Електронни ключове. Електронен ключ на транзистор - принцип на работа и схема.

Транзисторните ключове, изградени върху биполярни или полеви транзистори, се разделят на наситени и ненаситени, както и MOS-ключове и ключове на полеви транзистори с контролен pn преход. Всички транзисторни ключове могат да работят в два режима: статичен и динамичен.

На тяхна основа TC се основава на принципа на работа на тригери, мултивибратори, превключватели, блокиращи генератори и много други елементи. В зависимост от целта и характеристиките на операцията, TC схемите могат да се различават една от друга.

TC е предназначен за превключване на вериги на натоварване под въздействието на външни управляващи сигнали, вижте диаграмата по-горе. Всеки TC изпълнява функциите на високоскоростен ключ и има две основни състояния: отворен, съответства на режима на изключване на транзистора (VT - затворен) и затворен, характеризиращ се с режим на насищане или режим, близък до него. По време на целия процес на превключване TC работи в активен режим.

Помислете за работата на ключ, базиран на биполярен транзистор.Ако няма напрежение на базата спрямо емитера, транзисторът е затворен, през него не тече ток, цялото захранващо напрежение е на колектора, т.е. максимално ниво на сигнала.

Веднага след като управляващ електрически сигнал пристигне в основата на транзистора, той се отваря, токът колектор-емитер започва да тече и напрежението пада във вътрешното съпротивление на колектора, след това напрежението на колектора, а с него и напрежението в изход на веригата, намалете до ниско ниво.

За практика ще събираме проста веригатранзисторен ключ на биполярен транзистор. За това използваме биполярен транзистор KT817, резистор в захранващата верига на колектора с номинална стойност 1 kOhm и на входа със съпротивление 270 Ohm.

В отворено състояние на транзистора на изхода на веригата имаме пълното напрежение на източника на захранване. При получаване на сигнал на контролния вход напрежението на колектора се ограничава до минимум, някъде около 0,6 волта.

В допълнение, TC може да се приложи и на транзистори с полеви ефекти. Принципът на тяхното действие е почти същият, но те не консумират много по-малко управляващ ток и освен това осигуряват галванична изолация на входните и изходните части, но значително губят в скоростта в сравнение с биполярните. Транзисторните ключове се използват в почти всяка гама радиоелектронни устройства, аналогови и цифрови сигнални превключватели, системи за автоматизация и управление, в съвременните домакински уреди и др.

За превключване на товари във вериги променлив токнай-добре е да използвате мощен FETs. Този клас полупроводници е представен от две групи. Първият включва хибриди: биполярни транзистори с изолиран затвор - IGBT или. Вторият включва класически полеви (канални) транзистори. Помислете за казусработа на превключвател на натоварване за мрежа с променливо напрежение 220 волта на мощно поле VT тип KP707

Този дизайн ви позволява галванично да отделите управляващите вериги и веригата от 220 волта. Оптроните TLP521 бяха използвани като разединител. Когато няма напрежение на входните клеми, светодиодът на оптрона е изключен, вграденият транзистор на оптрона е затворен и не шунтира вратата на мощни полеви транзистори. Следователно на техните порти има напрежение на отваряне, равно на нивото на стабилизиращото напрежение на ценеровия диод VD1. В този случай полевите работници са отворени и работят на свой ред, в зависимост от полярността на периода на променливо напрежение в текущия момент. Да кажем, че има 4 на изхода и минус на 3. След това токът на натоварване преминава от клема 3 към 5, през товара и към 6, след това през вътрешния защитен диод VT2, през отворения VT1 към клема 4. При промяна на периода токът на натоварване протича през диода на транзистора VT1 и отворете VT2. Елементите на веригата R3, R3, C1 и VD1 са безтрансформаторно захранване. Стойността на резистора R1 съответства на нивото на входното напрежение от пет волта и може да бъде променена, ако е необходимо. Когато се получи контролен сигнал, светодиодът в оптрона светва и шунтира затворите на двата транзистора. Към товара не се прилага напрежение.

За какъв товар говориш? Да, за всякакви - релета, електрически крушки, соленоиди, двигатели, няколко светодиода наведнъж или мощен LED прожектор. Накратко, всичко, което консумира повече от 15 mA и / или изисква захранващо напрежение над 5 волта.

