7. Tranzistor jako spínač
Nejčastější použití tranzistoru v praxi: mikrokontrolér chce sepnout relé, motorek, žárovku nebo cívku, ale jeho vývod uveze 20 mA a zátěž bere 500 mA. Mezi ně patří tranzistor.
Návrh: přebuď to
Zesilovač se navrhuje na β. Spínač se navrhuje tak, aby na β nezáleželo. Postup:
- Zjisti potřebný proud kolektoru: IC = Unapájení / RL.
- Vydělíš ho ne katalogovým β, ale vynuceným ziskem 10. To je ten proud báze, který chceš.
- Bázový odpor: RB = (Uřídicí − 0,7) / IB.
Vynucený zisk 10 znamená, že do báze pouštíš desetkrát víc proudu, než by stačilo. Tím se tranzistor dostane hluboko do nasycení, UCE spadne na UCE(sat) (typicky 0,1–0,3 V) a ztráta je zanedbatelná. A hlavně: funguje to, i když má konkrétní kus β = 80 místo 250.
Když nestačí jeden
- Darlington — dva tranzistory za sebou, β se vynásobí (typicky 1000+). Cena: úbytek v sepnutém stavu je dva přechody B–E, tedy asi 0,9 V místo 0,2 V. Při 5 A to jsou 4,5 W tepla.
- MOSFET — nemá proudový zisk, protože nepotřebuje žádný řídicí proud, a v sepnutí má odpor místo úbytku. To je kapitola 10 a 11, a je to důvod, proč Darlington ve výkonové technice prakticky vymřel.
Horní spínač a proč je to problém
NPN dole (emitor na zemi) je snadné. NPN nahoře, mezi napájením a zátěží, snadné není: emitor by byl na potenciálu zátěže, takže by báze musela být ještě o 0,7 V výš než napájení. Řešení jsou tři: PNP (jednoduché, ale horší), nábojová pumpa, nebo bootstrap — a ten je popsaný v BridgeLabu, protože v můstku ho potřebuješ vždycky.