المفاتيح الإلكترونية.

عند العمل مع دوائر معقدةمن المفيد استخدام العديد من الحيل الفنية التي تتيح لك تحقيق هدفك بجهد قليل. واحد منهم هو إنشاء مفاتيح الترانزستور. ما هم؟ لماذا يجب أن يتم إنشاؤها؟ لماذا يطلق عليهم أيضًا "المفاتيح الإلكترونية"؟ ما هي ميزات هذه العملية وما الذي يجب عليك الانتباه إليه؟

ما هي مفاتيح الترانزستور مصنوعة من؟

يتم تنفيذها باستخدام المجال أو يتم تقسيم الأول أيضًا إلى MIS ومفاتيح تحتوي على تقاطع p-n للتحكم. ومن بين ثنائيات القطب تتميز الأنواع غير المشبعة. سيكون مفتاح الترانزستور 12 فولت قادرًا على تلبية الاحتياجات الأساسية لهواة الراديو.

وضع التشغيل الثابت

يقوم بتحليل الحالة المغلقة والمفتوحة للمفتاح. في الأول، يحتوي الإدخال على مستوى جهد منخفض، مما يشير إلى إشارة صفر منطقية. في هذا الوضع، يكون كلا التحولين في الاتجاه المعاكس (يتم الحصول على قطع). لكن تيار المجمع لا يمكن أن يتأثر إلا بالتيار الحراري. في الحالة المفتوحة، يكون لإدخال المفتاح مستوى جهد عالي يتوافق مع الإشارة المنطقية. من الممكن العمل في وضعين في وقت واحد. يمكن أن تكون هذه العملية في منطقة التشبع أو المنطقة الخطية لخاصية الإخراج. سنتناولها بمزيد من التفصيل.

تشبع المفتاح

في مثل هذه الحالات، تكون وصلات الترانزستور منحازة للأمام. لذلك، إذا تغير التيار الأساسي، فلن تتغير القيمة الموجودة على المجمع. في ترانزستورات السيليكون، يلزم توفر ما يقرب من 0.8 فولت للحصول على انحياز، بينما يتقلب الجهد في ترانزستورات الجرمانيوم بين 0.2-0.4 فولت. كيف يتم تحقيق تشبع المفتاح بشكل عام؟ للقيام بذلك، يزيد التيار الأساسي. لكن كل شيء له حدوده، وكذلك التشبع المتزايد. لذلك، عند الوصول إلى قيمة تيار معينة، يتوقف عن الزيادة. لماذا تحتاج إلى تشبع المفتاح؟ هناك معامل خاص يعكس الوضع. ومع زيادتها، تزداد سعة تحميل مفاتيح الترانزستور، وتبدأ العوامل المزعزعة للاستقرار في التأثير بقوة أقل، لكن الأداء يتدهور. ولذلك، يتم اختيار قيمة معامل التشبع من اعتبارات التسوية، مع التركيز على المهمة التي يجب القيام بها.

عيوب المفتاح غير المشبع

ماذا يحدث إذا لم يتم تحقيق القيمة المثلى؟ ثم ستظهر العيوب التالية:

1. الجهد االكهربى المفتاح العامسوف تنخفض إلى حوالي 0.5 فولت.
2. سوف تتدهور مناعة الضوضاء. يتم تفسير ذلك من خلال زيادة مقاومة الإدخال التي يتم ملاحظتها في المفاتيح عندما تكون في الحالة المفتوحة. ولذلك، فإن التداخل مثل ارتفاع الجهد سيؤدي أيضًا إلى تغييرات في معلمات الترانزستورات.
3. المفتاح المشبع لديه ثبات كبير في درجة الحرارة.

كما ترون، لا يزال من الأفضل تنفيذ هذه العملية من أجل الحصول في النهاية على جهاز أكثر تقدمًا.

أداء

التفاعل مع المفاتيح الأخرى

ولهذا الغرض، يتم استخدام عناصر الاتصال. لذلك، إذا كان المفتاح الأول لديه مستوى جهد عالي عند الخرج، فسيتم فتح المفتاح الثاني عند الإدخال ويعمل في الوضع المحدد. والعكس صحيح. تؤثر دائرة الاتصال هذه بشكل كبير على العمليات العابرة التي تحدث أثناء التبديل وسرعة المفاتيح. هذه هي الطريقة التي يعمل بها مفتاح الترانزستور. الأكثر شيوعًا هي الدوائر التي يحدث فيها التفاعل فقط بين ترانزستورين. لكن هذا لا يعني على الإطلاق أنه لا يمكن تحويله إلى جهاز يستخدم فيه ثلاثة أو أربعة عناصر أو حتى أكثر. ولكن من الناحية العملية، من الصعب العثور على تطبيق لذلك، لذلك لا يتم استخدام مفتاح الترانزستور من هذا النوع.

ماذا تختار

ما هو الأفضل للعمل مع؟ لنتخيل أن لدينا مفتاح ترانزستور بسيط يبلغ جهد إمداده 0.5 فولت. ثم باستخدام مرسمة الذبذبات سيكون من الممكن تسجيل جميع التغييرات. إذا تم ضبط تيار المجمع على 0.5 مللي أمبير، فسوف ينخفض ​​الجهد بمقدار 40 مللي فولت (عند القاعدة سيكون حوالي 0.8 فولت). وفقًا لمعايير المشكلة، يمكننا القول أن هذا انحراف كبير إلى حد ما، مما يفرض قيودًا على الاستخدام في مجموعة كاملة من الدوائر، على سبيل المثال، في المفاتيح، لذلك يستخدمون تلك الخاصة حيث يوجد عنصر تحكم p-n تقاطع. مزاياها على نظيراتها ثنائية القطب هي:

1. قيمة ضئيلة للجهد المتبقي على المفتاح في حالة الأسلاك.
2. مقاومة عالية، ونتيجة لذلك، تيار منخفض يتدفق عبر العنصر المغلق.
3. انخفاض استهلاك الطاقة يعني عدم الحاجة إلى مصدر جهد تحكم كبير.
4. يمكن تبديل الإشارات الكهربائية مستوى منخفض، وهي وحدات ميكروفولت.

يعد مفتاح ترحيل الترانزستور تطبيقًا مثاليًا للتطبيقات الميدانية. وبطبيعة الحال، يتم نشر هذه الرسالة هنا فقط لإعطاء القراء فكرة عن تطبيقهم. مع القليل من المعرفة والبراعة، سيتم اختراع عدد كبير من الإمكانيات للتطبيقات التي تشمل مفاتيح الترانزستور.

مثال للعمل

دعونا نلقي نظرة فاحصة على كيفية عمل مفتاح الترانزستور البسيط. يتم إرسال الإشارة المحولة من أحد المدخلات وإزالتها من المخرج الآخر. لقفل المفتاح يتم تطبيق جهد على بوابة الترانزستور يتجاوز قيم المصدر والصرف بمقدار أكبر من 2-3 فولت ولكن يجب الحذر من تجاوز الحدود النطاق المسموح به. عندما يكون المفتاح مغلقا، تكون مقاومته عالية نسبيا - أكثر من 10 أوم. يتم الحصول على هذه القيمة بسبب حقيقة أن التيار العكسي يؤثر أيضًا إزاحة p-nانتقال. في نفس الحالة، تتقلب السعة بين دائرة الإشارة المبدلة وقطب التحكم في حدود 3-30 pF. الآن دعونا نفتح مفتاح الترانزستور. سيوضح الرسم التخطيطي والممارسة أن جهد قطب التحكم سيقترب من الصفر، ويعتمد بشدة على مقاومة الحمل وخاصية الجهد المحول. ويرجع ذلك إلى نظام كامل من التفاعلات بين البوابة والصرف ومصدر الترانزستور. وهذا يخلق مشاكل معينة للعمل في وضع المروحية.

وكحل لهذه المشكلة، تم تطويرها مخططات مختلفةوالتي توفر استقرار الجهد الذي يتدفق بين القناة والبوابة. والشكر ل الخصائص الفيزيائيةحتى الصمام الثنائي يمكن استخدامه بهذه الصفة. للقيام بذلك، ينبغي تضمينه في الاتجاه الأمامي لجهد الحجب. إذا تم إنشاء الوضع الضروري، فسيتم إغلاق الصمام الثنائي وسيتم فتح تقاطع PN. بحيث عندما يتغير جهد المحول، يظل مفتوحًا ولا تتغير مقاومة قناته، يمكن توصيل مقاومة عالية المقاومة بين مصدر ومدخل المفتاح. ووجود مكثف سوف يسرع بشكل كبير عملية إعادة شحن الحاويات.

