดนเอาตพตของวงจร คอ VCE

(ก) NPN (ข) PNP

รปท 3-17 วงจรไบแอสทรานซสเตอรแบบคอลเลกเตอรรวม

เมอพจารณารปดานบนจะพบวา สภาวะแรงดนของวงจรคอ VCE = VCB + VBE … (3-12)

ถา VCE = VCC และ VCB = VBB

จะไดวา VBB = VCC - VBE

หรอ VBB = VCC - 0.7V … (3-13)

3-5 สรปคณลกษณะการท างานของทรานซสเตอร

ทรานซสเตอรนนท างานไดใน 3 ยาน คอ 1. ยานอมตว (Saturation) 2. ยานคตออฟ (Cutoff) 3. ยานแอคตฟ (Active or Linear region) คณลกษณะทส าคญและควรจดจ าของทรานซสเตอรทท างานในสภาวะการท างาน 3 นน ประกอบ

ไปดวย VBE ,VCE, IC, IB และ PD ดงแสดงในตารางสรปตอไปน และสมการคาก าลงไฟฟาสญเสยททรานซสเตอร หาไดจาก

…… (3-14) ตารางท 3-1 BJT Characteristic comparison.

Items Cutoff Saturation Active (linear)

VBE < 0.7 V 0.7 V 0.7 V VBE 0V 0.2 V >0.2 V VBE 0A > IC/ β = IC/ β

VBE 0A < β IB = β IB

VBE 0W 0W >0W C and E Switch Switch -

behavior Open Closed Power

3-6 ทรานซสเตอรสวตช(Transistors as a switch) ทรานซสเตอร สามารถท างานเปนสวตชได โดยใชขว C และ E เปนเอาตพต ทควบคมการเปด-ปดของโหลด และขว B คอ ขวทรบสญญาณ หรอกระแสไฟฟาเขามาเพอควบคมการปด-เปด สวตช ของทรานซสเตอร รปของทรานซสเตอร เมอเปรยบเทยบกบสวตช คอรปท 3-19

รปท 3-19 การเปรยบเทยบทรานซสเตอรและสวตช

การท างาน ทรานซสเตอรสวตชจะท างานใน 2 สภาวะ คอ (1) สภาวะคตออฟ และ (2) สภาวะอมตว อธบายการท างานของวงจรทรานซสเตอรสวตช ไดดงน

[1] เมอ VBE > 0.7V ทรานซสเตอร ท างาน (turn on) หลอดไฟจะตดสวาง [2] เมอ VBE < 0.7V ทรานซสเตอร ไมท างาน (turn off) หลอดไฟจะดบ

PD = VCE IC + VBE IB

รปท 3-20 วงจรทรานซสเตอรสวตช

ตารางท 3-2 แสดงคณสมบตของทรานซสเตอรสวตช Switch C-E IC IB VBE VCE การท างาน IC

Turn-on Closed >0A >0A >0.7V 0.2V อมตว >β IB

Turn-off Open = 0A 0A <0.7V >0.2V คตออฟ = 0A

การท างานของทรานซสเตอรสวตช สามารถอธบลายไดดงตารางท 3-2 ซงผเรยนจะตองศกษาและเปรยบเทยบกบตวอยางตาง ๆ จะไดเกดความเขาใจทชดเจนยงขน ตวอยางท 3-6 วงจรทรานซสเตอรสวตช ตอกบหลอดไฟฟา 12W 10W ดงรปท 3-21 ถาปรบคาแรงดนอนพต V1=6V จงค านวณหาคา IB, IC, VLamp1. และ PD ทรานซสเตอร (เมอ ß = 100)

รปท 3-21

วธท า (1) เขยนสมการ KVL ทอนพต ดงน

V1 = IB R1 + VBE …..(1)

