# Οπλισμός Ρελέ μέσω Τρανζίστορ

Μία λειτουργία του διπολικού τρανζίστορ είναι αυτή του διακόπτη. Πιο συγκεκριμένα, αν περάσει ικανή ένταση ρεύματος στη Βάση (Β) του τρανζίστορ τότε αυτό οδηγείται στην περιοχή λειτουργίας του κόρου, με το τρανζίστορ να συμπεριφέρεται όσον αφορά τους ακροδέκτες του Εκπομπού (Ε) και Συλλέκτη (C) σαν κλειστός διακόπτης. Χαρακτηριστικό της περιοχής λειτουργίας κόρου είναι ότι η ένταση IC είναι μέγιστη και σχεδόν σταθερή, ανεξάρτητα από το ρεύμα Βάσης, και οι ακροδέκτες C και Ε είναι ουσιαστικά βραχυκυκλωμένοι.

Αντίθετα, αν σταματήσουμε εντελώς τη ροή ρεύματος στην Βάση του τρανζίστορ, τότε αυτό μεταβαίνει στην περιοχή λειτουργίας της αποκοπής με αποτέλεσμα η αντίσταση μεταξύ των ακροδεκτών C και Ε να είναι μεγάλη και το τρανζίστορ να συμπεριφέρεται σαν ένας ανοιχτός διακόπτης. Έτσι, το άνοιγμα-κλείσιμο αυτού του ισοδύναμου διακόπτη μπορεί να θέτει σε λειτουργία ή παύση ένα κύκλωμα που συνδέεται ανάμεσα στους ακροδέκτες C και Ε, όπως ένα ηλεκτρομηχανικό ρελέ στην περίπτωσή μας. Το ρελέ αυτό με τη σειρά του, ανάλογα με το αν το πηνίο του τροφοδοτείται με ικανή τάση ή όχι, μπορεί να επιτύχει έλεγχο λειτουργίας-παύσης μέσω του διακόπτη Δ2 που φέρει επάνω του, σε ένα άλλο κύκλωμα (κύκλωμα ισχύος) όπως αυτό ενός κινητήρα (μοτέρ) εναλλασσόμενου ρεύματος.

Συνολικά λοιπόν, ανοιγοκλείνοντας το διακόπτη Δ1, μπορούμε να ελέγξουμε ένα κύκλωμα πολύ μεγαλύτερης έντασης. Στο παρόν αντικείμενο θα μελετήσουμε την επίδραση της τιμής της αντίστασης R στη μετάβαση του τρανζίστορ στην περιοχή του κόρου. Το ρελέ θεωρούμε ότι έχει τάση κανονικής λειτουργίας 12V και ένταση 100mA.

## Εφαρμογή 1

Όσο μικρότερη είναι η τιμή της αντίστασης R, τόσο μεγαλύτερη η ένταση του ρεύματος που εισέρχεται στη Βάση του τρανζίστορ και άρα με μεγαλύτερη βεβαιότητα το τρανζίστορ θα βρίσκεται στην περιοχή του κόρου όπου θα επιτυγχάνεται το απαιτούμενο ρεύμα συλλέκτη.

Μία ασφαλής μέθοδος για την εκτίμηση της μέγιστης αντίστασης συνίσταται στα εξής βήματα:

- Θεωρούμε ότι το β λειτουργίας του τρανζίστορ είναι 4 φορές μικρότερο από το ελάχιστο β που αναφέρει το φύλλο προδιαγραφών του τρανζίστορ. Η απαίτηση αυτή οδηγεί το τρανζίστορ βαθιά στον κορεσμό.
- Με βάση την παραπάνω τιμή για το β και την ένταση IC του ρεύματος κανονικής λειτουργίας του φορτίου, υπολογίζουμε το ελάχιστο απαιτούμενο ρεύμα βάσης από τη σχέση : IB = IC / β.
- Τέλος, θεωρώντας ότι η τάση VBE = 0.7V όπως συνήθως συμβαίνει για ένα τρανζίστορ πυριτίου, η μέγιστη αντίσταση R βρίσκεται, εφαρμόζοντας τον β’ κανόνα του Κίρχωφ από τη σχέση:
  R = (V1 - VBE) / IB

Εφαρμόζοντας την παραπάνω διαδικασία, ποια θα είναι η μέγιστη τιμή για την αντίσταση R για να επιτύχουμε ρεύμα IC = 200mA όταν V1 = 5V και το ελάχιστο β του τρανζίστορ από το φύλλο προδιαγραφών του τρανζίστορ είναι 100;

## Εφαρμογή 2

Με βάση τις ενδείξεις του αμπερομέτρου, αν σχεδιάσετε τη γραφική παράσταση της έντασης ΙC για τις διάφορες τιμές της αντίστασης R, θα διαπιστώσετε δύο διακριτές περιοχές. Στην πρώτη περιοχή, που είναι η περιοχή κόρου, η ένταση ΙC παραμένει σχεδόν σταθερή. Ποιες τιμές της αντίστασης R οδηγούν το τρανζίστορ σε αυτή την περιοχή; Πως ονομάζεται η δεύτερη περιοχή όπου η ένταση ΙC ελαττώνεται πολύ πιο γρήγορα;

## Διευρεύνηση 1

Παρατηρήστε ότι αν η αντίσταση R γίνει μεγαλύτερη απο 4500Ω, η ένταση του ρεύματος στο κύκλωμα του ρελέ μειώνεται πολύ με αποτέλεσμα αυτό να μην οπλίζει. Ποιο στοιχείο στο κύκλωμα του ρελέ θεωρείτε ότι περιορίζει την ένταση του ρεύματος και τι τιμές παίρνει η αντίστασή του;

## Διευρεύνηση 2

Δεδομένου ότι το πηνίο του ρελέ έχει πολύ μεγάλη αυτεπαγωγή, ποια θεωρείτε ότι είναι η χρησιμότητα της διόδου D;

## Οδηγίες Χρήσης

Εισάγετε τιμή για την αντίσταση R και προσδιορίστε τη θέση του διακόπτη Δ1 με τα σχετικά χειριστήρια στο δεξί μέρος της οθόνης ή κάνοντας κλικ πάνω στον διακόπτη. Το κύκλωμα ανταποκρίνεται δυναμικά σε κάθε αλλαγή που πραγματοποιείται στις παραπάνω μεταβλητές. Πιο συγκεκριμένα, ο διακόπτης Δ2 ανοίγει ή κλείνει και το μοτέρ Μ σταματά ή λειτουργεί, αντίστοιχα.

## Μεταβολή Τιμών

Μπορείτε να μεταβάλετε τις τιμές, είτε εισάγοντας νέα δεδομένα στο αντίστοιχο πλαίσιο τιμών, είτε πατώντας τα βελάκια που βρίσκονται στο πλαίσιο. Επίσης, υπάρχει γραφικός μεταβολέας και κουμπιά αύξησης / μείωσης των τιμών κάθε μεγέθους.

## Εύρος Τιμών

- Αντίσταση R: 500 έως 6500Ω
- Διακόπτης Δ1: ανοιχτός ή κλειστός