Utilizzando il transistor come interruttore, perché il carico è sempre sul collettore

Trovo nei circuiti di riferimento che quando BJT viene utilizzato come interruttore quando verrà utilizzato in modalità di saturazione, il carico è sempre sul collettore. Per NPN l'emettitore è collegato a terra, per PNP l'emettitore è collegato all'alimentazione in questo modo:

1. Perché il carico è sempre sul collettore e non viceversa?
2. Dal momento che il transistor funziona solo come un interruttore, si può usare anche un FET anziché BJT?
3. se si utilizza BJT per il multiplexing di più display a 7 segmenti, la corrente di tutti e 7 i segmenti deve passare attraverso un transistor. Quindi, quando si utilizza un transistor discreto per unità a 7 segmenti in modalità saturazione, i diversi valori di guadagno di corrente dei diversi transistor porteranno a differenze di luminosità dei display a 7 segmenti?

Non è necessario utilizzare un emettitore collegato a terra, ma considerare l'alternativa

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Un transistor utilizzato come interruttore (in saturazione) avrà in genere una tensione di collettore-emettitore di circa 0,2 volt. Poiché la tensione dell'emettitore di base sarà di circa 0,7 volt, Vs deve essere almeno 0,5 volt al di sopra di Vcc, oltre a qualsiasi tensione richiesta su R2 per portare la corrente di base al livello richiesto. E quella corrente di base sarà significativa. Indipendentemente dal guadagno "ordinario", un transistor NPN in saturazione visualizzerà un guadagno molto più basso, con la regola empirica tipica che è un guadagno di 10 per garantire un Vce basso. Quindi il circuito come mostrato non può essere utilizzato senza un secondo alimentatore più alto, che non è quello che chiameresti conveniente.

Questo, a sua volta, risponde alla tua terza domanda. Dal momento che il transistor sarà (secondo gli standard lineari normali) fortemente overdrive, le variazioni di guadagno tra i transistor in genere non avranno alcun effetto evidente. Nel circuito mostrato, un aumento della tensione del 50% provocherà un aumento della tensione del transistor da 0,2 volt a 0,3 volt, che farà cadere la tensione di carico da 4,8 a 4,7 volt, e per display e LED e questo sarà impercettibile.

Per quanto riguarda la domanda 2, la risposta è sicuramente sì. Per molti aspetti, FET e MOSFET sono più facili da guidare, poiché richiedono pochissima corrente di gate (tranne durante le transizioni). E, in effetti, CMOS è la tecnologia dominante per microprocessori e chip grafici, con potenzialmente milioni di transistor per chip. Bene, in realtà, le CPU di fascia alta e i circuiti integrati grafici funzionano oggi tra 1 e 2 miliardi di transistor. Cercare di farlo con i BJT sarebbe semplicemente impossibile a causa degli attuali requisiti.

Un semplice motivo per avere il carico sul collettore è che mantiene la corrente di base indipendente dal carico. Ciò semplifica notevolmente la saturazione affidabile del transistor.

Se il carico si trova sull'emettitore, la corrente di base dipende dal carico. Se il carico è un LED, la tensione che è necessario applicare alla base del transistor per raggiungere la corrente necessaria aumenta dalla tensione diretta del LED.

Se il carico è un motore ed è collegato all'emettitore, la corrente di base dipende dal motore e varierà dappertutto man mano che il motore gira.

1. Non sempre. Esistono circuiti chiamati "follower emettitore". Non amplificano la tensione, ma amplificano la corrente di ingresso.

2. Sì, anche a scopo di commutazione vengono utilizzati FET, canale n per interruttore lato basso e canale p per interruttore lato alto.

3. Se si imposta un BJT in modalità di saturazione, i diversi guadagni di corrente non contano finché si fornisce abbastanza corrente di base per mantenere il transistor in saturazione per il guadagno specificato dal produttore più basso.

Se si guida un display a LED a 7 segmenti, non si controlla la corrente controllando il transistor. Puoi controllare la corrente / luminosità usando una resistenza di limitazione della corrente calcolata e la modulazione della larghezza di impulso degli interruttori saturi. Questo approccio elimina la variabilità del transistor.

Ci sono molti casi in cui il carico è posizionato meglio nell'emettitore. Per esempio:

^{simula questo circuito - Schema creato usando CircuitLab}

Qui una serie multipla di LED è guidata da follower di emettitori per i driver high side. (con un display a 7 segmenti + DP a 8 cifre avresti 8 lato alto, 8 lato basso e 8 resistori in serie con quest'ultimo) Non sono necessari resistori di base, risparmiando spazio e parti.

O qui:

^{simula questo circuito}

Qui un gate logico aziona direttamente una bobina di relè 4.5VDC senza componenti aggiuntivi richiesti.

Non si ottiene un guadagno di tensione con un follower di emettitori, ma si ottiene un guadagno di corrente, senza inversione, e talvolta è esattamente ciò che è richiesto.

I follower degli emettitori generalmente non consentono al transistor di saturare (è possibile pilotare la base con una tensione superiore rispetto al collettore e aggiungere un resistore di base, ma non può accadere se la base è pilotata dalla stessa tensione o inferiore alla collettore.

Ciò significa una caduta di almeno 0,6 V attraverso il transistor, il che non è sempre così grave e, poiché il transistor non si satura, passa più velocemente. I circuiti di commutazione dell'emettitore comune possono spingere il transistor in profondità in saturazione, con forse 1/10 del Vce, che riduce al minimo il riscaldamento.