حساب تبديل الترانزستور

للفهم، إليك مثال لعملية حسابية، يمكنك استبدال بياناتك:

1) باعث المجمع - 45 فولت. إجمالي تبديد الطاقة - 500 ميجاوات. باعث المجمع - 0.2 فولت. تردد القطع - 100 ميجا هرتز. الباعث الأساسي - 0.9 فولت. تيار المجمع - 100 مللي أمبير. معامل التحويل الإحصائي الحالي - 200.

2) المقاوم لتيار 60 مللي أمبير: 5-1.35-0.2 = 3.45.

3) معدل مقاومة المجمع: 3.45\0.06=57.5 أوم.

4) للراحة، نأخذ القيمة الاسمية 62 أوم: 3.45\62=0.0556 مللي أمبير.

5) نحسب تيار القاعدة : 56\200=0.28 مللي أمبير (0.00028 أمبير).

6) كم سيكون على المقاوم الأساسي: 5 - 0.9 = 4.1V.

7) تحديد مقاومة المقاومة الأساسية: 4.1\0.00028 = 14.642.9 أوم.

خاتمة

وأخيرا، عن اسم "المفاتيح الإلكترونية". الحقيقة هي أن الحالة تتغير تحت تأثير التيار. ما هو مثل؟ هذا صحيح، مجموعة من الرسوم الإلكترونية. ومن هنا يأتي الاسم الثاني. هذا كل شيء. كما ترون، فإن مبدأ التشغيل وتصميم مفاتيح الترانزستور ليس شيئًا معقدًا، لذا فإن فهم هذه المهمة أمر ممكن. وتجدر الإشارة إلى أنه حتى كاتب هذا المقال كان بحاجة إلى استخدام القليل من الأدبيات المرجعية لتحديث ذاكرته. لذلك، إذا كانت لديك أسئلة حول المصطلحات، أقترح عليك أن تتذكر مدى توفر القواميس الفنية والبحث عن معلومات جديدة حول مفاتيح الترانزستور هناك.

يوجد حاليًا اتجاه واضح نحو التخلي عن الدوائر التناظرية البحتة والانتقال إلى الدوائر الرقمية مع الاستخدام الواسع النطاق لتكنولوجيا المعالجات الدقيقة. توفر معالجة الإشارات الرقمية فوائد واسعة من حيث مرونة الحلول وقابلية تصنيع التصميمات وتوفير الطاقة. من حيث الدوائر، تعتمد التكنولوجيا الرقمية، بالإضافة إلى عدد كبير مما يسمى أجهزة النبضهناك مفاتيح إلكترونية.

التطبيقات الفنية الدوائر الرقمية، حيث يتم تمثيل الإشارات بمستويات جهد (تيار) مكممة بشكل منفصل، تعتمد على استخدام مفاتيح الجهد الإلكتروني (التيار) تسمى المفاتيح الإلكترونية. تُستخدم الثنائيات شبه الموصلة، والترانزستورات ثنائية القطب والتأثير الميداني، والترانزستورات الضوئية، والثايرستور، والمقرنات الضوئية، والأنابيب المفرغة كأجهزة غير خطية ذات مقاومة متحكم فيها في المفاتيح الإلكترونية.

على غرار المفاتيح الميكانيكية (المفاتيح)، من الطبيعي وصف المفتاح الإلكتروني بالمقاومة في الحالتين المفتوحة والمغلقة، والقيم الحدية للتيار والجهد المحولين، ومعلمات الوقت التي تصف سرعة التبديل من حالة إلى أخرى. تجدر الإشارة إلى أن المفاتيح الإلكترونية، على عكس الميكانيكية، في أغلب الأحيان ليست ثنائية الاتجاه، أي. تبديل التيار والجهد من نفس العلامة.

من الضروري التمييز المفاتيح الإلكترونية التناظرية، مخصص للإرسال إشارة تناظريةمع الحد الأدنى من التشويه، و المفاتيح الرقمية، وتوفير تشكيل الإشارات الثنائية. تشكل المفاتيح التناظرية الأساس لجميع أنواع مفاتيح الإشارة، والتي تستخدم على نطاق واسع في تكنولوجيا التحويل من التناظري إلى الرقمي. على الرغم من أوجه التشابه في الوظائف بين المفاتيح الرقمية والتناظرية، فإن متطلبات الأخير تختلف بشكل كبير عن متطلبات المفاتيح الرقمية، مما يؤدي إلى اعتبارات مختلفة تمامًا يجب تصميم المفاتيح التناظرية من أجلها.

حسب النوع يمكن تقسيم المفاتيح الإلكترونية إلى:

• وظيفية، تحويل متغير منطقي المدخلات إلى متغير منطقي الإخراج. يمكن إجراء التحويل بالتوهين - وهو عنصر سلبي وظيفي (الشكل أ) ومع التضخيم، عندما يسحب المتغير المنطقي للخرج y الطاقة من z. ض - العنصر النشط الوظيفي (الشكل ب)؛
• منطقي، تحويل (مقارنة) العديد من المتغيرات المنطقية المدخلة إلى متغير واحد، وهي وظيفة هذه المتغيرات المنطقية المدخلة (الشكل ج).

مفاتيح الصمام الثنائي.

تستخدم في مفاتيح الصمام الثنائي اعتماد مقاومة الصمام الثنائي على حجم وعلامة الجهد المطبق.

من المعروف أن تيار الصمام الثنائي يتحدد بالتعبير: أين 26 مللي فولت عند 298 كيلو - درجة الحرارة المحتملة، م - معامل مع الأخذ بعين الاعتبار تأثير تيارات تسرب الجرمانيوم السطحية وإعادة تركيب التوليد في تقاطع p-n× ثنائيات السيليكون (- 1.2...1.5, - 1.2...2). التيار الحراري للديود مستقل عمليا عن الجهد المطبق على الصمام الثنائي ويتم تحديده من خلال الخواص الكهربائية لأشباه الموصلات ودرجة حرارة تسخينه، أين - ثابت تحدده تركيزات المواد شبه الموصلة والشوائب، المملكة المتحدة - فرق الاتصال المحتمل. مع الأخذ في الاعتبار مناطق المقاومة النشطة p و n المقاومة النشطةالصمام الثنائي يساوي:

عند الفولتية العالية بما فيه الكفاية (عشرات إلى عشرات الأوم)، مع تقاطع متحيز عكسي (عشرات إلى مئات الكيلو أوم).

تظهر الدائرة المكافئة للصمام الثنائي في الشكل 1. يتم تحديد القصور الذاتي للمفتاح من خلال عمليات تراكم حاملات الأقلية مناطق ف.نانتقال، القدرة ص نالانتقال والسعة بين المحطات ومحاثة المحطات. المعلمة المرجعية الرئيسية التي تحدد أداء الصمام الثنائي هي وقت استرداد المقاومة العكسية.

ص يم - مقاومة التسرب.

من 0 - السعة بين أطراف الصمام الثنائي؛

لام - الحث الطرفي.

S D - الانتشار السعة ص نالانتقال في التحيز إلى الأمام.

C B - سعة حاجز الوصلة p-n عند التحيز العكسي

الشكل 1: دائرة مكافئة للديود

استنادا إلى مفاتيح الصمام الثنائي، يمكنك بناء عناصر منطقية مختلفة (الشكل 2).

الشكل 2 - مثال على الدوائر المنطقية المعتمدة على مفاتيح الصمام الثنائي

المفاتيح الإلكترونية المعتمدة على الثنائيات هي هياكل سلبية، مما يؤدي إلى إضعاف الإشارة عند المرور عبر هذه المفاتيح، وهو أمر ملحوظ بشكل خاص عند إنشاء هياكل متعددة المراحل.

