Clés électroniques. Une clé électronique sur un transistor - le principe de fonctionnement et le circuit.

Les clés de transistor construites sur des transistors bipolaires ou à effet de champ sont divisées en saturées et non saturées, ainsi que des clés MOS et des clés sur des transistors à effet de champ avec une jonction pn de commande. Tous les commutateurs à transistors peuvent fonctionner en deux modes : statique et dynamique.

Sur leur base, le TC repose sur le principe de fonctionnement des déclencheurs, des multivibrateurs, des interrupteurs, des générateurs de blocage et de nombreux autres éléments. Selon le but et les caractéristiques de l'opération, les schémas de CT peuvent différer les uns des autres.

Le TC est conçu pour commuter des circuits de charge sous l'influence de signaux de commande externes, voir le schéma ci-dessus. Tout TC remplit les fonctions d'une touche rapide et possède deux états principaux : ouvert, il correspond au mode de coupure du transistor (VT - fermé), et fermé, caractérisé par un mode de saturation ou un mode proche de celui-ci. Pendant tout le processus de commutation, le TC fonctionne en mode actif.

Considérons le fonctionnement d'une clé basée sur un transistor bipolaire. S'il n'y a pas de tension sur la base par rapport à l'émetteur, le transistor est fermé, aucun courant ne le traverse, toute la tension d'alimentation est sur le collecteur, c'est-à-dire niveau de signal maximal.

Dès qu'un signal électrique de commande arrive à la base du transistor, celui-ci s'ouvre, le courant collecteur-émetteur commence à circuler et la tension chute aux bornes de la résistance interne du collecteur, puis la tension du collecteur, et avec elle la tension à la sortie du circuit, diminuer à niveau faible.

Pour la pratique, nous collecterons un simple circuit interrupteur à transistor sur un transistor bipolaire. Pour cela, nous utilisons un transistor bipolaire KT817, une résistance dans le circuit d'alimentation du collecteur avec une valeur nominale de 1 kOhm et à l'entrée avec une résistance de 270 Ohm.

A l'état ouvert du transistor à la sortie du circuit, nous avons la pleine tension de la source d'alimentation. Lorsqu'un signal est reçu à l'entrée de commande, la tension sur le collecteur est limitée au minimum, quelque part autour de 0,6 volt.

De plus, TC peut également être mis en œuvre sur des transistors à effet de champ. Le principe de leur fonctionnement est presque le même, mais ils ne consomment pas beaucoup moins de courant de commande, et en plus ils assurent une isolation galvanique des parties d'entrée et de sortie, mais ils perdent considérablement en vitesse par rapport aux bipolaires. Les clés à transistors sont utilisées dans presque toutes les gammes d'appareils électroniques radio, de commutateurs de signaux analogiques et numériques, de systèmes d'automatisation et de contrôle, dans les appareils électroménagers modernes, etc.

Pour commuter des charges dans des circuits courant alternatif il est préférable d'utiliser puissant FET. Cette classe de semi-conducteurs est représentée par deux groupes. Le premier comprend les hybrides: transistors bipolaires à grille isolée - IGBT ou. Le second comprend des transistors de champ (canal) classiques. Considérer comme étude de cas fonctionnement d'un interrupteur de charge pour un réseau de tension alternative de 220 volts sur un TP de champ puissant type KP707

Cette conception vous permet de découpler galvaniquement les circuits de commande et le circuit 220 volts. Des optocoupleurs TLP521 ont été utilisés comme découplage. Lorsqu'il n'y a pas de tension aux bornes d'entrée, la LED de l'optocoupleur est éteinte, le transistor intégré de l'optocoupleur est fermé et ne shunte pas la grille des puissants transistors de commutation. Par conséquent, sur leurs grilles, il existe une tension d'ouverture égale au niveau de tension de stabilisation de la diode zener VD1. Dans ce cas, les agents de terrain sont ouverts et travaillent à tour de rôle, en fonction de la polarité de la période de tension alternative à l'heure actuelle. Disons qu'il y a un 4 sur la sortie et un moins sur le 3. Ensuite, le courant de charge passe de la borne 3 à 5, à travers la charge et à 6, puis à travers la diode de protection interne VT2, à travers le VT1 ouvert à la borne 4. Lors du changement de période, le courant de charge traverse la diode du transistor VT1 et ouvrez VT2. Les éléments de circuit R3, R3, C1 et VD1 sont une alimentation sans transformateur. La valeur de la résistance R1 correspond au niveau de tension d'entrée de cinq volts et peut être modifiée si nécessaire. Lorsqu'un signal de commande est reçu, la LED de l'optocoupleur s'allume et shunte les grilles des deux transistors. Aucune tension n'est appliquée à la charge.

