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Usiamo il transistor come un interruttore
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Sabato 14 Agosto 2010 08:35
Scritto da Brainbooster

Un pò di elettronica di base non guasta mai...

Il più semplice impiego del transistor con arduino, è quello di interruttore.
Quindi avremo in sostanza due condizioni, una che non consente la circolazione
della corrente (OFF) l'altra che la fa circolare con caduta di tensione minima (ON).
In questa applicazione il transistor è utilizzato nella connessione detta a emettitore comune;
si chiama così perchè l’emettitore fa parte sia del
circuito di ingresso che di quello di uscita (circuito comandato).
Il transistor quindi è in grado di comportarsi come interruttore in un circuito
consentendo o interrompendo il passaggio di corrente, a seguito di un comando ricevuto
dall’ingresso ma assorbendo dal circuito comandante una corrente molto più bassa di quella
necessaria al circuito comandato.

Ib << Ic

Nel funzionamento a commutazione, il transistor opera quindi in due sole condizioni: la SATURAZIONE e l’INTERDIZIONE.

Che diavolo significa?

Saturazione:

In saturazione, che si ha con opportuna corrente di base, positiva per un npn, la resistenza del transistor
(che significa TRANSfer resISTOR) tra collettore ed emettitore diventa molto bassa, quasi un cortocircuito.
Il transistor si comporta quindi come un interruttore chiuso e può alimentare un carico posto in serie,
al quale risulterà applicata quasi l'intera tensione di alimentazione, poiché la tensione tra i due elettrodi,
Vce, è molto piccola. Il transistor sarà attraversato dalla intensità di corrente determinata in pratica dalla
tensione di alimentazione diviso la resistenza del carico.

Interdizione:

In interdizione, con corrente di base nulla o negativa, la resistenza tra collettore ed emettitore diventa
invece alta, praticamente tutta la tensione di alimentazione si localizza tra questi due elettrodi, mentre
ai capi del carico la tensione è trascurabile, quindi anche la corrente. Il transistor si comporta perciò
come un interruttore aperto.


Il transistor-interruttore viene normalmente utilizzato con due alimentazioni (G1,G2), che provvedono
rispettivamente alle esigenze di corrente di comando e alle esigenze di corrente comandata.



Guardate lo schema nella seguente figura:


Trans_int


Abbiamo

S1= Interruttore

G1 = 5V

G2 = 5V

Rb = 50 kOhm

LMP1: Lampadina P = 225mW Voltaggio = 5V Corrente assorbita 45mA

Transistor: modello BC237


Vediamo come funziona...

Mediante linterruttore è possibile ottenere le due condizioni operative:

1.Transistor in saturazione (ON)

Portando l’interruttore in posizione ON (non come quello in figura).

Il circuito di base del transistor viene alimentato, attraverso la resistenza Rb, dalla batteria G1,
(ma potrebbe anche essere un pin di arduino in condizione HIGH);
applicando la legge di Kirchoff alla maglia collegata alla base si ottiene:

Vb = Rb Ib + Vbe

Quindi la corrente di base Ib è:

Ib = (Vb – Vbe) / Rb

La corrente Ib controlla la circolazione della corrente Ic nel collettore (maglia d'uscita) e,
se il transistor và in saturazione, la corrente circolante nella maglia vale:

Ic = Vcc / Rl  (dove Rl è la resistenza della lampadina)

Notate la relazione Ic = beta Ib       (il beta o hfe, non è altro che il guadagno del transistor, un valore che trovate nel datasheet del componente)

conserva comunque la propria validità, quindi la condizione di saturazione è garantita dalla circolazione
nella maglia di base, di una corrente:

Ib = Ic / beta

La corrente Ib necessaria alla saturazione, è un parametro intrinseco del componente (il transistor) che utilizziamo
e per questo dovremmo avere a disposizione il datasheet del componente per utilizzare i componenti
adeguati alla corretta ploarizzazione, ma anche per esempio sapere la corrente massima Ic che il nostro transistor
è in grado di sopportare e da lì dedurre la massima potenza del dispositivo pilotabile.

2.  Transistor in inderdizione (OFF)

Nella precedente immagine è riportato lo schema del transistor nel funzionamento a interruttore nella condizione di
interdizione:
In tale situazione risulta: tensione base-emettitore Vbe = 0V, quindi Ib = 0, pertanto dalla Ic = b Ib risulta che Ic =0.
E quindi possiamo considerare la maglia d’uscita come un circuito aperto:
infatti,in tale condizione la tensione collettore-emettitore risulta:

Vce = Vcc.

Conclusioni...
In definitiva il transistor può funzionare come un interruttore comandato, come ad esempio un relé.
Il comando è la corrente di base, che corrisponde alla corrente che eccita la bobina del relé ed aziona
il contatto di potenza. Come al solito, resistenza "molto alta" e "molto bassa" significa sempre
resistenza "molto maggiore" e "molto minore" della resistenza del carico. Il che significa che ogni
carico, a seconda della corrente che richiede, necessita per essere comandato, di transistor adatti:
né più né meno che se per comandarlo scegliessimo un normale interruttore.

Da questo poi, si evincono anche altri aspetti:
1) la scelta del transistor pilota, và effettuata in base alla corrente necessaria al carico da pilotare, quindi se per esempio devo pilotare un led che assorbe 1A, sceglierò in transistor con una corrente di collettore massima di 2,5A (meglio non lavorare al limite).
2)ricordate che nel transistor, scorre più o meno la stessa corrente del carico che pilotate, quindi se occorre provvedete ad un'adeguata dissipazione del calore prodotto (es. 1A del led a 2.3V sono 2.3W di potenza in gioco)
3) Solitamente, più grosso (come corrente di collettore) è il transistor e più "tosto" sarà da innescare (con la corrente di base), quindi c'è anche un limite massimo di corrente (imposto dalla corrente massima erogabile dai pin di arduino di 40mA) per il pilotaggio "diretto" di un solo transistor, dopodichè bisognerà mettere più stadi in cascata (o usare un darlington), o comunque "amplificare" la corrente di base, comunque mai usare come valore di Rb resistenze di  valore inferiore a 150ohm .

Ciao da Brainbooster, divertitevi!

 

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