Usando el transistor como interruptor, ¿por qué la carga siempre está en el colector?

Encuentro en los circuitos de referencia que cuando BJT se usa como interruptor cuando se usará en modo de saturación, la carga siempre está en el colector. Para NPN, el emisor está conectado a tierra, para PNP, el emisor está conectado a una fuente de alimentación como esta:

1. ¿Por qué la carga siempre está en el colector y no al revés?
2. Dado que el transistor solo actúa como un interruptor, ¿se puede usar también un FET en lugar de BJT?
3. Si uno está usando BJT para multiplexar múltiples pantallas de 7 segmentos, la corriente de todos los 7 segmentos pasará a través de un transistor. Entonces, cuando se usa un transistor discreto por unidad de 7 segmentos en modo de saturación, ¿los diferentes valores de ganancia de corriente de los diferentes transistores conducirán a una diferencia en el brillo de las pantallas de 7 segmentos?

No es necesario usar un emisor conectado a tierra, pero considere la alternativa

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Un transistor utilizado como interruptor (en saturación) normalmente tendrá un voltaje de colector-emisor de aproximadamente 0.2 voltios. Dado que el voltaje del emisor base será de aproximadamente 0.7 voltios, Vs debe estar al menos 0.5 voltios por encima de Vcc, más cualquier voltaje que se requiera en R2 para obtener la corriente base hasta el nivel requerido. Y esa corriente base será significativa. Independientemente de la ganancia "ordinaria", un transistor NPN en saturación mostrará una ganancia mucho más baja, siendo la regla general típica una ganancia de 10 para garantizar un Vce bajo. Por lo tanto, el circuito como se muestra no se puede usar sin una segunda fuente de alimentación más alta, que no es lo que llamaría conveniente.

Esto, a su vez, responde a su tercera pregunta. Dado que el transistor estará (según los estándares normales y lineales) muy sobrecargado, las variaciones de ganancia entre los transistores generalmente no tendrán un efecto obvio. En el circuito que se muestra, un aumento de voltaje del 50% hará que el voltaje del transistor aumente de 0.2 voltios a 0.3 voltios, lo que reducirá el voltaje de carga de 4.8 a 4.7 voltios, y para las pantallas y los LED y esto pasará desapercibido.

En cuanto a la pregunta 2, la respuesta es definitivamente sí. En muchos aspectos, los FET y MOSFET son más fáciles de manejar, ya que requieren muy poca corriente de compuerta (excepto durante las transiciones). Y, de hecho, CMOS es la tecnología dominante para microprocesadores y chips gráficos, con potencialmente millones de transistores por chip. Bueno, en realidad, las CPU de alta gama y los circuitos integrados de gráficos funcionan actualmente entre 1 y 2 mil millones de transistores. Intentar hacer esto con BJT simplemente sería imposible debido a los requisitos actuales.

Una razón simple para tener la carga en el colector es que mantiene la corriente base independiente de la carga. Eso hace que sea mucho más fácil mantener confiablemente el transistor saturado.

Si la carga está en el emisor, la corriente base depende de la carga. Si la carga es un LED, entonces el voltaje que debe aplicar a la base del transistor para alcanzar la corriente necesaria aumenta por el voltaje directo del LED.

Si la carga es un motor y está conectada al emisor, la corriente de base depende del motor y variará en todo el lugar a medida que el motor gire.

1. No siempre. Hay circuitos llamados "seguidor de emisor". No amplifican el voltaje, pero sí amplifican la corriente de entrada.

2. Sí, para fines de conmutación también se utilizan FET, canal n para el interruptor del lado bajo y canal p para el interruptor del lado alto.

3. Si convierte un BJT en modo de saturación, las diferentes ganancias de corriente no importan siempre que suministre suficiente corriente base para mantener el transistor en saturación para la ganancia especificada por el fabricante más bajo.

Si maneja una pantalla LED de 7 segmentos, no controla la corriente controlando el transistor. Usted controla la corriente / brillo utilizando una resistencia de limitación de corriente calculada y una modulación de ancho de pulso de interruptores saturados. Este enfoque elimina la variabilidad del transistor.

Hay muchos casos en los que la carga se coloca mejor en el emisor. Por ejemplo:

^{simular este circuito : esquema creado con CircuitLab}

Aquí un conjunto multiplexado de LED es impulsado por seguidores de emisor para los controladores del lado alto. (con una pantalla de 8 dígitos + 7 segmentos + DP, tendría 8 resistencias en el lado alto, 8 en el lado bajo y 8 resistencias en serie con este último) No hay resistencias de base necesarias, ahorrando espacio y partes.

O aquí:

^{simular este circuito}

Aquí, una puerta lógica acciona directamente una bobina de relé de 4.5VDC sin componentes adicionales requeridos.

No obtienes ganancia de voltaje con un seguidor de emisor, pero obtienes ganancia de corriente, sin inversión, y a veces eso es exactamente lo que se requiere.

Los seguidores del emisor generalmente no permiten que el transistor se sature (es posible conduciendo la base con un voltaje más alto que el colector y agregando una resistencia de base, pero no puede suceder si la base se maneja desde el mismo voltaje o menos que el coleccionista.

Esto significa una caída de al menos 0.6V en el transistor, lo cual no siempre es tan malo, y debido a que el transistor no se satura, cambia más rápido. Los circuitos de conmutación de emisor comunes pueden empujar el transistor hasta la saturación, con quizás 1/10 del Vce, lo que minimiza el calentamiento.