يرجع القصور الذاتي لمفاتيح الصمام الثنائي إلى تراكم ناقلات الأقلية في منطقة الوصلة p-n، وسعة الوصلة p-n، والسعة ومحاثة الخيوط. بالإضافة إلى المعلمات المدرجة، فإن محاثة وسعة الحمل، وكذلك السعات المتصاعدة، مهمة أيضًا. تشير الكتب المرجعية الخاصة بالثنائيات المنفصلة في أغلب الأحيان إلى وقت الاسترداد العكسي (استعادة المقاومة العكسية)، بسبب حركة الانتشار لحاملات الأقلية. لتقليل هذا الوقت، يمكن استخدام إنشاء مصائد تعزز إعادة تركيب حاملات الأقلية أو إنشاء تركيز غير منتظم من الشوائب (ثنائيات تخزين الشحنة). غالبًا ما تستخدم مفاتيح الصمام الثنائي كوحدات مساعدة في التكنولوجيا الرقمية والتناظرية.

المفاتيح الإلكترونية المعتمدة على الترانزستورات ثنائية القطب.

في أغلب الأحيان، يتم استخدام المفاتيح التي يتم تجميعها وفقًا لدائرة ذات باعث مشترك، كما هو موضح في الشكل. 3.

في وضع التبديل، يعمل الترانزستور ثنائي القطب في وضع التشبع (مفتاح مغلق) أو وضع القطع (مفتاح مفتوح). من المفيد أن نتذكر أنه في وضع التشبع تكون كلا الوصلتين (قاعدة المجمع وقاعدة الباعث) مفتوحة، بينما في وضع القطع تكون مغلقة. في وضع التشبع، يمكن تمثيل دائرة خرج الترانزستور بمصدر جهد مكافئ، وقيمة المجال الكهرومغناطيسي (EMF) مذكورة في الكتب المرجعية ( أوكاناس - جهد التشبع). بالمعنى الدقيق للكلمة، ينبغي للمرء أيضًا أن يأخذ في الاعتبار المقاومة الداخلية لهذا المصدر، والتي يتم تحديد قيمتها من خلال انحدار منحدر خط الوضع الحدودي، ومع ذلك، في معظم الحالات المهمة عمليًا للحسابات الهندسية، يمكن للمرء أن يقتصر على قيمة - أوكاناس . المقاومات روبية و ر.ك يجب ضمان إيقاف تشغيل الترانزستور بشكل موثوق عند مستوى منخفض لإشارة التحكم عبر النطاق الكامل لدرجات حرارة التشغيل والتشبع عند مستوى عالٍ من إشارة التحكم.

الشكل 3 - المخطط المفتاح الإلكترونيعلى الترانزستور ثنائي القطب

عند الحساب، من الضروري أن تأخذ في الاعتبار التيار العكسيجامع يتدفق من خلال المقاوم روبية ، وخلق انخفاض الجهد عبره. يتم تحديد الجهد الإجمالي عند تقاطع الباعث بالتعبير:

أين هو الحد الأقصى لتيار المجمع العكسي ، يو - انخفاض مستوى الجهد لإشارة التحكم. من الواضح أنه من الضروري إيقاف تشغيل الترانزستور بشكل موثوق أوبي< يوبيوتس . من الضروري مراعاة الاعتماد القوي على درجة الحرارة للتيار العكسي للمجمع واختيار القيمة القصوى للحساب. وإلا فإن المفتاح قد "يتسرب" عندما تتغير درجة الحرارة.

يمكن أن يكون الترانزستور المفتوح في الوضع النشط أو وضع التشبع. بالنسبة للمفاتيح الإلكترونية، يكون الوضع النشط غير مربح، لأنه في هذا الوضع يتم تبديد طاقة كبيرة على المجمع. ولذلك، فإن الوضع النشط مسموح به فقط أثناء العمليات العابرة (حيث يكون ذلك أمرًا لا مفر منه بالمعنى الدقيق للكلمة).

ولضمان التشبع، من الضروري أن تكون العلاقة راضية. يمكن تحديد التيار الأساسي بالصيغة: . يتم تحديد تيار التشبع من خلال مقاومة المقاوم في دائرة المجمع، وخصائص تضخيم الترانزستور والمقاومة بين المجمع والباعث في الحالة المشبعة: . عند إجراء الحسابات، فمن المستحسن استخدام أسوأ قيمة. لاحظ أنه في حالة انتهاك حالة التشبع، ينتقل الترانزستور إلى الوضع النشط، والذي يصاحبه زيادة في الجهد على المجمع وزيادة في تبديد الطاقة. في بعض الحالات، يتم استخدام معيار تشبع مختلف - الانحياز المباشر لكلا تقاطعات الترانزستور (باعث القاعدة ومجمع القاعدة). في الوضع النشط، يكون تقاطع المجمع الأساسي متحيزًا في الاتجاه المعاكس.

باستخدام هذا المعيار، من السهل أن نفهم أن الترانزستور المركب (وفقًا لدائرة دارلينجتون) لا يمكن أن يكون مشبعًا تمامًا، نظرًا لأن قاعدة ترانزستور الخرج، في أحسن الأحوال، يمكن أن يكون لها إمكانات مساوية لإمكانات المجمع.

جزء ضروري من تصميم المفاتيح الإلكترونية هو تقييم خصائصها الديناميكية، التي تحدد سرعة التبديل وفقدان الطاقة في هذه المرحلة (الخسائر الديناميكية).

العمليات العابرة في المفتاح الإلكتروني على الترانزستور ثنائي القطبتتميز بمدة دورة التبديل والتي يمكن تقسيمها إلى عدة مراحل منفصلة:

على تأخير؛

التشغيل (الزيادة الحالية إلى قيمة تقابل التشبع)؛

تأخير إيقاف التشغيل (بسبب ارتشاف الشحنة في القاعدة أثناء الانتقال من وضع التشبع إلى الوضع النشط)؛

إيقاف التشغيل (بسبب انخفاض تيار المجمع إلى القيمة المقابلة للقطع).

من الضروري أيضًا مراعاة عمليات شحن مكثفات التثبيت والأحمال، والتي لا ترتبط بشكل مباشر بالترانزستور، ولكنها يمكن أن تؤثر بشكل كبير على مدة العملية العابرة ككل.

دعونا نفكر في الخاصية أقسام العملية الانتقاليةحسب المخططات الزمنية (الشكل 4).

الشكل 4 - العمليات العابرة في مفتاح الترانزستور ثنائي القطب

1. يتم قفل الترانزستور، ويتم تحديد التيار الأساسي بواسطة تيار المجمع العكسي، ولا يوجد عملياً أي شحن في القاعدة، ويكون خرج المفتاح عند مستوى عالٍ.
2. تزداد الإمكانات عند المدخلات الرئيسية فجأة، وتبدأ سعة الإدخال في الشحن. لا تتغير تيارات القاعدة والمجمع طالما أن الجهد عند تقاطع باعث القاعدة لا يتجاوز جهد القطع (وقت تأخير التشغيل).
3. عندما يتم تجاوز جهد القطع، يتم فتح وصلة الباعث ويدخل الترانزستور في الوضع النشط. تُعطل ناقلات الأقلية التي يتم حقنها في القاعدة حالة توازن القاعدة، ويبدأ تراكم الشحنة. يزداد تيار المجمع بشكل متناسب، بسبب استخراج الناقلات إلى منطقة المجمع. الوقت قبل الدخول في وضع التشبع هو وقت التشغيل.
4. في وضع التشبع، تظل جميع التيارات والفولتية ثابتة، بينما تستمر الشحنة في القاعدة في الزيادة، وإن كان بمعدل أبطأ. تسمى الشحنة التي تتجاوز القيمة المقابلة للانتقال إلى وضع التشبع بالزيادة.
5. عندما يتغير الجهد عند مدخل المفتاح بشكل مفاجئ، فإن التيار الأساسي أيضًا يتناقص بسرعة، وتضطرب حالة توازن الشحنة الأساسية ويبدأ ارتشافها. يظل الترانزستور مشبعًا حتى تنخفض الشحنة إلى قيمة حدية، وبعد ذلك ينتقل إلى الوضع النشط (وقت تأخير إيقاف التشغيل).
6. في الوضع النشط، تنخفض الشحنة الأساسية وتيار المجمع حتى يدخل الترانزستور في وضع القطع. في هذه اللحظة، تزداد مقاومة الإدخال للمفتاح. تحدد هذه المرحلة وقت الاغلاق.
7. بعد أن يدخل الترانزستور في وضع القطع، يستمر جهد الخرج في الزيادة مع شحن سعة الحمل، وسعة التركيب، وسعة المجمع.

