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트랜지스터를 스위치로 사용: 실용 가이드

트랜지스터를 스위치로 사용하는 것은 실용적이고 유용한 기술입니다. 매우 간단한 회로에 트랜지스터를 설정하면 DC 모터, 램프, 버저 등과 같은 것들을 쉽게 제어할 수 있습니다.

이는 초보자와 숙련된 전자 매니아 모두에게 유용합니다. 이 가이드에서는 가장 일반적인 트랜지스터(MOSFET 및 BJT)를 스위치로 설정하기 위한 기본 사항, 필요한 구성 요소 및 단계별 지침을 알아봅니다.

추신! 트랜지스터를 처음 접하는 분이라면 이 기사를 시작하기 전에 트랜지스터 작동 원리를 읽어 보시기 바랍니다.

BJT(양극성 접합 트랜지스터) 사용

바이폴라 접합 트랜지스터는 NPN과 PNP의 두 가지 유형이 있으며 각 유형에는 베이스, 컬렉터, 이미터의 세 가지 단자가 있습니다. 이러한 트랜지스터의 주요 특징 중 하나는 베이스 단자를 통해 흐르는 전류의 양에 의해 제어된다는 것입니다.

BJT는 완전히 켜져 있거나 완전히 꺼져 있거나 그 사이에 있을 수 있습니다. 바이폴라 접합 트랜지스터의 작동 영역은 다음과 같습니다.

  • 포화 영역(트랜지스터가 완전히 ON됨)
  • 차단 영역(트랜지스터가 꺼진 상태)
  • 활성 영역(트랜지스터는 완전히 ON과 OFF 사이에 있음)

트랜지스터를 스위치로 사용하려면 차단 영역(열린 스위치)과 포화 영역(닫힌 스위치) 사이를 변경할 수 있도록 트랜지스터를 설정해야 합니다.

하지만 걱정하지 마세요. 실제보다 더 복잡해 보입니다. 😉

스위치로서의 NPN 트랜지스터

NPN 트랜지스터가 어떻게 스위치로 작동할 수 있는지 이해하기 위해 실제 예를 들어보겠습니다.

예를 들어 Arduino에서 0V에서 5V(0과 1)로 전환되는 디지털 신호가 있고 24V 램프를 제어하려고 한다고 가정해 보겠습니다. 디지털 신호를 직접 사용할 수는 없지만 다음과 같이 NPN 트랜지스터를 사용할 수 있습니다.

BJT 공통 이미 터

입력 신호를 5V로 설정하면 R을 통해 전류가 흐릅니다.트랜지스터가 닫힌 스위치 역할을 하여 램프가 켜집니다.

bjt 공통 이미 터 gif

디지털 입력 신호가 0이면 전압이 인가되지 않으므로 R에는 전류가 흐르지 않습니다.. 이로 인해 트랜지스터가 열린 스위치 역할을 하여 램프가 꺼집니다.

참고: 이 회로에서는 디지털 입력 신호를 사용하지만 이를 DC 신호로 대체할 수 있습니다. 예를 들어 DC 전원 공급 장치에 연결된 푸시 버튼일 수 있습니다.

기본 저항기를 선택하는 방법

바이폴라 트랜지스터는 적용하는 베이스 전류에 의해 제어됩니다. 컬렉터에서 이미터로 가는 전류는 베이스에서 이미터로 가는 전류에 트랜지스터의 이득(β)을 곱하여 구할 수 있습니다. 이와 같이:

$I_{C}=\beta\times I_{B}$

따라서 R에 대한 올바른 저항 값을 선택하십시오. 꽤 중요합니다.

BJT의 베이스-에미터 부분은 다이오드 역할을 하므로 베이스 저항 계산은 LED에 저항을 사용할 때와 동일하게 작동합니다.

다이오드와 직렬로 저항기를 배치하면 다이오드는 필요한 모든 전압(베이스-이미터 다이오드의 경우 0.7V)을 포착하고 나머지는 저항기를 통해 강하합니다. 따라서 다음과 같이 기본 저항을 통해 전류를 계산할 수 있습니다.