Вземете например реле. Нека да е BS-115C. Токът на намотката е около 80 mA, напрежението на намотката е 12 волта. Максимално напрежениеконтакти 250V и 10A.

Свързването на реле към микроконтролер е задача, която почти всеки имаше. Единият проблем е, че микроконтролерът не може да осигури мощността, необходима за нормалната работа на бобината. Максимален токкойто може да премине през себе си, изходът на контролера рядко надвишава 20 mA и това все още се счита за готино - мощен изход. Обикновено не повече от 10mA. Да, напрежението тук не е по-високо от 5 волта, а релето се нуждае от 12. Разбира се, има релета за пет волта, но токът се консумира два пъти повече. Като цяло, където релето не целува - навсякъде задника. Какво да правя?

Първото нещо, което идва на ум, е да поставите транзистор. Правилното решение - транзистор може да бъде избран за стотици милиампери или дори ампери. Ако един транзистор липсва, тогава те могат да бъдат включени в каскади, когато слаб отваря по-силен.

Тъй като сме приели, че 1 е включено, а 0 е изключено (това е логично, въпреки че противоречи на стария ми навик, произлязъл от архитектурата AT89C51), тогава 1 ще захранва, а 0 ще премахва товара. Да вземем биполярен транзистор. Релето изисква 80 mA, така че търсим транзистор с колекторен ток над 80 mA. Във внесените таблици с данни този параметър се нарича I c, в нашия I k. Първото нещо, което ми дойде на ум, е KT315 - шедьовър на съветския транзистор, който се използва почти навсякъде :) Такъв оранжев. Струва не повече от една рубла. Той също така ще работи с KT3107 с всеки буквен индекс или импортиран BC546 (както и BC547, BC548, BC549). В транзистора, на първо място, е необходимо да се определи целта на заключенията. Къде е колекторът, къде е базата и къде е емитерът. Най-добре е да направите това според листа с данни или справочника. Ето пример от листа с данни:

Ако погледнете предната му страна, тази с надписите и дръжте краката надолу, след това заключенията, отляво надясно: Излъчвател, Колектор, База.

Вземаме транзистор и го свързваме по следната схема:

Колектора към товара, излъчвателя, този със стрелката, към земята. И основата към изхода на контролера.

Транзисторът е усилвател на ток, тоест, ако прекараме ток през веригата база-емитер, тогава ток, равен на входа, умножен по усилването h fe, може да премине през веригата колектор-емитер.
h fe за този транзистор е няколкостотин. Нещо около 300, не помня точно.

Максималното изходно напрежение на микроконтролера, когато е приложено към единичния порт = 5 волта (спадът на напрежението от 0,7 волта на кръстовището база-емитер може да бъде пренебрегнат тук). Съпротивлението в основната верига е 10 000 ома. Това означава, че токът, според закона на Ом, ще бъде равен на 5/10000=0,0005A или 0,5mA - напълно нищожен ток, от който контролерът дори няма да се изпоти. И изходът в този момент ще бъде I c \u003d I be * h fe \u003d 0,0005 * 300 \u003d 0,150A. 150 mA е повече от 100 mA, но това просто означава, че транзисторът ще се отвори широко и ще даде най-доброто, което може. Така нашето реле ще получи храна в пълен размер.

Всички ли са щастливи, всички ли са щастливи? Но не, тук има бъркотия. В реле бобината се използва като задвижващ елемент. И бобината има доста силна индуктивност, така че е невъзможно рязко да се прекъсне токът в нея. Ако се опитате да направите това, тогава потенциалната енергия, натрупана в електромагнитното поле, ще излезе на друго място. При нулев ток на прекъсване това място ще бъде напрежение - при рязко прекъсване на тока ще има мощен скок на напрежение върху бобината, стотици волта. Ако токът бъде прекъснат от механичен контакт, тогава ще има разбивка на въздуха - искра. И ако го отрежете с транзистор, той просто ще го убие.