من الواضح أن درجة (عمق) تشبع الترانزستور تلعب دورًا رئيسيًا.

لتحديد معلمات التبديل، يمكنك استخدام التعبيرات التالية:

توجد طرق لهندسة الدوائر لزيادة سرعة المفتاح: سلسلة التأثير (الشكل 5 أ) والتغذية المرتدة غير الخطية (الشكل 5 ب).

أ) مفتاح بسلسلة القوة

ب) مفتاح ذو ردود فعل غير خطية

الشكل 5 - تقنيات الدوائر لزيادة الأداء

مبدأ تشغيل دائرة التأثير واضح: عندما يتم إلغاء قفل الترانزستور، يتم تحديد التيار الأساسي من خلال عملية شحن سعة التأثير (الانتقال السريع إلى وضع التشبع في الحالة المفتوحة، ويتم تحديد التيار الأساسي بواسطة أ). المقاوم، الذي يتم تحديد قيمته بطريقة تضمن التشبع الضحل للترانزستور. وبالتالي، يتم تقليل وقت ارتشاف الناقلات الثانوية في القاعدة.

عند استخدام التغذية المرتدة غير الخطية، يتم استخدام الصمام الثنائي المتصل بين قاعدة الترانزستور ومجمعه. لا يؤثر الصمام الثنائي المقفل على تشغيل الدائرة؛ عندما يتم فتح المفتاح، يكون الصمام الثنائي متحيزًا للأمام، ويكون الترانزستور في حالة ردود فعل سلبية عميقة. لتقليل وقت إيقاف التشغيل، من الضروري ضمان وقت استرداد قصير للمقاومة العكسية للصمام الثنائي، حيث يتم استخدام الثنائيات مع حاجز شوتكي. الهيكل المتجانس لثنائي شوتكي - الترانزستور ثنائي القطب يسمى ترانزستور شوتكي.

تحتوي المحولات المعتمدة على الترانزستورات ثنائية القطب على عدد من العيوب التي تحد من استخدامها:

الأداء المحدود الناجم عن المعدل المحدود لامتصاص ناقلات الأقلية في القاعدة؛

الطاقة الكبيرة التي تستهلكها دوائر التحكم في الوضع الثابت؛

عند توصيل الترانزستورات ثنائية القطب على التوازي، من الضروري استخدام مقاومات معادلة في دوائر الباعث، مما يؤدي إلى انخفاض كفاءة الدائرة؛

عدم الاستقرار الحراري، ويتحدد بزيادة تيار المجمع مع زيادة درجة حرارة الترانزستور.

المفاتيح الإلكترونية المعتمدة على ترانزستورات التأثير الميداني.

في يوجد حاليًا إزاحة نشطة للترانزستورات ثنائية القطب من مجال الأجهزة الرئيسية. وإلى حد كبير، تعمل الترانزستورات ذات التأثير الميداني كبديل. لا تستهلك ترانزستورات التأثير الميداني طاقة ثابتة من خلال دائرة التحكم، فهي لا تحتوي على حاملات أقلية، مما يعني أنها لا تحتاج إلى وقت لتتبدد، وأخيرًا، تؤدي الزيادة في درجة الحرارة إلى انخفاض في تيار التصريف، مما يوفر زيادة الاستقرار الحراري.

من بين مجموعة متنوعة من الترانزستورات ذات التأثير الميداني المستخدمة في إنشاء المفاتيح الإلكترونية، فإن الأكثر استخدامًا هو MIS - الترانزستوراتبقناة مستحثة (في الأدب الأجنبي - النوع المخصب). تتميز الترانزستورات من هذا النوع بجهد عتبة يحدث عنده توصيل القناة. في منطقة الفولتية المنخفضة بين الصرف والمصدر (الترانزستور المفتوح) يمكن تمثيلها بمقاومة مكافئة (على عكس الترانزستور ثنائي القطب المشبع - مصدر الجهد). تتضمن البيانات المرجعية للترانزستورات الرئيسية من هذا النوع المعلمة رسيوبين - مقاومة مصدر الصرف في الحالة المفتوحة. بالنسبة للترانزستورات ذات الجهد المنخفض، تكون قيمة هذه المقاومة من أعشار إلى أجزاء من مائة من الأوم، وهو ما يحدد قوة منخفضة، تبدد بواسطة الترانزستور في الوضع الثابت. للأسف، رسيوبين يزيد بشكل ملحوظ مع زيادة الحد الأقصى المسموح به لجهد مصدر الصرف.

الشكل 7 - مفتاح ترانزستور MOS ببوابة مستحثة.

يجب أن يؤخذ في الاعتبار أن وضع التشبع لترانزستور MOS يختلف اختلافًا جوهريًا عن وضع التشبع للترانزستور ثنائي القطب. تحدث العمليات العابرة في المفاتيح الموجودة على الترانزستورات ذات التأثير الميداني بسبب نقل الموجات الحاملة عبر القناة وإعادة شحن السعات بين الأقطاب الكهربائية ومكثفات التحميل والتركيب. نظرًا لأن الإلكترونات لديها سرعة تشغيل أعلى من الثقوب، فإن ترانزستورات القناة n تتمتع بأداء أفضل مقارنةً بترانزستورات القناة p.

في دوائر الأجهزة الرئيسية المعتمدة على ترانزستورات التأثير الميداني، توجد دائرة بها مصدر مشترك، المعروضة في الشكل 7 أ. عندما يتم إيقاف تشغيل الترانزستور، يتدفق من خلاله تيار استنزاف (أولي) غير متحكم فيه. عندما يكون الترانزستور مفتوحًا، يجب تحديد التيار عبر الترانزستور من خلال قيمة مقاومة الحمل وجهد الإمداد. لإلغاء تأمين الترانزستور بشكل موثوق، يتم تحديد سعة جهد التحكم من الحالة:، أين - الحمل الحالي، ش - عتبة الجهد،لذا - ميل خاصية الجهد الحالي. حاليًا، يتم إنتاج مجموعة كافية من الترانزستورات، والتي يكون جهد مستوى TTL كافيًا للتحكم فيها.

تظهر العمليات العابرة في المفاتيح الموجودة على ترانزستورات MOS في الشكل 8.

الشكل 8. مخططات الجهد في المفتاح الموجود على ترانزستور التأثير الميداني.

العمليات العابرة في المفاتيح على ترانزستورات MOSيحدث مثل هذا:

لتسهيل حساب مدة العمليات العابرة في المحولات الموجودة على ترانزستورات MIS، يُنصح باستخدام المعلمة تهمة تشغيل Qsvkl. على سبيل المثال، الترانزستور مع Qsvkl = يمكن تشغيل 20 nC خلال 20 μs بتيار 1 مللي أمبير وفي 20 ns بتيار 1 A. يتم ذكر المعلمة المحددة في الكتب المرجعية ويتم تحديدها بشكل تجريبي من قبل الشركة المصنعة.

مفتاح الترانزستور هو المكون الرئيسي في تكنولوجيا محول النبض. في مخططات الجميع مصادر النبضتستخدم مصادر الطاقة ، التي حلت محل مصادر طاقة المحولات بالكامل تقريبًا ، مفاتيح الترانزستور. مثال على مصادر الطاقة هذه كتل الكمبيوترتَغذِيَة، شواحنالهواتف وأجهزة الكمبيوتر المحمولة والأجهزة اللوحية وما إلى ذلك. حلت مفاتيح الترانزستور محل المرحلات الكهرومغناطيسية لأنها تتمتع بالميزة الرئيسية المتمثلة في عدم وجود أجزاء متحركة ميكانيكية، مما يؤدي إلى زيادة موثوقية ومتانة المفتاح. بالإضافة إلى ذلك، فإن سرعة تشغيل وإيقاف مفاتيح أشباه الموصلات الإلكترونية أعلى بكثير من سرعة المرحلات الكهرومغناطيسية.