$I_{B} & =\frac{5V-0.7V}{R_{B}}=\frac{4.3V}{R_{B}}$

R의 값을 결정하려면먼저 부하에 필요한 전류를 알아야 합니다. 이것이 컬렉터 전류입니다.. 1A가 필요한 램프와 이득이 100인 트랜지스터가 있다면 베이스 전류가 필요할 것입니다.의:

$I_{B}=\frac{1\,A}{100}=0.01\,A=10\,mA$

이제 내가 얼마나 많은지 알았으니 필요한 경우 옴의 법칙을 사용하여 저항 값을 찾을 수 있습니다.

찾고자 하는 저항(R) 위에 손을 대면 전압(V)과 전류(I)가 남습니다.

$R_{B} & =\frac{V_{RB}}{I_{B}}=\frac{5V-0.7V}{10\,mA}=430\,\var오메가$

저항에 대한 옴의 법칙

참고: 트랜지스터에는 전류 제한이 있습니다. 많은 범용 트랜지스터는 최대 100mA만 제공합니다. 따라서 1A 전류의 경우 이를 처리할 수 있는 트랜지스터를 선택하는 것이 중요합니다.

스위치로서의 PNP 트랜지스터

PNP 트랜지스터는 스위칭 동작을 위해 NPN 트랜지스터와 동일한 방식으로 작동하지만 전류는 반대 방향으로 흐릅니다.

공통 이미터 구성에서 PNP 트랜지스터를 사용하여 25W 램프를 다시 켜거나 끄도록 하겠습니다.

스위치로서의 PNP 트랜지스터

위에서 볼 수 있듯이 트랜지스터를 구동하기 위해 디지털 신호를 제공하는 대신 회로에 이제 푸시 버튼이 포함됩니다. 나중에 디지털 신호를 사용하는 방법을 배우겠습니다.

PNP 공통 이미터 설정은 이미터가 전원 공급 장치의 양극 단자에 연결되어 있기 때문에 이상하게 보일 수 있습니다. 그러나 전류가 반대 방향으로 흐르기 때문에 PNP를 켜려면 베이스가 이미터보다 더 음극이어야 함을 의미합니다.

따라서 램프는 여전히 컬렉터에 연결되어 있지만 이제는 전원 공급 장치의 음극 단자에 연결됩니다.

스위치 gif로 PNP 트랜지스터

푸시 버튼이 열리면 베이스를 통해 전류가 흐르지 않습니다. 이는 트랜지스터가 활성화되지 않고 개방 스위치 역할을 하여 부하가 꺼지는 것을 의미합니다. 그러나 푸시 버튼을 누르면 베이스와 컬렉터를 통해 전류가 흐르고 트랜지스터가 닫힌 스위치 역할을 하여 램프가 켜집니다.

기본 저항기를 선택하는 방법

NPN 트랜지스터의 기본 저항에 대해 수행한 계산은 PNP 트랜지스터에 대해 거의 동일합니다.

예를 들어 램프에 1A가 필요하고 β가 50인 트랜지스터를 사용하는 경우그럴 것이다…

$I_{B}=\frac{1\,A}{50}=0.02\,A=20\,mA$

따라서 이전과 마찬가지로 일단 I가 있으면 현재로서는 옴의 법칙만 적용하면 됩니다. NPN 트랜지스터에서 했던 것과 약간의 차이가 있습니다.RB V 사이의 전압 차이입니다CC 그리고 VBE.

$R_{B} & =\frac{V_{RB}}{I_{B}}=\frac{24V-0.7V}{20\,mA}=1165 \,\var오메가$

마이크로컨트롤러가 있는 PNP 트랜지스터

PNP 트랜지스터 베이스의 전압이 V 미만일 때마다CC트랜지스터가 활성화되어 디지털 신호를 베이스에 직접 연결하는 것이 비현실적입니다. 디지털 신호로 PNP 트랜지스터를 제어하려면 Sziklai 구성을 사용할 수 있습니다.

PNP 록키

스위치로서의 MOSFET

MOSFET 트랜지스터에는 소스(S), 게이트(G), 드레인(D)의 세 가지 다리가 있습니다.