IB = 1

BE1

R

VV =

200

V7.0V0.6= 26.5 mA

(2) หาคา IC

IC = 1Lamp

1lamp

V

P

= V12

W10 = 833 mA

(3) สภาวะอมตว คา VCE(sat), V2.0 ดงนน

VLamp1 = VCC-VCE = 12V - 0.2V = 11.8 V

(4) PD = VCE IC + VBE IB

= (0.2V x 833 mA) + (0.7V x 26.5 mA)

= 166 mW + 18.5 mW

= 184.5 mW

แบบฝกหดบทท 3 จงเตมค าลงในชองวางใหถกตอง

1. ทรานซสเตอรชนดรอยตอ มโครงสราง 2 ชนด คอ ชนด และชนด 2. ทรานซสเตอรทมสญลกษณ คอทรานซสเตอรชนด

3. ทรานซสเตอรชนด PNP ม เบสจะเปนสารกงตวน าชนด 4. การไบแอสทรานซสเตอรชนด ทเบส จะตองไบแอสดวยแรงดนไฟฟาขว

5. การไบแอสทรานซสเตอร ชนดทเบสจะตองไบแอสดวยแรงดน และทคอลเลกเตอร จะตองไปแอส ดวยแรงดน

6. วงจรขยายตอไปนเปนวงจรขยาย ชอ

รปขอ 6 รปขอ 7

7. วงจรขยายตอไปนเปนวงจรขยาย ชอ 8. ทรานซสเตอรท างานได 3 สภาวะ คอ (1) สภาวะคตออฟ (2) สภาวะ และ

(3) สภาวะ 9. เมอทรานซสเตอรท างานเปนสวตช ขวใดคออนพต (ขว )ขวใดคอเอาตพต (ขว ) 10. เมอทรานซสเตอรท างานเปนสวตช เปด (turn-on) กระแสโหลดจะไหลผานทรานซสเตอรระหวาง

ขว และ ขว 11. เมอทรานซสเตอรท างานเปนสวตชเปด (turn-off) กระแสเบสจะมคาเทากบ A

จากรปกราฟคณลกษณะทางกระแสและแรงดนนใชตอบค าถามขอ 12-15

12. ทกระแสเบส 20 µA กระแสคอลเลกเตอร เทากบ mA 13. แรงดนไบแอสระหวางคอลเลกเตอรกบอมเตอร เทากบ V

14. ทจดท างาน (Q-point) กระแส IB = µA, IC = mA และ VCE = V

15. เมอทรานซสเตอรท างานใน สภาวะแอกตฟ สมการของ IC =

แรงดน VBE = V และแรงดน VCE > V

16. เมอทรานซสเตอรท างานใน สภาวะอมตว สมการของ IB =

แรงดน VBE(sat) = V และแรงดน VCE(sat) V 17. วงจรขยายแบบอมตเตอรรวม (ทรานซสเตอร) ท างานใน สภาวะแอกตฟ ถากระแสเบสเทากบ

1 mA และ β = 100 คากระแสคอลเลกเตอร เทากบ mA จากรปตอไปน ใชตอบค าถามขอ 18-21

18. หลอดไฟฟาจะตดสวางได เมอแรงดน VBB

19. ถาแรงดน VBB< 0.7V จะเปนอยางไร 20. วงจรทรานซสเตอรลกษณะน มชอเฉพาะวา วงจร

21. ถาทรานซสเตอรท างานในสภาวะอมตว กระแส IC = A และ VCE = V 22. จากตารางขอมลของทรานซสเตอรตอไปน ทรานซสเตอรขอใดทมอตราขยายกระแสสงส ด

ก) BFY50 ข) BFY51 ค) BFY52 ง) BFX85

Device Volts(max) Icmax Ptot (mW)

hFE(min) @Ic(mA) VCB VCE

BFY50 80 35 1A 800 30@150

BFY51 60 30 1A 800 40@150

BFY52 40 20 1A 800 60@150

BFX85 100 60 1A 800 70@150