أيضًا، غالبًا ما يتم استخدام مفتاح الترانزستور لتشغيل/إيقاف (مفتاح) حمل كبير من الطاقة بناءً على إشارة من وحدة التحكم الدقيقة.

جوهر المفتاح الإلكتروني هو إدارته قوة عاليةعلى إشارة منخفضة الطاقة.

هناك مفاتيح أشباه الموصلات تعتمد على الترانزستورات والثايرستورات والترياك. ومع ذلك، تتناول هذه المقالة عمل المفتاح الإلكتروني المعتمد على ترانزستور ثنائي القطب. في المقالات اللاحقة، سيتم مناقشة أنواع أخرى من مفاتيح أشباه الموصلات.

اعتمادًا على بنية أشباه الموصلات، تنقسم الترانزستورات ثنائية القطب إلى نوعين: ص — ن — ص و ن — ص — ن يكتب ( أرز. 1 ).

أرز. 1- هياكل الترانزستورات ثنائية القطب

في مخططات الدوائر الكهربائية، يتم تعيين الترانزستورات ثنائية القطب كما هو موضح في أرز. 2 . يسمى الدبوس الأوسط بالقاعدة، والدبوس الذي يحمل "السهم" هو الباعث، والدبوس المتبقي هو المجمع.

أرز. 2- تعيين الترانزستورات في الدوائر

أيضًا، يمكن تصوير الترانزستورات بشكل تقليدي على أنها ثنائيات متصلة ببعضها البعض، وسيكون المكان الذي يتم توصيلهما فيه دائمًا هو القاعدة (؛ الشكل 3 ).

أرز. 3- مخططات استبدال الترانزستورات بالثنائيات

تبديل الترانزستور. مخططات التبديل.

تظهر في الشكل دوائر التوصيل للترانزستورات ذات هياكل أشباه الموصلات المختلفة أرز. 4 . يسمى التقاطع بين القاعدة والباعث تقاطع الباعث، ويسمى الوصل بين القاعدة والمجمع تقاطع المجمع. لتشغيل (فتح) الترانزستور، من الضروري أن تكون وصلة المجمع متحيزة في الاتجاه المعاكس، والباعث - في الاتجاه الأمامي.

أرز. 4- مفتاح الترانزستور . مخططات الاتصال

جهد إمداد الطاقة ش SP يتم تطبيقها على محطات المجمع والباعث ش كه عن طريق مقاومة الحمل ر ل (سم. أرز. 4 ). يتم تطبيق جهد التحكم (إشارة التحكم) بين القاعدة والباعث ش يا صديقي من خلال المقاوم الحد الحالي ر ب .

عندما يعمل الترانزستور في وضع التبديل، فإنه يمكن أن يكون في حالتين. الأول هو وضع القطع. في هذا الوضع، يكون الترانزستور مغلقًا تمامًا، ويكون الجهد بين المجمع والباعث مساويًا لجهد مصدر الطاقة. الحالة الثانية هي وضع التشبع. في هذا الوضع، يكون الترانزستور مفتوحًا بالكامل، ويكون الجهد بين المجمع والباعث مساويًا لانخفاض الجهد عبر ص — ن - تتراوح التحولات والترانزستورات المختلفة من مئات إلى أعشار فولت.

على خط تحميل السمة الثابتة للإدخال للترانزستور ( أرز. 5 ) منطقة التشبع موجودة في المقطع 1-2 ، ومنطقة القطع على المقطع 3-4 . المنطقة المتوسطة بين هذه الأجزاء هي المنطقة 2-3 تسمى المنطقة النشطة يتم استخدامه عندما يعمل الترانزستور في وضع مكبر الصوت.

أرز. 5- خاصية الإدخال الساكنة للترانزستور

لتسهيل تذكر قطبية اتصال مصدر الطاقة وجهد إشارة التحكم، يجب الانتباه إلى سهم الباعث. يشير إلى اتجاه التدفق الحالي ( الشكل 6 ).

أرز. 6 – مسار تدفق التيار عبر مفتاح الترانزستور

حساب معلمات مفتاح الترانزستور

للحصول على مثال لكيفية عمل المفتاح، سوف نستخدم مؤشر LED كحمل. يظهر مخطط الاتصال الخاص به في أرز. 7 . انتبه إلى قطبية توصيل مصادر الطاقة ومصابيح LED في الترانزستورات ذات هياكل أشباه الموصلات المختلفة.

أرز. 7 – مخططات توصيل مصابيح LED بمفاتيح الترانزستور

دعونا نحسب المعلمات الرئيسية لمفتاح الترانزستور المصنوع على الترانزستور ن — ص — ن يكتب. لنحصل على البيانات الأولية التالية:

- انخفاض الجهد عبر الصمام Δ شVD = 2 فولت;

— التصنيف الحاليقاد أناVD= 10 مللي أمبير;

- جهد مصدر الطاقة شSP(المشار إليها في الرسم البياني بواسطة Uke) = 9 خامسا;

- جهد إشارة الإدخال ششمس= 1.6 فولت.

الآن دعونا نلقي نظرة أخرى على الرسم البياني الموضح في أرز. 7 . كما نرى، يبقى تحديد مقاومة المقاومات في دوائر القاعدة والمجمع. يمكن اختيار الترانزستور من أي بنية أشباه الموصلات المقابلة ثنائية القطب. لنأخذ الترانزستور السوفييتي كمثال. ن — ص — ن يكتب MP111B.

حساب المقاومة في دائرة جامع الترانزستور

تم تصميم المقاومة في دائرة المجمع للحد من التيار الذي يتدفق عبر LED VD وكذلك لحماية الترانزستور نفسه من التحميل الزائد. لأنه عندما يفتح الترانزستور، فإن التيار في دائرته سيكون محدودًا فقط بمقاومة LED VD والمقاوم ر ل .

دعونا نحدد المقاومة ر ل . وهو يساوي انخفاض الجهد عبره Δ ش ر ل مقسوما على التيار في دائرة المجمع أنا ل :

لذلك قمنا في البداية بتعيين المجمع - وهذا هو التيار المقدر لمصباح LED. لا ينبغي أن يتجاوز أنا ك = 10 مللي أمبير .

الآن دعونا نجد انخفاض الجهد عبر المقاوم ر ل . إنه يساوي جهد مصدر الطاقة ش SP (يو كه ) ناقص انخفاض الجهد عبر الصمام Δ ش VD وناقص انخفاض الجهد عبر الترانزستور ΔU كه :

يتم ضبط انخفاض الجهد عبر مؤشر LED، وكذلك جهد مصدر الطاقة، في البداية ويساوي 0.2 فولت و9 فولت على التوالي. انخفاض الجهد للترانزستور MP111B كما هو الحال مع الآخرين الترانزستورات السوفيتية، نحن نأخذ على قدم المساواة حوالي 0.2ب. بالنسبة للترانزستورات الحديثة (مثل BC547، BC549، N2222 وغيرها)، يبلغ انخفاض الجهد حوالي 0.05 فولت أو أقل.

يمكن قياس انخفاض الجهد عبر الترانزستور عندما يكون مفتوحًا بالكامل، بين طرفي المجمع والباعث، ويمكن تعديل الحساب لاحقًا. ولكن، كما سنرى لاحقًا، يمكن اختيار مقاومة المجمع باستخدام طريقة أبسط.

المقاومة في دائرة المجمع هي:

حساب المقاومة في دائرة قاعدة الترانزستور

الآن نحن بحاجة فقط إلى تحديد المقاومة الأساسية ر ب . وهو يساوي انخفاض الجهد عبر المقاومة نفسها ΔURb مقسوما على التيار الأساسي أنا ب :

إن انخفاض الجهد عبر قاعدة الترانزستور يساوي جهد إشارة الدخل الأشعة فوق البنفسجية ناقص انخفاض الجهد عبر تقاطع الباعث الأساسي Δيوب . يتم تحديد جهد إشارة الدخل في بيانات المصدر وهو يساوي 1.6 فولت. ويبلغ انخفاض الجهد بين القاعدة والباعث حوالي 0.6 فولت.