Необходимо е да се направи нещо, някъде да се постави енергията на намотката. Няма проблем, затвори си го като сложиш диод. При нормална работа диодът е включен срещу напрежението и през него не протича ток. И когато изключите напрежението в индуктивността ще бъде в другата посока и ще премине през диода.

Вярно е, че тези игри с пренапрежения на напрежението имат неприятен ефект върху стабилността на захранващата мрежа на устройството, така че има смисъл да завиете електролитен кондензатор за още сто микрофарада в близост до намотките между плюса и минуса на захранването. Той ще поеме повечетопулсации.

Красотата! Но можете да направите още по-добре - да намалите консумацията. Релето има доста голям ток на прекъсване, но токът на задържане на котвата е по-малък от три пъти. На кой му пука, ама жабата ме мачка, за да нахраня намотката повече, отколкото заслужава. Това в крайна сметка е потреблението на енергия и отопление и много повече. Също така вземаме и вмъкваме във веригата полярен кондензатор за дузина други микрофаради с резистор. Какво се случва сега:

Когато транзисторът е отворен, кондензаторът C2 все още не е зареден, което означава, че в момента на зареждането му е почти късо съединение и токът през бобината преминава без ограничения. Не за дълго, но това е достатъчно, за да счупи арматурата на релето от мястото му. Тогава кондензаторът ще се зареди и ще се превърне в прекъсване. И релето ще се захранва през резистор за ограничаване на тока. Резисторът и кондензаторът трябва да бъдат избрани по такъв начин, че релето да работи ясно.
След като транзисторът се затвори, кондензаторът се разрежда през резистора. От това следва брояч zapadlo - ако веднага се опитате да включите релето, когато кондензаторът все още не е разреден, тогава токът за дръпване може да не е достатъчен. Така че тук трябва да помислим с каква скорост ще щрака релето. Conder, разбира се, ще бъде разреден за част от секундата, но понякога това е много.

Нека добавим още един ъпгрейд.
Когато релето се отвори, енергията магнитно полесе обезвъздушава през диода, само в същото време токът продължава да тече в бобината, което означава, че продължава да държи котвата. Времето между премахването на управляващия сигнал и отпадането на контактната група се увеличава. Западло. Необходимо е да се направи пречка за протичане на ток, но такава, че да не убива транзистора. Включваме ценеров диод с напрежение на отваряне под ограничаващото напрежение на пробив на транзистора.
От част от листа с данни може да се види, че ограничаващото напрежение на колектор-база (напрежение колектор-база) за BC549 е 30 волта. Завиваме 27-волтов ценеров диод - печалба!

В резултат на това осигуряваме скок на напрежението на бобината, но той е контролиран и под критичната точка на пробив. По този начин значително (на моменти!) Намаляваме забавянето при изключване.

Сега можете доста да се разтегнете и да започнете болезнено да си чешете ряпата по темата как да поставите всички тези боклуци върху печатна електронна платка... Трябва да търсим компромиси и да оставим само необходимото в тази схема. Но това вече е инженерен нюх и идва с опит.

Разбира се, вместо реле можете да включите електрическа крушка и соленоид и дори мотор, ако минава през тока. За пример е взето релето. И, разбира се, целият комплект диод-кондензатор не е необходим за електрическата крушка.

Стига засега. Следващият път ще говоря за модулите Darlington и MOSFET ключовете.

Транзисторният ключ е основният компонент в технологията на импулсния преобразувател. В схемите на всички импулсни източницизахранвания, които почти напълно изместиха трансформаторните захранвания, използват се транзисторни ключове. Примери за такива захранвания са компютърни блоковехрана, устройство за зарежданетелефони, лаптопи, таблети и др. Транзисторните ключове са заменили електромагнитните релета, тъй като имат такова основно предимство като липсата на механични движещи се части, което увеличава надеждността и издръжливостта на ключа. В допълнение, скоростта на включване и изключване на електронните полупроводникови ключове е много по-висока от скоростта на електромагнитните релета.

Също така транзисторен превключвател често се използва за включване / изключване (превключване) на товар със значителна мощност по сигнала на микроконтролера.

Същността на електронния ключ е да го управлява с висока мощност чрез сигнал с ниска мощност.

