Tranzystory cyfrowe

Dyskretne tranzystory, które dawniej stanowiły podstawowy budulec niemal wszystkich układów elektronicznych, w dobie techniki zdominowanej przez układy scalone wykorzystywane są w większości przypadków tylko do kluczowania. Przełączanie obciążeń (np. cewek przekaźników, elektromagnesów, czy też modułów oświetlenia LED), a nawet całych szyn zasilania, jest zadaniem, do którego tranzystory bipolarne oraz MOSFET są obecnie używane we wszystkich rodzajach urządzeń. Zastosowanie zwykłych tranzystorów w połączeniu z niskonapięciowymi mikrokontrolerami wiąże się jednak z pewnymi problemami, których rozwiązanie wymaga wyposażenia tych elementów w dodatkowe komponenty pasywne. Panaceum na bolączki projektantów układów mogą być nowoczesne tranzystory cyfrowe .

Tranzystor cyfrowy – budowa i zasada działania

Koncepcja tranzystora cyfrowego narodziła się z pewnych powtarzalnych wzorców, jakie stosowali projektanci urządzeń cyfrowych, wykorzystujący w swoich układach tranzystory bipolarne w roli kluczy do przełączania obciążeń. Obwód bazy wymaga ograniczenia wartości prądu podczas sterowania za pomocą stałego napięcia, jakie dostępne jest na wyjściu układu cyfrowego – stąd na schematach pojawia się nieodłącznie rezystor szeregowy, włączony pomiędzy bazę, a wyjście sterujące. W przypadku układów scalonych, które mogą w pewnych warunkach przełączać wyjścia w stan wysokiej impedancji (np. mikrokontrolery lub bufory trójstanowe) istnieje jednak ryzyko, że baza tranzystora będzie nie tylko niespolaryzowana, ale wręcz całkowicie odłączona od jakichkolwiek impedancji wejściowych (co określa się mianem „pływania”). W przypadku pojawienia się zakłóceń elektromagnetycznych bądź niepożądanych prądów upływu na płytce drukowanej, tranzystor mógłby przełączać obwód kolektora w niekontrolowany sposób – dlatego też w większości układów, równolegle do obwodu baza-emiter, dołączany jest rezystor o wartości od kilkudziesięciu do kilkuset kiloomów. Zapobiega on niepożądanym zachowaniom tranzystora, „ściągając” bazę do masy, gdy wyjście sterujące bazą znajduje się w stanie wysokiej impedancji.

Rodzaje tranzystorów cyfrowych

W roli tranzystorów cyfrowych występują zmodyfikowane tranzystory bipolarne oraz MOSFET , zaś wspomniana modyfikacja – polegająca na dodaniu rezystorów (dla tranzystorów BJT) lub diod (w modelach opartych na strukturach polowych) – odbywa się na poziomie tej samej płytki krzemowej, na której wykonany jest właściwy tranzystor. Dlatego też elementy takie są czasem nazywane tranzystorami z monolityczną siecią rezystorów. Najczęściej spotykane modele bazują na topologii NPN / N-MOSFET, gdyż w tych przypadkach obciążenie może być zasilane napięciem wyższym, niż napięcie zasilania układu cyfrowego. Co ciekawe i ważne, tranzystory cyfrowe – dzięki obecności dodatkowych elementów wewnętrznych – można najczęściej stosować zamiennie, co nie sprawdziłoby się przy zastosowaniu klasycznych tranzystorów polowych i bipolarnych. Warto dodać, że w przypadku tranzystorów cyfrowych opartych na strukturach MOSFET producenci starają się tak dobrać parametry struktury krzemowej, by napięcie progowe bramki było niskie, a co za tym idzie - możliwa stała się współpraca tranzystora nawet z niskonapięciowymi układami cyfrowymi (o napięciu zasilania często poniżej 3 V).

Praktyczne zalety tranzystorów cyfrowych

Możliwość podłączenia wyprowadzenia sterującego (bazy lub bramki) bezpośrednio do wyjścia układu cyfrowego znacząco redukuje stopień złożoności układu, co ma szczególne znaczenie, gdy w danym urządzeniu jest stosowanych kilka, kilkanaście, a nawet kilkadziesiąt tego typu elementów. Oprócz kosztów zakupu elementów obniżeniu ulega także rozmiar płytki drukowanej , a to ułatwia integrację z resztą urządzenia i dodatkowo zmniejsza koszty produkcji. W ofercie Sklepu AVT zamieściliśmy obszerny wybór tranzystorów cyfrowych, przeznaczonych do montażu powierzchniowego (SMD) – np. DTC114TT – jak i przewlekanego (w tej grupie polecamy model DTC124ES).