De quelle charge parles-tu ? Oui, à peu près n'importe lequel - relais, ampoules, solénoïdes, moteurs, plusieurs LED à la fois ou un projecteur LED puissant. Bref, tout ce qui consomme plus de 15mA et/ou nécessite une tension d'alimentation supérieure à 5 volts.

Prenons, par exemple, un relais. Que ce soit BS-115C. Le courant d'enroulement est d'environ 80mA, la tension d'enroulement est de 12 volts. Tension maximale contacts 250V et 10A.

Connecter un relais à un microcontrôleur est une tâche que presque tout le monde avait. Un problème est que le microcontrôleur ne peut pas fournir la puissance nécessaire au fonctionnement normal de la bobine. Courant maximal qui peut passer à travers lui-même la sortie du contrôleur dépasse rarement 20mA et cela est toujours considéré comme cool - une sortie puissante. Généralement pas plus de 10mA. Oui, la tension ici n'est pas supérieure à 5 volts et le relais en a besoin jusqu'à 12. Il existe bien sûr des relais pour cinq volts, mais le courant est consommé deux fois plus. En général, là où le relais ne s'embrasse pas - partout le cul. Ce qu'il faut faire?

La première chose qui me vient à l'esprit est de mettre un transistor. La bonne décision - un transistor peut être sélectionné pour des centaines de milliampères, voire des ampères. S'il manque un transistor, ils peuvent être allumés en cascade, lorsqu'un faible en ouvre un plus fort.

Puisque nous avons supposé que 1 est allumé et 0 est éteint (c'est logique, même si cela contredit ma vieille habitude issue de l'architecture AT89C51), alors 1 fournira de l'énergie et 0 supprimera la charge. Prenons un transistor bipolaire. Le relais nécessite 80mA, nous recherchons donc un transistor avec un courant de collecteur supérieur à 80mA. Dans les fiches techniques importées, ce paramètre s'appelle I c, dans le nôtre I k. La première chose qui m'est venue à l'esprit est KT315 - un chef-d'œuvre de transistor soviétique qui a été utilisé presque partout :) Un tel orange. Cela ne coûte pas plus d'un rouble. Il exécutera également KT3107 avec n'importe quel index de lettres ou BC546 importé (ainsi que BC547, BC548, BC549). Dans un transistor, tout d'abord, il est nécessaire de déterminer le but des conclusions. Où est le collecteur, où est la base et où est l'émetteur. Il est préférable de le faire selon la fiche technique ou le livre de référence. Voici un exemple tiré de la fiche technique :

Si vous regardez sa face avant, celle avec les inscriptions, et gardez les jambes baissées, puis les conclusions, de gauche à droite : Emitter, Collector, Base.

Nous prenons un transistor et le connectons selon le schéma suivant:

Le collecteur à la charge, l'émetteur, celui avec la flèche, au sol. Et la base à la sortie du contrôleur.

Un transistor est un amplificateur de courant, c'est-à-dire que si l'on fait passer un courant dans le circuit Base-Emetteur, alors un courant égal à l'entrée multiplié par le gain h fe peut traverser le circuit Collecteur-Emetteur.
h fe pour ce transistor est de plusieurs centaines. Quelque chose comme 300, je ne me souviens plus exactement.

La tension de sortie maximale du microcontrôleur lorsqu'il est appliqué au port unité = 5 volts (la chute de tension de 0,7 volts à la jonction Base-Émetteur peut être négligée ici). La résistance dans le circuit de base est de 10 000 ohms. Cela signifie que le courant, selon la loi d'Ohm, sera égal à 5/10000=0,0005A ou 0,5mA - un courant complètement insignifiant à partir duquel le contrôleur ne transpirera même pas. Et la sortie à ce stade sera I c \u003d I be * h fe \u003d 0,0005 * 300 \u003d 0,150A. 150mA est supérieur à 100mA, mais cela signifie simplement que le transistor s'ouvrira grand et sortira le plus possible. Ainsi notre relais recevra les vivres en intégralité.