Има полупроводникови ключове на базата на транзистори, тиристори, триаци. Тази статия обаче обсъжда работата на електронен ключ на биполярен транзистор. В следващите статии ще бъдат разгледани други видове полупроводникови ключове.

В зависимост от структурата на полупроводника биполярните транзистори се разделят на два вида: стр — н — стр и н — стр — н Тип ( ориз. един ).

Ориз. 1 - Структури на биполярни транзистори

Във веригите биполярните транзистори са обозначени, както е показано в ориз. 2 . Средният терминал се нарича база, терминалът със "стрелката" е емитер, останалият терминал е колектор.

Ориз. 2 - Обозначаване на транзистори в схеми

Също така транзисторите могат условно да бъдат изобразени под формата на два диода, които са свързани гръб един към друг, тяхното кръстовище винаги ще бъде основата ( фиг.3 ).

Ориз. 3 - Схеми за замяна на транзистори с диоди

транзисторен ключ. Схеми за включване.

Превключващите вериги за транзистори с различни полупроводникови структури са показани в ориз. четири . Преходът между основата и емитера се нарича емитерен преход, а преходът между основата и колектора се нарича колекторен преход. За да включите (отворите) транзистора, е необходимо колекторният преход да бъде наклонен в обратна посока, а емитерът - в права посока.

Ориз. 4 - Транзисторен ключ. Схеми за превключване

Захранващо напрежение U un приложен към колекторни и емитерни терминали U ке през товарен резистор Р да се (см. ориз. четири ). Управляващото напрежение (контролен сигнал) се прилага между основата и излъчвателя U бае чрез токоограничаващ резистор Р b .

Когато транзисторът работи в ключов режим, той може да бъде в две състояния. Първият е режим на прекъсване. В този режим транзисторът е напълно затворен и напрежението между колектора и емитера е равно на напрежението на захранването. Второто състояние е режим на насищане. В този режим транзисторът е напълно включен и напрежението между колектора и емитера е равно на спада на напрежението в стр — н - преходи и за различни транзистори е в диапазона от стотни до десети от волта.

На товара директен вход статични характеристики на транзистора ( ориз. 5 ) областта на насищане е на сегмента 1-2 , и граничната област на сегмента 3-4 . Междинният регион между тези сегменти е регионът 2-3 наречен активен регион. Той се ръководи, когато транзисторът работи в режим на усилвател.

Ориз. 5 - Входна статична характеристика на транзистора

За да улесните запомнянето на полярността на свързване на захранването и напрежението на управляващия сигнал, обърнете внимание на стрелката на излъчвателя. Той показва посоката на текущия поток ( фиг.6 ).

Ориз. 6 - Пътят на тока през транзисторния ключ

Изчисляване на параметрите на транзисторния ключ

За пример за работа на ключ ще използваме светодиод като товар. Неговата схема на свързване е показана в ориз. 7 . Обърнете внимание на полярността на свързване на захранващи устройства и светодиоди в транзистори с различни полупроводникови структури.

Ориз. 7 - Схеми за свързване на светодиод към транзисторни ключове

Нека изчислим основните параметри на транзисторен ключ, направен на транзистор н — стр — н Тип. Нека имаме следните първоначални данни:

- спад на напрежението върху светодиода Δ UVD = 2 V;

— номинален ток LED азVD= 10 mA;

- захранващо напрежение Uun(отбелязано на диаграмата Uke) = 9 V;

- напрежение на входния сигнал Uслънце= 1,6 V.

Сега нека погледнем отново диаграмата, показана в ориз. 7 . Както виждаме, остава да се определи съпротивлението на резисторите в базовата и колекторната верига. Транзисторът може да избере всяка биполярна съответна полупроводникова структура. Да вземем за пример съветския транзистор н — стр — н Тип MP111B.

Изчисляване на съпротивлението в колекторната верига на транзистора

Съпротивлението в колекторната верига е проектирано да ограничава тока, който протича през светодиода. VD , както и за защита от претоварване на самия транзистор. Тъй като когато транзисторът се отвори, токът в неговата верига ще бъде ограничен само от съпротивлението на светодиода VD и резистор Р да се .

