Используя транзистор в качестве переключателя, почему нагрузка всегда на коллекторе

Я нахожу в опорных цепях, что когда BJT используется в качестве переключателя, когда он будет использоваться в режиме насыщения, нагрузка всегда находится на коллекторе. Для NPN излучатель подключен к земле, для PNP излучатель подключен к источнику питания следующим образом:

1. Почему нагрузка всегда на коллекторе, а не наоборот?
2. Поскольку транзистор действует только как переключатель, можно ли использовать полевой транзистор вместо BJT?
3. если кто-то использует BJT для мультиплексирования нескольких 7-сегментных дисплеев, ток всех 7-ти сегментов должен проходить через транзистор. Итак, при использовании дискретного транзистора на 7-сегментный блок в режиме насыщения, приведут ли различные значения усиления тока разных транзисторов к разнице в яркости 7-сегментных дисплеев?

Не обязательно использовать заземленный излучатель, но рассмотрите альтернативный

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Транзистор, используемый в качестве переключателя (в режиме насыщения), обычно будет иметь напряжение коллектор-эмиттер около 0,2 вольт. Поскольку напряжение базового эмиттера будет составлять около 0,7 В, напряжение Vs должно быть как минимум на 0,5 В выше Vcc, плюс любое напряжение, требуемое на R2, чтобы поднять ток базы до требуемого уровня. И этот базовый ток будет значительным. Независимо от «обычного» усиления, NPN-транзистор с насыщением будет демонстрировать гораздо меньшее усиление, при этом типичное правило большого пальца - это усиление 10 для обеспечения низкого Vce. Таким образом, схема, показанная на рисунке, не может быть использована без второго, более высокого источника питания, что не очень удобно.

Это, в свою очередь, отвечает на ваш третий вопрос. Поскольку транзистор будет (по обычным линейным стандартам) сильно перегружен, вариации усиления между транзисторами обычно не будут иметь очевидного эффекта. В показанной схеме увеличение напряжения на 50% приведет к увеличению напряжения на транзисторе с 0,2 вольт до 0,3 вольт, что приведет к падению напряжения нагрузки с 4,8 до 4,7 вольт, а для дисплеев и светодиодов это будет незаметно.

Что касается вопроса 2, ответ определенно да. Во многих отношениях полевые транзисторы и полевые транзисторы легче управлять, поскольку они требуют очень малого тока затвора (за исключением переходов). И, по сути, CMOS является доминирующей технологией для микропроцессоров и графических чипов, потенциально с миллионами транзисторов на чип. Ну, на самом деле, высокопроизводительные процессоры и графические ИС в настоящее время работают от 1 до 2 миллиардов транзисторов. Попытка сделать это с BJT просто невозможна из-за текущих требований.

Простая причина иметь нагрузку на коллектор состоит в том, что он поддерживает базовый ток независимым от нагрузки. Это значительно облегчает надежное поддержание насыщенности транзистора.

Если нагрузка находится на эмиттере, то базовый ток зависит от нагрузки. Если нагрузка представляет собой светодиод, то напряжение, которое необходимо приложить к базе транзистора для достижения необходимого тока, увеличивается на прямое напряжение светодиода.

Если нагрузка является двигателем и она подключена к эмиттеру, то базовый ток зависит от двигателя и будет изменяться повсюду при вращении двигателя.

1. Не всегда. Существуют схемы, называемые «эмиттер-повторитель». Они не усиливают напряжение, но усиливают входной ток.

2. Да, для целей переключения также используются полевые транзисторы, n-канал для коммутатора нижней стороны и p-канал для коммутатора верхней стороны.

3. Если вы переводите BJT в режим насыщения, различные значения усиления по току не имеют значения, если вы подаете достаточный базовый ток, чтобы поддерживать транзистор в насыщении для минимального указанного производителем усиления.

Если вы управляете 7-сегментным светодиодным дисплеем, вы не управляете током, управляя транзистором. Вы управляете током / яркостью, используя рассчитанный ограничивающий ток резистор и широтно-импульсную модуляцию насыщенных переключателей. Этот подход устраняет изменчивость транзистора.

Есть много случаев, когда нагрузка лучше размещена в эмиттере. Например:

^{смоделировать эту схему - схема, созданная с использованием CircuitLab}

Здесь мультиплексированный набор светодиодов управляется эмиттерами для драйверов верхней стороны. (с 8-разрядным 7-сегментным дисплеем + DP у вас будет 8 последовательных с последним верхним, 8 нижним и 8 резисторами последовательно) Не ​​требуется никаких базовых резисторов, что экономит пространство и детали.

Или здесь:

^{смоделировать эту схему}

Здесь логический вентиль непосредственно управляет катушкой реле 4,5 В без дополнительных компонентов.

Вы не получаете усиление напряжения с повторителем эмиттера, но вы получаете усиление тока без инверсии, и иногда это именно то, что требуется.

Последователи эмиттера, как правило, не позволяют насыщать транзистор (это возможно путем возбуждения базы с более высоким напряжением, чем у коллектора, и добавления базового резистора, но это не может произойти, если база работает от того же напряжения или меньше, чем коллектор.

Это означает падение напряжения не менее 0,6 В на транзисторе, что не всегда так плохо, и поскольку транзистор не насыщается, он переключается быстрее. Обычные цепи переключателя эмиттера могут толкать транзистор вглубь до насыщения, возможно, на 1/10 Vce, что сводит к минимуму нагрев.