Menggunakan transistor sebagai saklar, mengapa selalu memuat pada kolektor

Saya menemukan di sirkuit referensi bahwa ketika BJT digunakan sebagai saklar ketika akan digunakan dalam mode saturasi, beban selalu berada di kolektor. Untuk NPN emitor terhubung ke ground, untuk PNP emitor terhubung ke catu daya seperti ini:

1. Mengapa beban selalu ada di kolektor dan bukan sebaliknya?
2. Karena transistor hanya bertindak sebagai saklar, dapatkah seseorang juga menggunakan FET daripada BJT?
3. jika seseorang menggunakan BJT untuk multiplexing beberapa tampilan 7-segmen, arus semua 7 segmen harus melewati transistor. Jadi, ketika menggunakan transistor diskrit per unit 7-segmen dalam mode saturasi, akankah nilai gain arus yang berbeda dari transistor yang berbeda menyebabkan perbedaan kecerahan tampilan 7-segmen?

Tidak perlu menggunakan emitor ground, tetapi pertimbangkan alternatifnya

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Transistor yang digunakan sebagai saklar (dalam saturasi) biasanya akan memiliki tegangan kolektor-emitor sekitar 0,2 volt. Karena tegangan basis-emitor akan sekitar 0,7 volt, Vs harus setidaknya 0,5 volt di atas Vcc, ditambah tegangan apa pun yang diperlukan di R2 untuk mendapatkan arus basis hingga ke tingkat yang diperlukan. Dan arus basis itu akan signifikan. Terlepas dari keuntungan "biasa", transistor NPN dengan saturasi akan menampilkan gain yang jauh lebih rendah, dengan aturan praktis yang sama yaitu gain 10 untuk memastikan Vce rendah. Jadi sirkuit seperti yang ditunjukkan tidak dapat digunakan tanpa catu daya kedua yang lebih tinggi, yang bukan apa yang Anda sebut nyaman.

Ini, pada gilirannya, menjawab pertanyaan ketiga Anda. Karena transistor akan (secara normal, standar linier) sangat overdriven, mendapatkan variasi di antara transistor biasanya tidak akan memiliki efek yang jelas. Dalam rangkaian yang diperlihatkan, peningkatan 50% tegangan akan menyebabkan tegangan transistor meningkat dari 0,2 volt menjadi 0,3 volt, yang akan menurunkan tegangan beban dari 4,8 menjadi 4,7 volt, dan untuk display dan LED dan semacamnya hal ini tidak akan terlalu mencolok.

Untuk pertanyaan 2, jawabannya pasti ya. Dalam banyak hal, FET dan MOSFET lebih mudah untuk dikendarai, karena membutuhkan arus gerbang yang sangat sedikit (kecuali selama transisi). Dan, pada kenyataannya, CMOS adalah teknologi dominan untuk mikroprosesor dan chip grafis, dengan potensi jutaan transistor per chip. Sebenarnya, CPU kelas atas dan grafis IC saat ini berjalan antara 1 dan 2 miliar transistor. Mencoba melakukan ini dengan BJT tidak akan mungkin karena persyaratan saat ini.

Alasan sederhana untuk memiliki beban pada kolektor adalah karena menjaga arus basis tidak tergantung pada beban. Itu membuatnya jauh lebih mudah untuk menjaga transistor tetap jenuh.

Jika beban berada di emitor, maka arus basis tergantung pada beban. Jika bebannya adalah LED, maka tegangan yang harus Anda terapkan ke basis transistor untuk mencapai arus yang dibutuhkan naik oleh tegangan maju dari LED.

Jika beban adalah motor dan terhubung ke emitor, maka arus basis tergantung pada motor, dan akan bervariasi di semua tempat saat motor berputar.

1. Tidak selalu. Ada sirkuit yang disebut "pengikut emitor". Mereka tidak memperbesar tegangan, tetapi mereka memperkuat arus input.

2. Ya, untuk keperluan switching FET juga digunakan, saluran-n untuk sakelar sisi rendah, dan saluran p untuk sakelar sisi tinggi.

3. Jika Anda membuat BJT ke mode saturasi, kenaikan arus yang berbeda tidak masalah selama Anda memasok arus basis yang cukup untuk menjaga transistor tetap saturasi untuk keuntungan yang ditentukan pabrikan terendah.

Jika Anda mengendarai layar LED 7-segmen, Anda tidak mengontrol arus dengan mengendalikan transistor. Anda mengontrol arus / kecerahan dengan menggunakan resistor pembatas arus yang dihitung, dan modulasi lebar-pulsa dari sakelar jenuh. Pendekatan ini menghilangkan variabilitas transistor.

Ada banyak kasus di mana beban lebih baik ditempatkan di emitor. Sebagai contoh:

^{mensimulasikan rangkaian ini - Skema dibuat menggunakan CircuitLab}

Di sini satu set LED multipleks didorong oleh pengikut emitor untuk driver sisi tinggi. (dengan 8-digit 7-segmen + tampilan DP Anda akan memiliki 8 sisi tinggi, 8 sisi rendah dan 8 resistor secara seri dengan yang terakhir). Tidak ada resistor dasar yang diperlukan, menghemat ruang dan bagian.

Atau di sini:

^{mensimulasikan rangkaian ini}

Di sini gerbang logika secara langsung menggerakkan koil relay 4.5VDC tanpa komponen tambahan yang diperlukan.

Anda tidak mendapatkan gain tegangan dengan pengikut emitor tetapi Anda mendapatkan gain saat ini, tanpa inversi, dan kadang-kadang itulah yang diperlukan.

Pengikut emitor umumnya tidak memungkinkan transistor untuk jenuh (mungkin dengan menggerakkan basis dengan tegangan lebih tinggi dari kolektor, dan menambahkan resistor basis, tetapi tidak dapat terjadi jika basis digerakkan dari tegangan yang sama atau kurang dari pengumpul.

Ini berarti paling tidak 0,6V jatuh di transistor, yang tidak selalu buruk, dan karena transistor tidak jenuh itu beralih lebih cepat. Rangkaian sakelar emitor umum dapat mendorong transistor ke dalam saturasi, dengan mungkin 1/10 Vce, yang meminimalkan pemanasan.