Да дефинираме съпротивлението Р да се . То е равно на спада на напрежението върху него Δ U Р да се разделено на тока в колекторната верига аз да се :

Така че колекторът беше зададен от нас първоначално - това е номиналният ток на светодиода. Не трябва да превишава аз k=10mA .

Сега намерете спада на напрежението върху резистора Р да се . То е равно на захранващото напрежение U un (U ке ) минус спада на напрежението върху светодиода Δ U VD и минус спада на напрежението на транзистора ΔU ке :

Спадът на напрежението на светодиода, както и напрежението на източника на захранване са първоначално зададени и равни съответно на 0,2V и 9V. Падът на напрежението за транзистора MP111B, както и за други съветски транзистори, се приема за около 0,2 V. За съвременните транзистори (например BC547, BC549, N2222 и други) спадът на напрежението е около 0,05 V и по-нисък.

Спадът на напрежението в транзистора може да бъде измерен, когато е напълно включен, между клемите на колектора и емитера, и допълнително да коригира изчислението. Но, както ще видим по-късно, съпротивлението на колектора може да бъде избрано по по-прост метод.

Съпротивлението в колекторната верига е:

Изчисляване на съпротивлението в транзисторната базова верига

Сега трябва да определим съпротивлението на основата Р b . То е равно на спада на напрежението върху самото съпротивление. ΔURb разделено на базовия ток аз b :

Спадът на напрежението в основата на транзистора е равен на напрежението на входния сигнал Uvs минус спада на напрежението през прехода база-емитер ΔUbe . Напрежението на входния сигнал е зададено в първоначалните данни и е равно на 1,6 V. Падът на напрежението между основата и емитера е около 0,6 V.

След това намерете базовия ток ib . Той е равен на тока на колектора ib разделено на текущото усилване на транзистора β . Печалбата за всеки транзистор е дадена в таблици с данни или в справочници. Още по-лесно е да разберете смисъла β можете да използвате мултицет. Дори най-простият мултиметър има такава функция. За този транзистор β=30 . За съвременните транзистори β равно на около 300 ... 600 единици.

Сега можем да намерим необходимото базово съпротивление.

По този начин, използвайки горната методология, можете лесно да определите необходимите стойности на резистора в базовите и колекторните вериги. Трябва обаче да се помни, че изчислените данни не винаги ви позволяват да определите точно стойностите на резистора. Следователно е по-добре да се извърши по-фина настройка на ключа експериментално и изчисленията са необходими само за първоначалната оценка, тоест те помагат да се стесни диапазонът на избор на стойности на резистора.

За да определите стойностите на резистора, трябва да свържете последователно базовите и колекторните резистори променлив резистори промяна на стойността му, за да се получат необходимите стойности на базовия и колекторния ток ( ориз. осем ).

Ориз. 8 - Схема за включване на променливи резистори

Препоръки за избор на транзистори за електронни ключове

Номиналното напрежение между колектора и емитера, което е указано от производителя, трябва да бъде по-високо от напрежението на захранването.

Номиналният колекторен ток, който също е посочен от производителя, трябва да бъде по-актуалентовари.

Необходимо е да се гарантира, че токът и напрежението на основата на транзистора не надвишават допустимите стойности.

Също така, напрежението в основата в режим на насищане не трябва да бъде по-ниско от минималната стойност, в противен случай транзисторният ключ ще работи нестабилно.

При работа с сложни схемиполезно е използването на различни технически трикове, които ви позволяват да постигнете целта си с малко усилия. Един от тях е създаването на транзисторни ключове. Какво са те? Защо трябва да се създават? Защо се наричат още "електронни ключове"? Какви са характеристиките на този процес и на какво трябва да се обърне внимание?

От какво са направени транзисторните ключове?

Те се извършват с помощта на поле или Първите се разделят допълнително на MIS и ключове, които имат контролен pn преход. Сред биполярните се разграничават ненаситени. 12-волтов транзисторен ключ ще може да задоволи основните изисквания на радиолюбител.