بعد ذلك نجد التيار الأساسي إب . وهو يساوي تيار المجمع إب مقسوما على كسب الترانزستور الحالي β . يتم إعطاء الكسب لكل ترانزستور في أوراق البيانات أو الكتب المرجعية. من الأسهل معرفة المعنى β يمكنك استخدام المتر المتعدد. حتى أبسط جهاز قياس متعدد لديه هذه الوظيفة. لترانزستور معين بيتا = 30 . مع الترانزستورات الحديثة β يساوي حوالي 300...600 وحدة.

الآن يمكننا العثور على المقاومة الأساسية المطلوبة.

وبالتالي، باستخدام الطريقة المذكورة أعلاه، يمكنك بسهولة تحديد قيم المقاوم المطلوبة في دوائر القاعدة والمجمع. ومع ذلك، يجب أن تتذكر أن البيانات المحسوبة لا تسمح لك دائمًا بتحديد قيم المقاومات بدقة. لذلك، من الأفضل ضبط المفتاح بشكل تجريبي، والحسابات ضرورية فقط للتقدير الأولي، أي أنها تساعد في تضييق نطاق اختيار قيم المقاوم.

لتحديد قيم المقاوم، تحتاج إلى تشغيل المقاوم المتغيروبتغيير قيمتها يتم الحصول على القيم المطلوبة لتيارات القاعدة والجامع ( أرز. 8 ).

أرز. 8 – مخطط توصيل المقاومات المتغيرة

توصيات لاختيار الترانزستورات للمفاتيح الإلكترونية

يجب أن يكون الجهد الاسمي بين المجمع والباعث، والذي تحدده الشركة المصنعة، أعلى من جهد مصدر الطاقة.

يجب أن يكون تيار المجمع المقدر، والذي تحدده الشركة المصنعة أيضًا أكثر الحاليةالأحمال.

من الضروري التأكد من أن التيار والجهد لقاعدة الترانزستور لا يتجاوز القيم المسموح بها.

1. أيضًا، يجب ألا يكون الجهد عند القاعدة في وضع التشبع أقل من الحد الأدنى للقيمة، وإلا فإن مفتاح الترانزستور سيعمل بشكل غير مستقر.

يعد مفتاح الترانزستور هو العنصر الرئيسي للأجهزة الإلكترونية الرقمية والعديد من أجهزة إلكترونيات الطاقة. تحدد معلمات وخصائص مفتاح الترانزستور إلى حد كبير خصائص الدوائر المقابلة.

مفاتيح على الترانزستورات ثنائية القطب . أبسط مفتاح على ترانزستور ثنائي القطب متصل في دائرة مع باعث مشترك، ويتم عرض مخطط التوقيت المقابل لجهد الدخل في الشكل. 14.5.

أرز. 14.5. مفتاح الترانزستور ثنائي القطب

دعونا نفكر في تشغيل مفتاح الترانزستور في الحالات المستقرة. حتى لحظة من الزمن ر 1 يتم قفل تقاطع الباعث للترانزستور ويكون الترانزستور في وضع القطع. في هذا الوضع أنا ل =– أنا ب =أنا شركة (أنا شركة- عكس تيار المجمع)، أنا أوه≈ 0. علاوة على ذلك ش ر ب ≈ش ر ل ≈ 0;ش يا صديقي ≈ –ش 2 ;ش كه ≈-ه ل .

في هذه الأثناء ر 1 …ر 2 الترانزستور مفتوح . من أجل الجهد عبر الترانزستور ش كهكان الحد الأدنى من التوتر ش 1 يتم اختياره عادةً بحيث يكون الترانزستور إما في وضع التشبع أو في وضع حدي قريب جدًا من وضع التشبع.

مفاتيح الترانزستور ذات التأثير الميداني تتميز بانخفاض الضغط المتبقي. يمكنهم تبديل الإشارات الضعيفة (بضعة ميكروفولت أو أقل). وهذا نتيجة لحقيقة أن خصائص خرج ترانزستورات التأثير الميداني تمر عبر الأصل.

على سبيل المثال، دعونا نصور خصائص خرج الترانزستور مع انتقال التحكم والقناة ص-النوع في المنطقة المجاورة لأصل الإحداثيات (الشكل 14.6).

أرز. 14.6. ترانزستور التأثير الميدانيمع قناة من النوع p

يرجى ملاحظة أن الخصائص الموجودة في الربع الثالث تتوافق مع الفولتية المحددة بين البوابة والصرف.

في الحالة الساكنة، يستهلك مفتاح الترانزستور ذو التأثير الميداني القليل جدًا من تيار التحكم. ومع ذلك، فإن هذا التيار يزداد مع زيادة تردد التبديل. إن مقاومة الإدخال العالية جدًا للمفاتيح الموجودة على ترانزستورات التأثير الميداني توفر في الواقع عزلًا كلفانيًا لدوائر الإدخال والإخراج. هذا يسمح لك بالاستغناء عن المحولات في دوائر التحكم.

في الشكل. يوضح الشكل 14.7 رسمًا تخطيطيًا لمفتاح رقمي يعتمد على ترانزستور MOS مع قناة مستحثة ن-النوع والحمل المقاوم ومخططات التوقيت المقابلة.

أرز. 14.7. المفتاح الرقمي على ترانزستور التأثير الميداني

ويوضح الرسم البياني سعة الحمولة مع ن، الذي يصمم سعة الأجهزة المتصلة بمفتاح الترانزستور. من الواضح أنه عندما تكون إشارة الدخل صفر، يتم إيقاف تشغيل الترانزستور و ش سي =ه مع. إذا كان الجهد أكبر من الجهد العتبة ش عتبة الشتاءالترانزستور، ثم يفتح والجهد ش سييتناقص.

عناصر المنطق

العنصر المنطقي (البوابة المنطقية) عبارة عن دائرة إلكترونية تؤدي بعض المهام البسيطة عملية منطقية. في الشكل. 14.8 يوضح أمثلة على الرموز الرسومية التقليدية لبعض العناصر المنطقية.

أرز. 14.8. عناصر المنطق

يمكن تنفيذ العنصر المنطقي كدائرة متكاملة منفصلة. في كثير من الأحيان تحتوي الدائرة المتكاملة على عدة عناصر منطقية.

تُستخدم البوابات المنطقية في الأجهزة الإلكترونية الرقمية (الأجهزة المنطقية) لإجراء تحويل بسيط للإشارات المنطقية.

تصنيف العناصر المنطقية. يتم تمييز الفئات التالية من العناصر المنطقية (ما يسمى بالمنطق):

منطق الترانزستور المقاوم (TRL) ؛

منطق الترانزستور الثنائي (DTL) ؛

منطق الترانزستور الترانزستور (TTL) ؛

منطق الباعث والترانزستور (ETL) ؛

منطق الترانزستور والترانزستور مع ثنائيات شوتكي (TTLS) ؛

ص(ص- إم دي بي)؛

المنطق على أساس الترانزستورات MOS مع قنوات مثل ن(ن- إم دي بي)؛

المنطق القائم على المفاتيح التكميلية على ترانزستورات MOS (CMOS، CMOS)؛

منطق الحقن المتكامل I 2 L؛

المنطق على أساس GaAs أشباه الموصلات زرنيخيد الغاليوم.

حاليًا، المنطق الأكثر استخدامًا هو: TTL، TTLSh، CMOS، ESL. يتم إنتاج العناصر المنطقية والأجهزة الإلكترونية الرقمية الأخرى كجزء من سلسلة الدوائر الدقيقة التالية: TTL – K155، KM155، K133، KM133؛ تلش – 530، KR531، KM531، KR1531، 533، K555، KM555، 1533، KR1533؛ الإنجليزية كلغة ثانية – 100، K500، K1500؛ سيموس - 564، K561، 1564، KR1554؛ GaAs-K6500.

معظم المعلمات الهامةالعناصر المنطقية:

يتميز الأداء بوقت تأخير انتشار الإشارة ر spوالحد الأقصى لتردد التشغيل ف الأعلى. ش يتم تحديد وقت التأخير عادةً باختلافات في المستوى تبلغ 0.5مدخل ش و 0.5Δخارج ف الأعلى.

