Warum wird der Kollektor immer mit dem Transistor als Schalter belastet?

Ich finde in Referenzschaltungen, dass, wenn BJT als Schalter verwendet wird, wenn es im Sättigungsmodus verwendet wird, die Last immer am Kollektor ist. Bei NPN ist der Emitter mit Masse verbunden, bei PNP ist der Emitter wie folgt an die Stromversorgung angeschlossen:

1. Warum ist die Last immer am Kollektor und nicht umgekehrt?
2. Da der Transistor nur als Schalter fungiert, kann man anstelle von BJT auch einen FET verwenden?
3. Wenn man BJT zum Multiplexen mehrerer 7-Segment-Anzeigen verwendet, muss der Strom aller 7 Segmente durch einen Transistor fließen. Wenn also ein diskreter Transistor pro 7-Segment-Einheit im Sättigungsmodus verwendet wird, führen die unterschiedlichen Stromverstärkungswerte der verschiedenen Transistoren zu Helligkeitsunterschieden bei den 7-Segment-Anzeigen?

Es ist nicht erforderlich, einen geerdeten Emitter zu verwenden, sondern die Alternative in Betracht zu ziehen

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Ein Transistor, der als Schalter (in Sättigung) verwendet wird, hat typischerweise eine Kollektor-Emitter-Spannung von etwa 0,2 Volt. Da die Basis-Emitter-Spannung etwa 0,7 Volt beträgt, muss Vs mindestens 0,5 Volt über Vcc liegen, zuzüglich der an R2 erforderlichen Spannung, um den Basisstrom auf den erforderlichen Pegel zu bringen. Und dieser Basisstrom wird signifikant sein. Unabhängig von der "normalen" Verstärkung zeigt ein NPN-Transistor in Sättigung eine viel geringere Verstärkung an, wobei die typische Faustregel eine Verstärkung von 10 ist, um eine niedrige Vce sicherzustellen. Daher kann die gezeigte Schaltung nicht ohne eine zweite, höhere Stromversorgung verwendet werden, was Sie nicht als praktisch bezeichnen würden.

Dies beantwortet wiederum Ihre dritte Frage. Da der Transistor (nach normalen linearen Standards) stark übersteuert wird, haben Verstärkungsschwankungen zwischen Transistoren typischerweise keinen offensichtlichen Effekt. In der gezeigten Schaltung führt ein Spannungsanstieg von 50% dazu, dass die Transistorspannung von 0,2 Volt auf 0,3 Volt ansteigt, wodurch die Lastspannung von 4,8 auf 4,7 Volt abfällt, und bei Anzeigen und LEDs ist dies nicht wahrnehmbar.

Auf Frage 2 lautet die Antwort definitiv Ja. In vielerlei Hinsicht sind FETs und MOSFETs einfacher anzusteuern, da sie sehr wenig Gate-Strom benötigen (außer bei Übergängen). Tatsächlich ist CMOS die dominierende Technologie für Mikroprozessoren und Grafikchips mit potenziell Millionen von Transistoren pro Chip. Tatsächlich laufen High-End-CPUs und Grafik-ICs heutzutage zwischen 1 und 2 Milliarden Transistoren. Der Versuch, dies mit BJTs zu tun, wäre aufgrund der aktuellen Anforderungen einfach unmöglich.

Ein einfacher Grund für die Belastung des Kollektors besteht darin, dass der Basisstrom unabhängig von der Last bleibt. Das macht es viel einfacher, den Transistor zuverlässig gesättigt zu halten.

Befindet sich die Last am Emitter, hängt der Basisstrom von der Last ab. Wenn die Last eine LED ist, steigt die Spannung, die Sie an die Transistorbasis anlegen müssen, um den erforderlichen Strom zu erreichen, um die Durchlassspannung der LED.

Wenn die Last ein Motor ist und mit dem Emitter verbunden ist, hängt der Basisstrom vom Motor ab und variiert überall, wenn sich der Motor dreht.

1. Nicht immer. Es gibt Schaltungen, die als "Emitterfolger" bezeichnet werden. Sie verstärken die Spannung nicht, aber den Eingangsstrom.

2. Ja, für Schaltzwecke werden auch FETs verwendet, n-Kanal für Low-Side-Switch und P-Kanal für High-Side-Switch.

3. Wenn Sie einen BJT in den Sättigungsmodus versetzen, spielen unterschiedliche Stromverstärkungen keine Rolle, solange Sie genügend Basisstrom liefern, um den Transistor für die niedrigste vom Hersteller angegebene Verstärkung in Sättigung zu halten.

Wenn Sie eine 7-Segment-LED-Anzeige ansteuern, steuern Sie den Strom nicht durch Steuern des Transistors. Sie steuern den Strom / die Helligkeit mithilfe eines berechneten Strombegrenzungswiderstands und der Pulsweitenmodulation gesättigter Schalter. Dieser Ansatz eliminiert die Variabilität des Transistors.

Es gibt viele Fälle, in denen die Last besser im Emitter platziert wird. Zum Beispiel:

^{simulieren Sie diese Schaltung - Schema erstellt mit CircuitLab}

Hier wird ein gemultiplexter Satz von LEDs von Emitterfolgern für die High-Side-Treiber angesteuert. (Mit einem 8-stelligen 7-Segment + DP-Display hätten Sie 8 High-Side-, 8 Low-Side- und 8 Widerstände in Reihe mit letzterem) Es sind keine Basiswiderstände erforderlich, was Platz und Teile spart.

Oder hier:

^{simulieren Sie diese Schaltung}

Hier steuert ein Logikgatter direkt eine 4,5-VDC-Relaisspule an, ohne dass zusätzliche Komponenten erforderlich sind.

Mit einem Emitterfolger erhalten Sie keine Spannungsverstärkung, aber Sie erhalten eine Stromverstärkung ohne Inversion, und manchmal ist genau das erforderlich.

Emitterfolger lassen den Transistor im Allgemeinen nicht sättigen (dies ist möglich, indem die Basis mit einer höheren Spannung als der Kollektor angesteuert und ein Basiswiderstand hinzugefügt wird, dies kann jedoch nicht geschehen, wenn die Basis mit derselben Spannung oder weniger als der betrieben wird Kollektor.

Dies bedeutet einen Abfall von mindestens 0,6 V über den Transistor, was nicht immer so schlimm ist, und da der Transistor nicht gesättigt ist, schaltet er schneller. Gemeinsame Emitterschalterschaltungen können den Transistor tief in die Sättigung bringen, mit vielleicht 1/10 Vce, wodurch die Erwärmung minimiert wird.