Статичен режим на работа

Той анализира частното и публичното състояние на ключа. Първият вход съдържа ниско ниво на напрежение, което показва сигнал за логическа нула. В този режим и двата прехода са в обратна посока (получава се cutoff). И само термично може да повлияе на тока на колектора. В отворено състояние на входа на ключа е високо нивонапрежение, съответстващо на сигнала на логическата единица. Има възможност за работа в два режима едновременно. Такава производителност може да бъде в областта на насищане или линейната област на изходната характеристика. На тях ще се спрем по-подробно.

наситеност на клавишите

В такива случаи транзисторните преходи са предубедени. Следователно, ако базовият ток се промени, тогава стойността на колектора няма да се промени. В силициевите транзистори са необходими приблизително 0,8 V, за да се получи отклонение, докато при германиевите транзистори напрежението варира в рамките на 0,2-0,4 V. Как се постига насищането на ключа като цяло? Това увеличава базовия ток. Но всичко си има граници, както и нарастващата наситеност. Така че, когато се достигне определена стойност на тока, той спира да нараства. И защо да извършвате насищане на ключове? Има специален коефициент, който показва състоянието на нещата. С увеличаването му товароносимостта на транзисторните превключватели се увеличава, дестабилизиращите фактори започват да влияят с по-малка сила, но производителността се влошава. Следователно стойността на коефициента на насищане се избира от компромисни съображения, като се фокусира върху задачата, която трябва да бъде изпълнена.

Недостатъци на ненаситения ключ

И какво се случва, ако оптималната стойност не е достигната? Тогава ще има такива недостатъци:

Волтаж публичен ключкапките ще загубят около 0,5 V.
Имунитетът към шум ще се влоши. Това се дължи на повишеното входно съпротивление, което се наблюдава в ключовете, когато са в отворено състояние. Следователно смущения като пренапрежение на мощността също ще доведат до промяна в параметрите на транзисторите.
Наситеният ключ има значителна температурна стабилност.

Както можете да видите, този процес все още е по-добре да се извърши, за да получите в крайна сметка по-модерно устройство.

производителност

Взаимодействие с други клавиши

За целта се използват елементи на комуникация. Така че, ако първият ключ на изхода има високо ниво на напрежение, тогава вторият се отваря на входа и работи в определения режим. И обратно. Такава комуникационна верига значително влияе върху преходните процеси, които възникват по време на превключване и скоростта на клавишите. Ето как работи транзисторният ключ. Най-често срещаните са схеми, при които взаимодействието се осъществява само между два транзистора. Но това изобщо не означава, че това не може да се направи от устройство, в което ще се използват три, четири или дори повече елемента. Но на практика е трудно да се намери приложение за това, така че работата на транзисторен ключ от този тип не се използва.

Какво да избера

С какво е по-добре да работите? Нека си представим, че имаме обикновен транзисторен превключвател, чието захранващо напрежение е 0,5 V. След това с помощта на осцилоскоп ще бъде възможно да запишете всички промени. Ако колекторният ток е настроен на 0,5 mA, тогава напрежението ще падне с 40 mV (ще има приблизително 0,8 V в основата). По стандартите на задачата можем да кажем, че това е доста значително отклонение, което налага ограничение върху използването в цяла поредица от вериги, например в превключватели, Следователно те използват специални, където има контролна pn кръстовище. Техните предимства пред биполярните аналози са:

Незначителна стойност на остатъчното напрежение на ключа в състояние на окабеляване.
Високо съпротивление и в резултат на това малък ток, който протича през затворен елемент.
Консумирана ниска мощност, така че не е необходим значителен източник на управляващо напрежение.
Възможно е да се превключват електрически сигнали с ниско ниво, които са единици микроволта.

Транзисторно ключово реле - тук е идеалното приложение за полето. Разбира се, това съобщение е публикувано тук единствено, за да могат читателите да имат представа за тяхното приложение. Малко знания и изобретателност - и възможностите за реализации, в които има транзисторни превключватели, ще бъдат измислени много.