Est-ce que tout le monde est content, est-ce que tout le monde est content ? Mais non, il y a un bordel ici. Dans un relais, une bobine est utilisée comme élément d'actionnement. Et la bobine a une inductance assez forte, il est donc impossible de couper brusquement le courant qu'elle contient. Si vous essayez de le faire, l'énergie potentielle accumulée dans le champ de l'électroaimant sortira à un autre endroit. À courant de coupure nul, cet endroit sera sous tension - avec une forte interruption du courant, il y aura une puissante surtension sur la bobine, des centaines de volts. Si le courant est interrompu par un contact mécanique, il y aura une panne d'air - une étincelle. Et si vous le coupez avec un transistor, il le tuera tout simplement.

Il faut faire quelque chose, quelque part pour mettre l'énergie de la bobine. Pas de problème, fermez-le à vous-même en mettant une diode. En fonctionnement normal, la diode est allumée à l'opposé de la tension et aucun courant ne la traverse. Et lorsque vous éteignez la tension aux bornes de l'inductance sera dans l'autre sens et passera à travers la diode.

Certes, ces jeux avec des surtensions affectent de manière désagréable la stabilité du réseau d'alimentation de l'appareil, il est donc logique de visser un condensateur électrolytique pour une autre centaine de microfarads près des bobines entre le plus et le moins de l'alimentation. Il prendra le relais plus pulsations.

La beauté! Mais vous pouvez faire encore mieux : réduire votre consommation. Le relais a un courant de coupure assez important, mais le courant de maintien de l'induit est inférieur à trois fois. On s'en fout, mais le crapaud m'écrase pour alimenter la bobine plus qu'elle ne le mérite. Il s'agit après tout du chauffage et de la consommation d'énergie et bien plus encore. Nous prenons et insérons également dans le circuit un condensateur polaire pour une douzaine d'autres microfarads avec une résistance. Que se passe-t-il maintenant :

Lorsque le transistor est ouvert, le condensateur C2 n'est pas encore chargé, ce qui signifie qu'au moment de sa charge, il s'agit presque d'un court-circuit et le courant à travers la bobine passe sans restriction. Pas pour longtemps, mais cela suffit pour casser l'armature du relais de sa place. Ensuite, le condensateur se chargera et se transformera en pause. Et le relais sera alimenté par une résistance de limitation de courant. La résistance et le condensateur doivent être sélectionnés de manière à ce que le relais fonctionne clairement.
Après la fermeture du transistor, le condensateur est déchargé à travers la résistance. De là suit un compteur zapadlo - si vous essayez immédiatement d'allumer le relais, alors que le condensateur n'a pas encore été déchargé, le courant pour une secousse peut ne pas être suffisant. Donc, ici, nous devons penser à quelle vitesse le relais cliquera. Conder, bien sûr, sera déchargé en une fraction de seconde, mais parfois c'est beaucoup.

Ajoutons une autre mise à niveau.
Lorsque le relais s'ouvre, l'énergie champ magnétique est saigné à travers la diode, seulement en même temps le courant continue de circuler dans la bobine, ce qui signifie qu'il continue à maintenir l'ancre. Le temps entre la suppression du signal de commande et la chute du groupe de contact augmente. Zapadlo. Il faut faire obstacle à la circulation du courant, mais tel qu'il ne tue pas le transistor. Nous branchons une diode Zener avec une tension d'ouverture inférieure à la tension de claquage limite du transistor.
D'après un morceau de fiche technique, on peut voir que la tension limite du Collector-Base (tension Collector-Base) pour le BC549 est de 30 volts. Nous vissons une diode Zener de 27 volts - Profitez-en !

En conséquence, nous fournissons une surtension sur la bobine, mais elle est contrôlée et inférieure au point de claquage critique. Ainsi, nous réduisons considérablement (parfois!) Le délai de désactivation.

Maintenant, vous pouvez tout à fait vous étirer et commencer à gratter douloureusement vos navets pour savoir comment placer tous ces déchets dessus. circuit imprimé... Nous devons chercher des compromis et ne laisser que ce qui est nécessaire dans ce schéma. Mais c'est déjà un talent d'ingénieur et cela vient avec l'expérience.

Bien sûr, au lieu d'un relais, vous pouvez brancher une ampoule et un solénoïde, et même un moteur, s'il passe dans le courant. Le relais est pris comme exemple. Et, bien sûr, l'ensemble du kit diode-condensateur n'est pas nécessaire pour l'ampoule.

Assez pour le moment. La prochaine fois, je parlerai des assemblages Darlington et des clés MOSFET.