MOSFET과 BJT의 주요 차이점 중 하나는 BJT는 베이스를 통과하는 전류에 의해 제어되는 반면 MOSFET은 게이트의 전압에 의해 제어된다는 것입니다.

BJT와 마찬가지로 MOSFET에는 nMOS와 pMOS의 두 가지 유형이 있습니다. 스위치로 사용하는 방법을 살펴보겠습니다.

스위치로서의 nMOS 트랜지스터

nMOS 트랜지스터는 다음과 같이 작동합니다. 트랜지스터의 임계 전압(V)가 게이트와 소스 사이에 적용되면 전류가 드레인에서 소스로 흘러 트랜지스터가 닫힌 스위치로 작동하게 됩니다.

게이트에 0V가 인가되면 전류가 흐르지 않으므로 트랜지스터는 열린 스위치처럼 동작합니다.

램프를 켜 보겠습니다.

스위치로 N 채널 향상

위 회로에서 램프는 DC 전원 공급 장치의 드레인과 양극 단자에 연결되고 소스는 음극 단자에 연결됩니다.

푸시 버튼을 누르면 게이트와 소스 사이의 양의 전압으로 인해 드레인에서 소스로 전류가 흐르고 램프가 켜집니다.

게이트에 사용하는 전압이 전압 임계값(V) 제조업체에서 명시한 것입니다. 예를 들어, IRF510 MOSFET에는 V가 있습니다. 2.0V이므로 5V도 문제없이 사용할 수 있습니다.

스위치 gif로 N 채널 향상

반대의 경우 푸시버튼이 열리면 전류가 흐르지 못하기 때문에 램프가 꺼지게 됩니다.

당신은 궁금할 것입니다. 그리고 R은 어떻습니까?GS? 음, 트랜지스터 비활성화를 보장하려면 게이트에 풀다운 저항이 필요합니다. 이는 MOSFET의 게이트-소스 부분이 커패시터처럼 동작하기 때문입니다. 따라서 게이트를 전압에 연결한 후 플로팅 상태로 두면 이 전압은 게이트에 남아 트랜지스터를 계속 켜진 상태로 유지합니다.

R의 가치GS 중요하지 않습니다. 10kΩ 저항이 제대로 작동합니다.

스위치로서의 pMOS 트랜지스터

pMOS 트랜지스터는 다음과 같이 작동합니다. 트랜지스터를 켜려면 소스에서 게이트로 임계 전압(V)보다 높아야 합니다.) 트랜지스터의. 이는 nMOS의 전압과 반대입니다. 소스로 가는 게이트 V보다 높아야 해.

실제로 해야 할 일은 게이트가 소스보다 더 음수인지 확인하는 것입니다. 이를 위해 다음 회로를 사용할 수 있습니다.

스위치로 P 채널 향상

위의 회로도에서 볼 수 있듯이 이제 램프는 DC 전원 공급 장치의 음극 단자와 드레인에 연결되고 소스는 양극 단자에 연결됩니다.

MOSFET의 게이트는 스위치로 제어됩니다. L2와 접촉하면 게이트가 소스보다 음극이 되어 램프가 켜집니다.

스위치가 L1에 접촉되면 게이트와 소스 사이의 전압이 0V가 되어 램프가 꺼집니다.

스위치로 P 채널 향상

MOSFET에 게이트 저항이 필요합니까?

짧은 대답은 ‘아니오’입니다. 하지만 이는 모두 애플리케이션에 따라 다릅니다. 예를 들어, 과전류에 민감한 출력 핀이 있는 마이크로컨트롤러로 N채널 MOSFET을 구동하려면 다음 회로를 사용해야 합니다.

마이크로컨트롤러가 있는 MOSFET 스위치

게이트 저항 없이 디지털 장치와 함께 MOSFET을 사용하면 대부분 작동할 수 있지만 이를 추가하면 잠재적인 과전류 문제를 방지하는 데 도움이 될 수 있습니다. 이에 대한 자세한 내용은 MOSFET 게이트 저항기에 대한 기사에서 확인할 수 있습니다.

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