Работен пример

Нека да разгледаме по-подробно как функционира един прост транзисторен ключ. Комутираният сигнал се предава от един вход и се премахва от друг изход. За да заключите ключа, към вратата на транзистора се прилага напрежение, което надвишава стойностите на източника и изтичането със стойност, по-голяма от 2-3 V. Но трябва да внимавате да не надхвърлите допустим диапазон. Когато ключът е затворен, съпротивлението му е сравнително голямо - повече от 10 ома. Тази стойност се получава поради факта, че обратният ток също има допълнителен ефект. p-n отместванияпреход. В същото състояние капацитетът между превключваната сигнална верига и управляващия електрод варира в диапазона 3-30 pF. Сега нека отворим транзисторния ключ. Веригата и практиката ще покажат, че тогава напрежението на управляващия електрод ще се доближи до нула и е силно зависимо от съпротивлението на натоварване и характеристиката на превключваното напрежение. Това се дължи на цялата система от взаимодействия на портата, изтичането и източника на транзистора. Това създава определени проблеми при работа в режим прекъсвач.

Като решение на този проблем те разработиха различни схеми, които осигуряват стабилизиране на напрежението, което протича между канала и портата. И благодарение на физични свойствадори диод може да се използва като такъв. За да направите това, той трябва да бъде включен в предната посока на блокиращото напрежение. Ако се създаде необходимата ситуация, диодът ще се затвори и p-n преходът ще се отвори. Така че при промяна на превключваното напрежение той да остане отворен и съпротивлението на канала му да не се променя, между източника и входа на ключа може да се свърже резистор с високо съпротивление. А наличието на кондензатор значително ще ускори процеса на презареждане на резервоарите.

Изчисляване на транзисторния ключ

За разбиране давам пример за изчисление, можете да замените вашите данни:

1) Колектор-емитер - 45 V. Обща разсейвана мощност - 500 mw. Колектор-емитер - 0,2 V. Пределна честота на работа - 100 MHz. Базов емитер - 0,9 V. Колекторен ток- 100 mA. Статистически коефициент на пренос на ток - 200.

2) Резистор за 60 mA ток: 5-1,35-0,2 = 3,45.

3) Номинално съпротивление на колектора: 3,45\0,06=57,5 Ohm.

4) За удобство вземаме номинална стойност от 62 ома: 3,45 \ 62 \u003d 0,0556 mA.

5) Разглеждаме базовия ток: 56 \ 200 \u003d 0,28 mA (0,00028 A).

6) Колко ще бъде на основния резистор: 5 - 0,9 \u003d 4,1V.

7) Определете съпротивлението на основния резистор: 4,1 \ 0,00028 \u003d 14,642,9 ома.

Заключение

И накрая, за името "електронни ключове". Факт е, че състоянието се променя под въздействието на тока. И какво представлява той? Точно така, съвкупността от електронни такси. Оттук идва второто име. Това е всичко. Както можете да видите, принципът на работа и схемата на транзисторните ключове не са нещо сложно, така че разбирането на това е осъществима задача. Трябва да се отбележи, че дори авторът на тази статия трябваше да използва някаква справочна литература, за да опресни собствената си памет. Ето защо, ако имате въпроси относно терминологията, предлагам да си припомните наличието на технически речници и да потърсите нова информация за транзисторните ключове там.

AT импулсни устройствамного често можете да намерите транзисторни ключове. Транзисторните ключове присъстват в тригери, ключове, мултивибратори, блокиращи генератори и др. електронни схеми. Във всяка верига транзисторният ключ изпълнява своята функция и в зависимост от режима на работа на транзистора ключовата верига като цяло може да се промени, но основната електрическа схематранзисторен ключ - следното:

Има няколко основни режима на работа на транзисторния ключ: нормален активен режим, режим на насищане, режим на прекъсване и активен инверсен режим. Въпреки че веригата на транзисторния превключвател по принцип е транзисторна усилвателна верига с общ емитер, тази верига се различава по функция и режими от типичното усилвателно стъпало.

В ключово приложение транзисторът служи като високоскоростен превключвател и основните статични състояния са две: транзисторът е затворен и транзисторът е отворен. Затворено състояние - отвореното състояние, когато транзисторът е в режим на прекъсване. Затворено състояние - състоянието на насищане на транзистора или състояние, близко до насищане, в това състояние транзисторът е отворен. При преминаване на транзистора от едно състояние в друго това е активният режим, при който процесите в каскадата протичат нелинейно.

