سوئیچینگ و تقویت دو کاربرد اصلی ترانزیستورها هستند. می توان از آن برای تنظیم رفتار جریان الکتریکی و همچنین تقویت سیگنال های الکتریکی استفاده کرد. ترانزیستورها می توانند به عنوان سوئیچ برای سوئیچینگ دستگاه های ولتاژ پایین و ولتاژ بالا استفاده شوند.
کلید ترانزیستوری برای خاموش یا روشن کردن یک وسیله (مانند LED، لامپ و موتورهای الکتریکی) با اعمال ولتاژ DC ثابت مورد استفاده قرار می‌گیرد. این کلیدهای الکترونیکی با استفاده از یک ترانزیستور در حالت اشباع یا قطع ساخته می‌شوند. در این مطلب قصد داریم به بررسی نحوه کار کلیدهای ترانزیستوری بپردازیم و انواع مختلف آن را همراه با اصول کاری هر یک شرح دهیم.
نواحی عملکرد کلید ترانزیستوری
زمانی که ترانزیستورهای دوقطبی (BJT) به عنوان یک تقویت‌کننده سیگنال AC مورد استفاده قرار می‌گیرند، ولتاژ بایاس بیس (Base) ترانزیستور به نحوی اعمال می‌شود، که همیشه در ناحیه فعال خود عمل کنند. در نتیجه همیشه از ناحیه خطی منحنی مشخصه خروجی استفاده می‌شود. هر دو نوع ترانزیستور دوقطبی NPN و PNP می‌توانند به عنوان کلید حالت جامد نوع قطع و وصل عمل کنند. این کار از طریق بایاس ترمینال بیس ترانزیستور به یک طریق متفاوت از بایاس تقویت‌کننده‌های سیگنال امکان‌پذیر است.
مشخصه‌های حالت قطع به صورت زیر است.
ورودی و بیس به زمین متصل می‌شوند.
ولتاژ بیس-امیتر از ۰٫۷ ولت کمتر است.
پیوند بیس-امیتر در بایاس معکوس قرار دارد.
ترانزیستور در ناحیه قطع قرار دارد.
جریان کلکتور برابر با صفر است.
VOUT=VCE=VCC=1
VOUT=VCE=VCC=1
ترانزیستور مانند یک کلید باز عمل می‌کند.
بنابراین می‌توان ناحیه قطع یا حالت خاموش را در ترانزیستور دوقطبی به عنوان یک کلید تعریف کرد که هم پیوندها در بایاس معکوس هستند و هم ولتاژ بیس-امیتر از ۰٫۷ کوچکتر و جریان کلکتور برابر با صفر است. برای یک ترانزیستور PNP، پتانسیل امیتر نسبت به بیس باید کوچکتر از 0٫7 ولت شود تا تزانزیستور هم خاموش شود.
مشخصه‌های حالت اشباع به صورت زیر است.
ورودی و بیس در این حالت به ولتاژ
VCC
VCC متصل هستند.
ولتاژ بیس-امیتر از ۰٫۷ ولت بزرگ‌تر است.
پیوند بیس-امیتر در بایاس مستقیم قرار دارد.
پیوند بیس-کلکتور در بایاس مستقیم است.
ترانزیستور در ناحیه اشباع است و مانند کلید روشن عمل می‌کند.
بیشینه جریان از کلکتور عبور می‌کند و مقدار آن برابر
IC=VCC/RL
IC=VCC/RL است.
در این حالت ولتاژ کلکتور-امیتر تقریبا برابر با صفر است و در اشباع ایده‌آل قرار دارد.
VOUT=VCE=0
VOUT=VCE=0 برقرار است.
ترانزیستور مانند یک کلید بسته عمل می‌کند.
بنابراین می‌توان هنگام استفاده از یک ترانزیستور دو قطبی، ناحیه اشباع یا حالت روشن را به عنوان یک کلید تعریف کرد، که پیوندهای آن در بایاس مستقیم هستند و ولتاژ بیس آن از ۰٫۷ ولت بیشتر است و جریان کلکتور بیشینه مقدار را دارد. برای یک ترانزیستور PNP، پتانسیل امیتر باید نسبت به بیس مثبت باشد.
بنابراین ترانزیستور مانند یک کلید حالت تک زبانه تک قطبی (Single-pole Single-throw) حالت جامد است. با اعمال یک سیگنال صفر به بیس، ترانزیستور خاموش می‌شود و مانند یک کلید باز عمل می‌کند در نتیجه جریان کلکتور صفر می‌شود. اما زمانی که یک سیگنال مثبت به بیس ترانزیستور اعمال شود، روشن می‌شود و مانند یک کلید بسته عمل می‌کند و بیشینه جریان از مدار عبور می‌کند.