الحد الأقصى لتردد التشغيل - هذا هو التردد الذي تظل فيه الدائرة عاملة. تتميز سعة الحمولة بمعامل تكامل المدخلات ل - هذا هو التردد الذي تظل فيه الدائرة عاملة. تتميز سعة الحمولة بمعامل تكامل المدخلاتعن - هذا هو التردد الذي تظل فيه الدائرة عاملة. (في بعض الأحيان يتم استخدام مصطلح "معامل تجميع المخرجات").ضخامة - هذا هو التردد الذي تظل فيه الدائرة عاملة. تتميز سعة الحمولة بمعامل تكامل المدخلات =2…8,- هذا هو التردد الذي تظل فيه الدائرة عاملة. (في بعض الأحيان يتم استخدام مصطلح "معامل تجميع المخرجات").هو عدد المدخلات المنطقية، والقيمة - هذا هو التردد الذي تظل فيه الدائرة عاملة. (في بعض الأحيان يتم استخدام مصطلح "معامل تجميع المخرجات"). =20…30.

مرة واحدة ش - الحد الأقصى لعدد العناصر المنطقية المتشابهة التي يمكن توصيلها بمخرجات عنصر منطقي معين. معانيها النموذجية هي:=4...10. للعناصر ذات سعة التحميل المتزايدةتتميز مناعة الضوضاء في الوضع الثابت بالجهد

الطاقة التي تستهلكها الدائرة الدقيقة من مصدر الطاقة. إذا كانت هذه الطاقة مختلفة بالنسبة لحالتين منطقيتين، فغالبًا ما يتم الإبلاغ عن متوسط ​​استهلاك الطاقة لهذه الحالات.

جهد الإمداد.

إدخال الفولتية عتبة عالية ومنخفضة ش input1thresholdو ش input0threshold، وهو ما يتوافق مع التغيير في حالة العنصر المنطقي.

الفولتية الناتج مستويات عالية ومنخفضة ش الإخراج1و ش الإخراج0 .

وتستخدم أيضا معلمات أخرى.

ملامح العناصر المنطقية لمختلف المنطق. تتميز سلسلة محددة من الدوائر الدقيقة باستخدام وحدة إلكترونية قياسية - وهي عنصر منطقي أساسي. هذا العنصر هو الأساس لبناء مجموعة واسعة من الأجهزة الإلكترونية الرقمية.

عنصر TTL الأساسي يحتوي على ترانزستور متعدد الباعث يقوم بإجراء عملية منطقية وعاكسًا معقدًا (الشكل 14.9).

أرز. 14.9. عنصر TTL الأساسي

إذا تم تطبيق مستوى جهد منخفض في وقت واحد على أحد المدخلين أو كليهما، فإن الترانزستور متعدد الباعث يكون في حالة تشبع ويكون الترانزستور T 2 مغلقًا، وبالتالي يكون الترانزستور T 4 مغلقًا أيضًا، أي أن الخرج سيكون له مستوى جهد مرتفع . إذا تم تطبيق مستوى الجهد العالي في نفس الوقت على كلا المدخلين، فإن الترانزستور T 2 يفتح ويدخل في وضع التشبع، مما يؤدي إلى فتح وتشبع الترانزستور T 4 وإيقاف تشغيل الترانزستور T 3، أي. تم تنفيذ الدالة AND-NOT. لزيادة سرعة عناصر TTL، يتم استخدام الترانزستورات ذات الثنائيات أو الترانزستورات شوتكي.

العنصر المنطقي الأساسي TTLSH (باستخدام مثال سلسلة K555). مثل العنصر الأساسيسلسلة K555 من الرقائق المستخدمة

و-ليس (الشكل 14.10، أ)، وفي الشكل. 14.10، بيظهر تمثيل رسومي لترانزستور شوتكي.

أرز. 14.10. العنصر المنطقي TTLSH

الترانزستور VT4 هو ترانزستور ثنائي القطب عادي. إذا كان كلا الفولتية المدخلات ش الإدخال1و ش vx2 تكون على مستوى عالٍ، ثم يتم إغلاق الثنائيات VD3 وVD4، وتكون الترانزستورات VT1 وVT5 مفتوحة ويوجد جهد منخفض عند الخرج. إذا كان هناك مدخل واحد على الأقل لديه جهد منخفض المستوى، فإن الترانزستورات VT1 و VT5 مغلقة، والترانزستورات VT3 و VT4 مفتوحة، ويوجد جهد منخفض المستوى عند الإدخال. تتميز الدوائر الدقيقة TTLSh من سلسلة K555 بالمعلمات التالية:

جهد الإمداد +5 في;

مستوى منخفض من الجهد الناتج لا يزيد عن 0.4 في;

الجهد الناتج مستوى عاللا تقل عن 2.5 في;

مناعة الضوضاء - لا تقل عن 0.3 فولت؛

متوسط ​​زمن تأخير انتشار الإشارة 20 نانوثانية;

الحد الأقصى لتردد التشغيل 25 ميغاهيرتز.

ميزات المنطق الأخرى. أساس العنصر المنطقي الأساسي لـ ESL هو مفتاح التيار، الذي تشبه دائرته دائرة مكبر الصوت التفاضلي. يتم تشغيل الدائرة الدقيقة ESL بجهد سلبي (-4 فيلسلسلة K1500). لا تدخل ترانزستورات هذه الدائرة الدقيقة في وضع التشبع، وهو أحد أسباب الأداء العالي لعناصر ESL.

في الدوائر الدقيقة ن-موس و ص- يتم استخدام مفاتيح MOS على التوالي في ترانزستورات MOS مع ن- القنوات والحمل الديناميكي وعلى ترانزستورات MOS ص-قناة. للتخلص من استهلاك الطاقة بواسطة عنصر منطقي في حالة ثابتة، يتم استخدام عناصر منطق MIS التكميلية (منطق CMDP أو CMOS).

يتميز المنطق المبني على أشباه الموصلات المصنوعة من زرنيخيد الغاليوم GaAs بأعلى أداء، وهو نتيجة لحركة الإلكترون العالية (3...6 مرات أكثر مقارنة بالسيليكون). يمكن للدوائر الدقيقة المعتمدة على GaAs أن تعمل بترددات تصل إلى 10 غيغاهرتز.

ما نوع الحمل الذي نتحدث عنه؟ نعم، حول أي - المرحلات، المصابيح الكهربائية، الملفات اللولبية، المحركات، عدة مصابيح LED في وقت واحد أو مصباح كشاف LED عالي التحمل. باختصار، أي شيء يستهلك أكثر من 15 مللي أمبير و/أو يتطلب جهد إمداد أكثر من 5 فولت.

خذ على سبيل المثال التتابع. فليكن BS-115C. يبلغ تيار اللف حوالي 80 مللي أمبير ، وجهد اللف 12 فولت. الجهد الأقصىاتصالات 250 فولت و 10 أمبير.

يعد توصيل المرحل بوحدة التحكم الدقيقة مهمة نشأت لدى الجميع تقريبًا. إحدى المشكلات هي أن المتحكم الدقيق لا يمكنه توفير الطاقة اللازمة للتشغيل العادي للملف. الحد الأقصى الحالينادرًا ما يتجاوز خرج وحدة التحكم الذي يمكن أن يمر عبره 20 مللي أمبير، ولا يزال هذا يعتبر رائعًا - خرج قوي. عادة لا يزيد عن 10 مللي أمبير. نعم الجهد لدينا هنا لا يزيد عن 5 فولت، ويتطلب المرحل ما يصل إلى 12. هناك بالطبع مرحلات بخمسة فولت، لكنها تستهلك أكثر من ضعف التيار. بشكل عام، أينما قبلت التتابع، فهو حمار. ما يجب القيام به؟

أول ما يتبادر إلى الذهن هو تركيب الترانزستور. الحل الصحيح هو أنه يمكن اختيار الترانزستور لمئات المللي أمبير، أو حتى الأمبيرات. إذا كان هناك ترانزستور واحد مفقود، فيمكن تشغيله بشكل متتالي، عندما يفتح الضعيف أقوى.