Статичните състояния се описват според статичните характеристики на транзистора. Има две характеристики: изходната фамилия - зависимостта на колекторния ток от напрежението колектор-емитер и входната фамилия - зависимостта на базовия ток от напрежението база-емитер.

Режимът на прекъсване се характеризира с изместване на двете p-n преходитранзистор в обратна посока и има дълбоко прекъсване и плитко прекъсване. Дълбокото прекъсване е, когато напрежението, приложено към преходите, е 3-5 пъти по-високо от праговото напрежение и има обратна полярност на работното. В това състояние транзисторът е отворен и токовете на неговите електроди са изключително малки.

При плитко прекъсване напрежението, приложено към един от електродите, е по-ниско и електродните токове са по-големи, отколкото при дълбоко прекъсване, в резултат на което токовете вече зависят от приложеното напрежение в съответствие с долната крива от изходната характеристика семейство, тази крива се нарича „характеристика на прекъсване“.

Например, ще извършим опростено изчисление за ключовия режим на транзистор, който ще работи на резистивен товар. Транзисторът ще бъде само в едно от двете основни състояния за дълго време: напълно отворен (насищане) или напълно затворен (прекъсване).

Нека натоварването на транзистора е намотката на релето SRD-12VDC-SL-C, чието съпротивление на бобината при номинално напрежение 12 V ще бъде 400 ома. Нека пренебрегнем индуктивния характер на намотката на релето, нека разработчиците осигурят демпфер за защита от преходни пренапрежения, но ще изчислим въз основа на факта, че релето ще бъде включено веднъж и за много дълго време. Намираме колекторния ток по формулата:

Ik \u003d (Упит-Укенас) / Rн.

Къде: Ik - D.C.колектор; Upit - захранващо напрежение (12 волта); Ukenas - напрежение на насищане на биполярния транзистор (0,5 волта); Rн - съпротивление на натоварване (400 Ohm).

Получаваме Ik \u003d (12-0,5) / 400 \u003d 0,02875 A \u003d 28,7 mA.

За вярност, нека вземем транзистор с марж за ограничаване на тока и ограничаване на напрежението. Подходящ BD139 в пакет SOT-32. Този транзистор има параметрите Ikmax = 1,5 A, Ukemax = 80 V. Ще има добър запас.

За да се осигури колекторен ток от 28,7 mA, е необходимо да се осигури подходящ базов ток. Базовият ток се определя по формулата: Ib = Ik / h21e, където h21e е статичният коефициент на пренос на ток.

Съвременните мултиметри ви позволяват да измервате този параметър, а в нашия случай беше 50. Така че Ib = 0,0287 / 50 = 574 μA. Ако стойността на коефициента h21e е неизвестна, за надеждност можете да вземете минимума от документацията за този транзистор.

За определяне на необходимата стойност на базовия резистор. Напрежението на насищане база-емитер е 1 волт. Така че, ако управлението ще се извършва чрез сигнал от изхода логически чип, чието напрежение е 5 V, тогава за да осигурим необходимия базов ток от 574 μA, с спад при прехода от 1 V, получаваме:

R1 \u003d (Uin-Ubenas) / Ib \u003d (5-1) / 0,000574 \u003d 6968 Ohm

Нека изберем по-малък (така че да има точно достатъчно ток) от стандартната серия от резистор 6,8 kOhm.

НО за да може транзисторът да превключва по-бързо и да е надеждна работата, ще използваме допълнителен резистор R2 между основата и емитера и на него ще падне малко мощност, което означава, че трябва да намалим съпротивлението на резистора R1. Нека вземем R2 = 6,8 kOhm и коригираме стойността на R1:

R1 = (Uin-Ubenas) / (Ib + I (чрез резистор R2) = (Uin-Ubenas) / (Ib + Ubenas / R2)

R1 \u003d (5-1) / (0,000574 + 1/6800) \u003d 5547 ома.

Нека бъде R1 = 5,1 kOhm и R2 = 6,8 kOhm.

Нека изчислим загубите на ключа: P \u003d Ik * Ukenas \u003d 0,0287 * 0,5 \u003d 0,014 W. Транзисторът не се нуждае от радиатор.