شبیه سازی ترانزیستور در پروتئوس (کار با مدار ترانزیستوری)

نرم افزار پروتئوس شامل تعداد زیادی از انواع ترانزیستور است. از این نرم افزار می توان به عنوان کمک برای انتخاب کردن ترانزیستور در طراحی مدار استفاده کرد. در این درس در مورد مدارهای اساسی با استفاده از ترانزیستورها و تجزیه و تحلیل آن مدارها رابا ابزارهای موجود در نرم افزار پروتئوس توضیح میدهیم.

قسمت قبل: شبیه سازی گیت های منطقی در پروتئوس

ترانزیستورها در پروتئوس

انواع مختلفی از ترانزیستورها مانند BJT، FET، MOSFET و برخی از سوئیچ های نیمه هادی الکترونیکی قدرت مانند SCR، TRIAC، IGBT و … در پروتئوس موجود هستند. بیشتر BJT ها برای کاربردهای کم توان و تقویت کننده استفاده می شوند، در حالی که MOSFET، IGBT برای فرکانس سوئیچینگ بالا و بارهای توان بالا استفاده می شوند. به عنوان مثال اینورترها، یو پی اس خانگی و …. حتی SCR، TRIAC مستقیماً در دسته ترانزیستورها قرار نمی گیرند، اما آنها نیز مشابه ترانزیستورهای مدارهای AC هستند.

ترانزیستور به عنوان سوئیچ

کاربرد اصلی ترانزیستور کارکردن آن به عنوان سوئیچ است. یکی از رایج ترین کاربردها، کنترل رله برای روشن/خاموش کردن بار است. سیگنال کنترل ممکن است با ورودی دستی بدست آید یا توسط بلوک دیگری در مدار تولید شود.

مدار زیر نحوه استفاده از ترانزیستور به عنوان سوئیچ در نرم افزار Proteus را برای کار با رله با استفاده از ترانزیستور BC 547 توضیح می دهد.

یک ترانزیستور در برنامه های سوئیچینگ دارای حالت Cut-Off و عملکرد حالت اشباع است. اگر سیگنال Base اعمال نشود، ترانزیستور در حالت OFF باقی می ماند که به عنوان حالت Cut-Off شناخته می شود. هنگامی که Vbe کافی اعمال شود، ترانزیستور روشن می شود و در حالت اشباع است. ولتاژ مورد نیاز برای فعال شدن یا اطلاعات مورد نیاز دیگر را میتوانید در دیتاشیت ترانزیستور خود بخوانید.

مدار لچینگ بای استبل ترانزیستور

یک مدار بای استبل دارای دو حالت پایدار است، یعنی ترمینال خروجی که به عنوان مرجع در نظر گرفته می شود بسته به موقعیت سوئیچ در حالت High یا Low باقی می ماند.

وضعیت ترانزیستورها با تغییر موقعیت سوئیچ تغییر می کند. بین دو عمل سوئیچینگ، ترانزیستورها در یکی از حالت های پایدار خود باقی می مانند.

مدار مونو استبل با ترانزیستور

یک مدار ثابت تنها یک حالت پایدار دارد، یعنی ترمینال خروجی که به عنوان مرجع در نظر گرفته می شود، برای مدت زمان از پیش تعیین شده در حالت High یا Low باقی می ماند.

با اعمال لبه منفی به ترانزیستور خروجی، حالت خود را از Low به High تغییر می دهد و تا مدت زمان ثابت زمانی T در حالت بالا باقی می ماند و به حالت Low یعنی حالت پایدار برمی گردد.

T=0.693*R*C

در ابتدا Q2 در حالت OFF خواهد بود و خازن تا Vcc شارژ می شود. هنگامی که پالس مثبت اعمال می شود، Q2 روشن و Q1 خاموش می شود. خازن از طریق Q2 تخلیه می شود. پس از تخلیه کامل خازن، Q2 خاموش می شود و از طریق Q1 شارژ می شود و آن را روشن می کند.

مولتی ویبراتور پایدار در پروتئوس

مدار استیبل حالت پایداری ندارد، یعنی وضعیت خروجی به طور مداوم با دوره زمانی از پیش تعیین شده تغییر می کند. این مدار به عنوان نوسانگر آزاد در حال اجرا نیز نامیده می شود. این در مدارهای اینورتر موج مربعی، مدارهای نور در حال اجرا و غیره استفاده می شود.

چرخه های شارژ و دشارژ مانند مدار مونو استبل، به طور مداوم در این مدار اتفاق می افتد و بنابراین آن را به یک نوسانگر آزاد تبدیل می کند. بازه زمانی از فرمول زیر بدست می آید:

T=0.693*R*C

مدار اینورتر موج مربعی در پروتئوس

با استفاده از ترانزیستورهای قدرت می توان اینورتر موج مربعی را طراحی کرد. مدار زیر از ژنراتور پالس نرم افزار پروتئوس برای ارائه سیگنال های سوئیچینگ به ترانزیستورها استفاده می کند.

مدار اینورتر اساساً یک تقویت کننده Push-Pull است. هنگامی که سیگنال سوئیچینگ +ve sat است، ترانزیستور NPN روشن و ترانزیستور PNP خاموش می شود. به همین ترتیب، هنگامی که سیگنال سوئیچینگ -ve sat است، ترانزیستور PNP روشن و ترانزیستور NPN خاموش می شود. این باعث می شود که جریان در هر دو جهت از بار عبور کند.

ممکن است یک ترانسفورماتور و یک خازن مناسب برای افزایش ولتاژ بار وصل شوند. با این حال، این مثال بر استفاده از ترانزیستورها در نرم افزار Proteus تمرکز داشت.

قسمت بعد: شبیه سازی آپ امپ در پروتئوس (کار با Op-Amp)