Le commutateur à transistor est le composant principal de la technologie des convertisseurs d'impulsions. Dans les schémas de tous sources d'impulsion les alimentations électriques, qui ont presque complètement remplacé les alimentations à transformateur, des commutateurs à transistors sont utilisés. Des exemples de telles alimentations sont blocs informatiques aliments, chargeur téléphones, ordinateurs portables, tablettes, etc. Les clés à transistors ont remplacé les relais électromagnétiques, car elles présentent un avantage majeur tel que l'absence de pièces mécaniques mobiles, ce qui augmente la fiabilité et la durabilité de la clé. De plus, la vitesse d'activation et de désactivation des commutateurs électroniques à semi-conducteurs est bien supérieure à la vitesse des relais électromagnétiques.

Aussi, un interrupteur à transistor est souvent utilisé pour allumer/éteindre (commuter) une charge de puissance importante au signal du microcontrôleur.

L'essence de la clé électronique est de la contrôler avec une puissance élevée par un signal de faible puissance.

Il existe des commutateurs à semi-conducteurs à base de transistors, thyristors, triacs. Cependant, cet article traite du fonctionnement d'une clé électronique sur un transistor bipolaire. Dans les articles suivants, d'autres types de commutateurs à semi-conducteurs seront considérés.

Selon la structure semi-conductrice, les transistors bipolaires sont divisés en deux types : p — n — p et n — p — n taper ( riz. un ).

Riz. 1 - Structures des transistors bipolaires

Dans les circuits, les transistors bipolaires sont désignés comme indiqué dans riz. 2 . Le terminal du milieu est appelé la base, le terminal avec la "flèche" est l'émetteur, le terminal restant est le collecteur.

Riz. 2 - Désignation des transistors dans les circuits

De plus, les transistors peuvent être représentés conditionnellement sous la forme de deux diodes, qui sont connectées dos à dos, leur jonction sera toujours la base ( fig.3 ).

Riz. 3 - Schémas de remplacement des transistors par des diodes

clé à transistor. Régimes d'inclusion.

Les circuits de commutation pour les transistors de diverses structures semi-conductrices sont illustrés dans riz. 4 . La jonction entre la base et l'émetteur est appelée jonction d'émetteur et la jonction entre la base et le collecteur est appelée jonction de collecteur. Pour allumer (ouvrir) le transistor, il est nécessaire que la jonction du collecteur soit polarisée dans le sens opposé et l'émetteur - dans le sens direct.

Riz. 4 - Clé transistor. Schémas de commutation

Tension d'alimentation tu ONU appliqué aux bornes du collecteur et de l'émetteur tu ke à travers une résistance de charge R à (cm. riz. 4 ). La tension de commande (signal de commande) est appliquée entre la base et l'émetteur tu bébé à travers une résistance de limitation de courant R b .

Lorsque le transistor fonctionne en mode clé, il peut être dans deux états. Le premier est le mode de coupure. Dans ce mode, le transistor est complètement fermé et la tension entre le collecteur et l'émetteur est égale à la tension de l'alimentation. Le deuxième état est le mode de saturation. Dans ce mode, le transistor est complètement allumé et la tension entre le collecteur et l'émetteur est égale à la chute de tension aux bornes p — n - les transitions et pour divers transistors se situent dans la plage des centièmes aux dixièmes de volt.

Sur les caractéristiques statiques d'entrée directe de charge du transistor ( riz. cinq ) la région de saturation est sur le segment 1-2 , et la région de coupure sur le segment 3-4 . La région intermédiaire entre ces segments est la région 2-3 appelée région active. Il est guidé lorsque le transistor fonctionne en mode amplificateur.

Riz. 5 - Caractéristique statique d'entrée du transistor

Afin de faciliter la mémorisation de la polarité de connexion de l'alimentation et de la tension du signal de commande, faites attention à la flèche de l'émetteur. Il indique le sens du courant ( fig.6 ).

Riz. 6 - Le chemin du flux de courant à travers l'interrupteur à transistor

Calcul des paramètres de l'interrupteur à transistor

Pour un exemple de fonctionnement d'une touche, nous utiliserons une LED comme charge. Son schéma de connexion est illustré dans riz. 7 . Faites attention à la polarité des alimentations de connexion et de la LED dans les transistors de différentes structures semi-conductrices.

Riz. 7 - Schémas de connexion d'une LED à des interrupteurs à transistor

Calculons les principaux paramètres d'un interrupteur à transistor réalisé sur un transistor n — p — n taper. Prenons les données initiales suivantes :

- chute de tension aux bornes de la LED Δ tuVD = 2V;

— courant nominal DIRIGÉ jeVD= 10 mA;

- tension d'alimentation tuONU(marqué sur le schéma Uke) = 9V;

- tension du signal d'entrée tuSoleil= 1,6 V.

