En utilisant un transistor comme interrupteur, pourquoi la charge est-elle toujours sur le collecteur

Je trouve dans les circuits de référence que lorsque le BJT est utilisé comme interrupteur quand il sera utilisé en mode saturation, la charge est toujours au collecteur. Pour NPN, l'émetteur est connecté à la terre, pour PNP, l'émetteur est connecté à une alimentation comme celle-ci:

1. Pourquoi la charge est-elle toujours au niveau du collecteur et non l'inverse?
2. Étant donné que le transistor agit uniquement comme un interrupteur, peut-on également utiliser un FET au lieu de BJT?
3. si l'on utilise BJT pour multiplexer plusieurs affichages à 7 segments, le courant de tous les 7 segments doit traverser un transistor. Ainsi, lors de l'utilisation d' un transistor discret par unité à 7 segments en mode saturation, les différentes valeurs de gain de courant des différents transistors entraîneront-elles une différence de luminosité des affichages à 7 segments?

Il n'est pas nécessaire d'utiliser un émetteur mis à la terre, mais envisagez l'alternative

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Un transistor utilisé comme interrupteur (en saturation) aura généralement une tension collecteur-émetteur d'environ 0,2 volt. Étant donné que la tension de base-émetteur sera d'environ 0,7 volts, Vs doit être au moins 0,5 volts supérieur à Vcc, plus la tension requise aux bornes de R2 pour obtenir le courant de base jusqu'au niveau requis. Et ce courant de base sera important. Indépendamment du gain "ordinaire", un transistor NPN en saturation affichera un gain beaucoup plus faible, la règle de base typique étant un gain de 10 pour assurer un faible Vce. Ainsi, le circuit tel qu'illustré ne peut pas être utilisé sans une seconde alimentation électrique plus élevée, ce qui n'est pas ce que vous appelleriez pratique.

Ceci, à son tour, répond à votre troisième question. Étant donné que le transistor sera (selon des normes normales et linéaires) fortement saturé, les variations de gain entre les transistors n'auront généralement aucun effet évident. Dans le circuit illustré, une augmentation de la tension de 50% entraînera une augmentation de la tension du transistor de 0,2 volts à 0,3 volts, ce qui fera chuter la tension de charge de 4,8 à 4,7 volts, et pour les affichages et les LED, ce sera imperceptible.

Quant à la question 2, la réponse est définitivement oui. À bien des égards, les FET et MOSFET sont plus faciles à piloter, car ils nécessitent très peu de courant de grille (sauf pendant les transitions). Et, en fait, CMOS est la technologie dominante pour les microprocesseurs et les puces graphiques, avec potentiellement des millions de transistors par puce. Eh bien, en fait, les processeurs haut de gamme et les circuits intégrés graphiques fonctionnent aujourd'hui entre 1 et 2 milliards de transistors. Essayer de le faire avec des BJT serait tout simplement impossible en raison des exigences actuelles.

Une raison simple d'avoir la charge sur le collecteur est qu'elle maintient le courant de base indépendant de la charge. Cela rend beaucoup plus facile de garder le transistor saturé de manière fiable.

Si la charge est sur l'émetteur, le courant de base dépend de la charge. Si la charge est une LED, la tension que vous devez appliquer à la base du transistor pour atteindre le courant nécessaire augmente de la tension directe de la LED.

Si la charge est un moteur et qu'elle est connectée à l'émetteur, le courant de base dépend du moteur et variera partout lorsque le moteur tourne.

1. Pas toujours. Il existe des circuits appelés "émetteur suiveur". Ils n'amplifient pas la tension, mais ils amplifient le courant d'entrée.

2. Oui, à des fins de commutation, des transistors FET sont également utilisés, canal n pour le commutateur côté bas et canal p pour le commutateur côté haut.

3. Si vous mettez un BJT en mode saturation, différents gains de courant n'ont pas d'importance tant que vous fournissez suffisamment de courant de base pour maintenir le transistor en saturation pour le gain spécifié par le fabricant le plus bas.

Si vous pilotez un affichage LED à 7 segments, vous ne contrôlez pas le courant en contrôlant le transistor. Vous contrôlez le courant / la luminosité en utilisant une résistance de limitation de courant calculée et une modulation de la largeur d'impulsion des commutateurs saturés. Cette approche élimine la variabilité du transistor.

Il existe de nombreux cas où la charge est mieux placée dans l'émetteur. Par exemple:

^{simuler ce circuit - Schéma créé à l'aide de CircuitLab}

Ici, un ensemble de LED multiplexé est piloté par des adeptes d'émetteurs pour les haut-parleurs latéraux. (avec un affichage à 8 chiffres à 7 segments + DP, vous auriez 8 résistances côté haut, 8 basses et 8 résistances en série avec ces dernières) Aucune résistance de base n'est nécessaire, ce qui économise de l'espace et des pièces.

Ou ici:

^{simuler ce circuit}

Ici, une porte logique pilote directement une bobine de relais de 4,5 V CC sans composants supplémentaires requis.

Vous n'obtenez pas de gain de tension avec un émetteur suiveur mais vous obtenez un gain de courant, sans inversion, et parfois c'est exactement ce qui est requis.

Les suiveurs d'émetteurs ne permettent généralement pas au transistor de saturer (c'est possible en pilotant la base avec une tension plus élevée que le collecteur, et en ajoutant une résistance de base, mais cela ne peut pas se produire si la base est pilotée à partir de la même tension ou inférieure à la collectionneur.

Cela signifie qu'au moins 0,6 V chute à travers le transistor, ce qui n'est pas toujours si mauvais, et parce que le transistor ne sature pas, il commute plus rapidement. Les circuits de commutation d'émetteur communs peuvent pousser le transistor profondément dans la saturation, avec peut-être 1/10 du Vce, ce qui minimise le chauffage.