Usando o transistor como comutador, por que a carga está sempre no coletor

Descobri nos circuitos de referência que quando o BJT é usado como chave quando será usado no modo de saturação, a carga está sempre no coletor. Para NPN, o emissor está conectado ao terra, para PNP, o emissor está conectado à fonte de alimentação da seguinte forma:

1. Por que a carga está sempre no coletor e não o contrário?
2. Como o transistor está atuando apenas como um comutador, também é possível usar um FET em vez de BJT?
3. se alguém estiver usando o BJT para multiplexar vários monitores de 7 segmentos, a corrente de todos os 7 segmentos deverá passar por um transistor. Portanto, ao usar o transistor discreto por unidade de 7 segmentos no modo de saturação, os diferentes valores de ganho de corrente dos diferentes transistores levarão à diferença no brilho das telas de 7 segmentos?

Não é necessário usar um emissor aterrado, mas considere a alternativa

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Um transistor usado como comutador (em saturação) normalmente possui uma tensão coletor-emissor de cerca de 0,2 volts. Como a tensão do emissor de base será de cerca de 0,7 volts, os Vs devem estar pelo menos 0,5 volts acima de Vcc, mais qualquer voltagem necessária em R2 para obter a corrente de base até o nível necessário. E essa corrente base será significativa. Independentemente do ganho "comum", um transistor NPN na saturação exibirá um ganho muito menor, com a regra geral sendo um ganho de 10 para garantir Vce baixo. Portanto, o circuito mostrado não pode ser usado sem uma segunda fonte de alimentação mais alta, o que não é o que você chamaria de conveniente.

Isso, por sua vez, responde à sua terceira pergunta. Como o transistor será (por padrões normais e lineares) excessivamente sobrecarregado, as variações de ganho entre os transistores normalmente não terão efeito óbvio. No circuito mostrado, um aumento de tensão de 50% fará com que a tensão do transistor aumente de 0,2 volts para 0,3 volts, o que reduzirá a tensão de carga de 4,8 para 4,7 volts e, para displays e LEDs, isso será imperceptível.

Quanto à pergunta 2, a resposta é definitivamente sim. Em muitos aspectos, os FETs e MOSFETs são mais fáceis de dirigir, pois requerem muito pouca corrente de porta (exceto durante as transições). E, de fato, o CMOS é a tecnologia dominante para microprocessadores e chips gráficos, com potencialmente milhões de transistores por chip. Na verdade, hoje em dia, as CPUs e os CIs de alta tecnologia rodam entre 1 e 2 bilhões de transistores. Tentar fazer isso com BJTs seria simplesmente impossível devido aos requisitos atuais.

Um motivo simples para carregar a carga no coletor é que ela mantém a corrente base independente da carga. Isso facilita muito a manutenção confiável do transistor saturado.

Se a carga estiver no emissor, a corrente base depende da carga. Se a carga for um LED, a tensão que você deve aplicar à base do transistor para alcançar a corrente necessária aumenta pela tensão direta do LED.

Se a carga for um motor e estiver conectada ao emissor, a corrente base depende do motor e variará em todo o lugar à medida que o motor gira.

1. Nem sempre. Existem circuitos chamados "seguidor de emissor". Eles não amplificam a tensão, mas amplificam a corrente de entrada.

2. Sim, para fins de comutação, também são utilizados os FETs, canal n para comutação do lado inferior e canal p para comutação do lado superior.

3. Se você colocar um BJT no modo de saturação, os ganhos de corrente diferentes não importam, desde que você forneça corrente de base suficiente para manter o transistor na saturação para o menor ganho especificado pelo fabricante.

Se você dirige um display LED de 7 segmentos, não controla a corrente controlando o transistor. Você controla a corrente / brilho usando um resistor limitador de corrente calculado e a modulação por largura de pulso de interruptores saturados. Essa abordagem elimina a variabilidade do transistor.

Existem muitos casos em que a carga é melhor colocada no emissor. Por exemplo:

^{simular este circuito - esquemático criado usando o CircuitLab}

Aqui, um conjunto multiplexado de LEDs é acionado por seguidores de emissores para os drivers laterais superiores. (com uma tela DP de 8 dígitos e 7 segmentos +, você teria 8 resistores laterais altos, 8 inferiores e 8 resistores em série com este último) Não há resistores de base necessários, economizando espaço e peças.

Ou aqui:

^{simule este circuito}

Aqui, uma porta lógica aciona diretamente uma bobina de relé de 4,5 VCC, sem a necessidade de componentes adicionais.

Você não obtém ganho de tensão com um seguidor de emissor, mas obtém ganho de corrente, sem inversão, e às vezes é exatamente isso que é necessário.

Os seguidores de emissor geralmente não permitem que o transistor sature (é possível dirigir a base com uma tensão mais alta que o coletor e adicionar um resistor de base, mas não pode acontecer se a base for acionada com a mesma voltagem ou menos que a colecionador.

Isso significa queda de pelo menos 0,6V no transistor, o que nem sempre é tão ruim e, como o transistor não satura, ele muda mais rapidamente. Circuitos comuns de comutação de emissor podem empurrar o transistor profundamente para a saturação, com talvez 1/10 do Vce, o que minimiza o aquecimento.