نظرًا لأننا قبلنا أن 1 قيد التشغيل و0 متوقف عن التشغيل (وهذا أمر منطقي، على الرغم من أنه يتعارض مع عادتي الطويلة الأمد التي جاءت من بنية AT89C51)، فإن 1 سيوفر الطاقة، وسيقوم 0 بإزالة الحمل. لنأخذ الترانزستور ثنائي القطب. يتطلب التتابع 80 مللي أمبير، لذلك نحن نبحث عن ترانزستور به تيار المجمعأكثر من 80 مللي أمبير. في أوراق البيانات المستوردة، تسمى هذه المعلمة Ic، في بلدنا Ic، أول ما يتبادر إلى الذهن هو KT315 - ترانزستور سوفياتي رائع تم استخدامه في كل مكان تقريبًا :) مثل هذا اللون البرتقالي. لا يكلف أكثر من روبل واحد. وسوف تقوم أيضًا بتأجير KT3107 مع أي فهرس حروف أو BC546 مستورد (بالإضافة إلى BC547، BC548، BC549). بالنسبة للترانزستور، أولا وقبل كل شيء، من الضروري تحديد الغرض من المحطات الطرفية. أين المجمع وأين القاعدة وأين الباعث. من الأفضل القيام بذلك باستخدام ورقة بيانات أو كتاب مرجعي. هنا، على سبيل المثال، جزء من ورقة البيانات:

إذا نظرت إليه الجانب الأمامي، الذي به النقوش، وأمسك بالساقين إلى الأسفل، ثم الخلاصات، من اليسار إلى اليمين: الباعث، الجامع، القاعدة.

نأخذ الترانزستور ونوصله حسب هذا المخطط:

المجمع إلى الحمولة، والباعث، وصاحب السهم، على الأرض. والقاعدة لإخراج وحدة التحكم.

الترانزستور هو مضخم تيار، أي أنه إذا مررنا تيارًا عبر دائرة الباعث الأساسي، فيمكن أن يمر تيار مساوٍ للإدخال عبر دائرة الباعث المجمع مضروبًا في الكسب h fe.
h fe لهذا الترانزستور هو عدة مئات. حوالي 300، لا أتذكر بالضبط.

الحد الأقصى لجهد الخرج للمتحكم الدقيق عند توصيله بمنفذ الوحدة = 5 فولت (يمكن إهمال انخفاض الجهد بمقدار 0.7 فولت عند تقاطع القاعدة والباعث هنا). المقاومة في الدائرة الأساسية هي 10000 أوم. وهذا يعني أن التيار، وفقًا لقانون أوم، سيكون مساويًا لـ 5/10000 = 0.0005A أو 0.5mA - وهو تيار ضئيل تمامًا لن تتعرق منه وحدة التحكم. وسيكون الناتج في هذه اللحظة هو I c = I be *h fe =0.0005*300 = 0.150A. 150 مللي أمبير هي أكثر من 100 مللي أمبير، ولكن هذا يعني فقط أن الترانزستور سوف يفتح على مصراعيه ويخرج أقصى ما يستطيع. وهذا يعني أن reluha الخاص بنا سيحصل على التغذية الكاملة.

هل الجميع سعداء، هل الجميع راضون؟ لكن لا، هناك مشكلة هنا. في التتابع، يتم استخدام الملف كمشغل. والملف لديه محاثة قوية، لذلك من المستحيل قطع التيار فيه فجأة. إذا حاولت القيام بذلك، فإن الطاقة المحتملة المتراكمة في المجال الكهرومغناطيسي ستخرج إلى مكان آخر. عند انقطاع التيار صفر، سيكون هذا المكان هو الجهد - مع انقطاع حاد للتيار، سيكون هناك زيادة قوية في الجهد عبر الملف، مئات الفولتات. إذا تمت مقاطعة التيار عن طريق اتصال ميكانيكي، فسيكون هناك انهيار للهواء - شرارة. وإذا قمت بقطعها بالترانزستور، فسيتم تدميرها ببساطة.

نحن بحاجة إلى القيام بشيء ما، في مكان ما لوضع طاقة الملف. لا مشكلة، سنغلقه أمام أنفسنا عن طريق تركيب صمام ثنائي. أثناء التشغيل العادي، يتم تشغيل الصمام الثنائي مقابل الجهد ولا يتدفق التيار من خلاله. وعند إيقاف التشغيل، سيكون الجهد عبر الحث في الاتجاه الآخر ويمر عبر الصمام الثنائي.

صحيح أن هذه الألعاب ذات الزيادات في الجهد لها تأثير سيء على استقرار شبكة إمداد الطاقة بالجهاز، لذلك من المنطقي تثبيت مكثف إلكتروليتي بمائة ميكروفاراد أخرى بالقرب من الملفات بين زائد وناقص مصدر الطاقة. سوف يتولى المهمة معظمنبضات.

جمال! ولكن يمكنك أن تفعل ما هو أفضل - تقليل استهلاكك. يحتوي التتابع على تيار كسر كبير إلى حد ما، ولكن تيار الاحتفاظ بحديد التسليح أقل بثلاث مرات. يعتمد الأمر عليك، لكن الضفدع يضغط عليّ لإطعام البكرة أكثر مما تستحق. وهذا يعني التدفئة واستهلاك الطاقة وأكثر من ذلك بكثير. نأخذ أيضًا وندخل في الدائرة مكثفًا قطبيًا بعشرة ميكروفاراد أخرى مع المقاوم. ماذا يحدث الآن:

عند فتح الترانزستور، يكون المكثف C2 غير مشحون بعد، مما يعني أنه في لحظة شحنه يمثل تقريبًا ماس كهربائىويتدفق التيار عبر الملف دون قيود. ليس لفترة طويلة، ولكن هذا يكفي لكسر عضو التتابع من مكانه. ثم سيتم شحن المكثف ويتحول إلى دائرة مفتوحة. وسيتم تشغيل التتابع من خلال المقاوم المحدد الحالي. يجب اختيار المقاوم والمكثف بطريقة تجعل المرحل يعمل بشكل واضح.
بعد إغلاق الترانزستور، يتم تفريغ المكثف من خلال المقاومة. وهذا يؤدي إلى المشكلة المعاكسة - إذا حاولت على الفور تشغيل التتابع عندما لم يتم تفريغ المكثف بعد، فقد لا يكون هناك ما يكفي من التيار للرعشة. لذا، علينا هنا أن نفكر في السرعة التي سينقر بها المرحل. سيتم تفريغ الكوندر بالطبع في جزء من الثانية، لكن في بعض الأحيان يكون هذا كثيرًا.

دعونا نضيف ترقية أخرى.
عندما يفتح التتابع، الطاقة المجال المغنطيسييتم تحريره من خلال الصمام الثنائي، فقط في نفس الوقت يستمر التيار في التدفق في الملف، مما يعني أنه يستمر في تثبيت عضو الإنتاج. يزداد الوقت بين إزالة إشارة التحكم وفقدان مجموعة الاتصال. زابادلو. من الضروري وضع عائق أمام تدفق التيار، ولكن بحيث لا يقتل الترانزستور. لنقم بتوصيل صمام ثنائي زينر بجهد فتح أقل من جهد الانهيار المحدد للترانزستور.
من قطعة من ورقة البيانات يمكن أن نرى أن الحد الأقصى لجهد قاعدة المجمع لـ BC549 هو 30 فولت. نقوم بربط صمام ثنائي زينر بجهد 27 فولت - الربح!

ونتيجة لذلك، فإننا نوفر زيادة في الجهد على الملف، ولكن يتم التحكم فيها وتكون أقل من نقطة الانهيار الحرجة. وبالتالي، فإننا بشكل كبير (عدة مرات!) نقوم بتقليل تأخير إيقاف التشغيل.

الآن يمكنك أن تمد نفسك بالرضا وتبدأ في خدش اللفت بشكل مؤلم لمعرفة كيفية وضع كل هذه القمامة عليها لوحة الدوائر المطبوعة... علينا أن نبحث عن حلول وسط ونترك فقط ما هو مطلوب في مخطط معين. لكن هذه غريزة هندسية وتأتي مع الخبرة.

بالطبع، بدلا من التتابع، يمكنك توصيل المصباح الكهربائي والملف اللولبي، وحتى المحرك، إذا كان التيار يحمله. يتم أخذ التتابع كمثال. حسنًا، بالطبع، المصباح الكهربائي لا يتطلب مجموعة مكثفات الصمام الثنائي بأكملها.

هذا يكفي الآن. في المرة القادمة سأخبرك عن مجموعات دارلينجتون ومفاتيح MOSFET.