Examinons à nouveau le schéma présenté dans riz. 7 . Comme nous pouvons le voir, il reste à déterminer la résistance des résistances dans les circuits de base et de collecteur. Le transistor peut choisir n'importe quelle structure semiconductrice bipolaire correspondante. Prenons par exemple le transistor soviétique n — p — n taper MP111B.

Calcul de la résistance dans le circuit collecteur du transistor

La résistance dans le circuit du collecteur est conçue pour limiter le courant qui traverse la LED. VD , ainsi que pour la protection contre les surcharges du transistor lui-même. Puisque lorsque le transistor s'ouvre, le courant dans son circuit ne sera limité que par la résistance de la LED VD et résistance R à .

Définissons la résistance R à . Elle est égale à la chute de tension à ses bornes Δ tu R à divisé par le courant dans le circuit du collecteur je à :

Donc, le collecteur a été réglé par nous initialement, - c'est le courant nominal de la LED. Il ne doit pas dépasser je k=10mA .

Trouvez maintenant la chute de tension aux bornes de la résistance R à . Elle est égale à la tension d'alimentation tu ONU (U ke ) moins la chute de tension aux bornes de la LED Δ tu VD et moins la chute de tension aux bornes du transistor ∆U ke :

La chute de tension sur la LED, ainsi que la tension de la source d'alimentation, sont initialement définies et égales à 0,2 V et 9 V, respectivement. La chute de tension pour le transistor MP111B, ainsi que pour les autres transistors soviétiques, est supposée être d'environ 0,2 V. Pour les transistors modernes (par exemple, BC547, BC549, N2222 et autres), la chute de tension est d'environ 0,05 V et moins.

La chute de tension aux bornes du transistor peut être mesurée lorsqu'il est complètement allumé, entre les bornes du collecteur et de l'émetteur, et corriger davantage le calcul. Mais, comme nous le verrons plus loin, la résistance du collecteur peut être choisie par une méthode plus simple.

La résistance dans le circuit du collecteur vaut :

Calcul de la résistance dans le circuit de base du transistor

Maintenant, nous devons déterminer la résistance de la base R b . Elle est égale à la chute de tension aux bornes de la résistance elle-même. ∆URb divisé par le courant de base je b :

La chute de tension à la base du transistor est égale à la tension du signal d'entrée UV moins la chute de tension aux bornes de la jonction base-émetteur ΔUbe . La tension du signal d'entrée est définie dans les données initiales et est égale à 1,6 V. La chute de tension entre la base et l'émetteur est d'environ 0,6 V.

Ensuite, trouvez le courant de base Ib . Il est égal au courant de collecteur Ib divisé par le gain en courant du transistor β . Le gain pour chaque transistor est donné dans des fiches techniques ou dans des ouvrages de référence. Encore plus facile de connaître le sens β vous pouvez utiliser un multimètre. Même le multimètre le plus simple a une telle fonction. Pour ce transistor β=30 . Pour les transistors modernes β égal à environ 300 ... 600 unités.

Nous pouvons maintenant trouver la résistance de base requise.

Ainsi, en utilisant la méthodologie ci-dessus, vous pouvez facilement déterminer les valeurs de résistance requises dans les circuits de base et de collecteur. Cependant, il faut se rappeler que les données calculées ne permettent pas toujours de déterminer avec précision les valeurs de résistance. Par conséquent, il est préférable d'effectuer expérimentalement un réglage plus fin de la clé, et les calculs ne sont nécessaires que pour l'estimation initiale, c'est-à-dire qu'ils aident à réduire la plage de choix des valeurs de résistance.

Pour déterminer les valeurs de résistance, vous devez vous connecter en série avec les résistances de base et de collecteur Resistance variable et en changeant sa valeur pour obtenir les valeurs requises des courants de base et de collecteur ( riz. huit ).

Riz. 8 - Schéma d'enclenchement des résistances variables

Recommandations pour le choix des transistors pour les clés électroniques

La tension nominale entre le collecteur et l'émetteur, qui est spécifiée par le fabricant, doit être supérieure à la tension de l'alimentation.

Le courant nominal du collecteur, qui est également spécifié par le fabricant, doit être plus actuel charges.

Il faut s'assurer que le courant et la tension de la base du transistor ne dépassent pas les valeurs admissibles.

De plus, la tension à la base en mode saturation ne doit pas être inférieure à la valeur minimale, sinon le commutateur à transistor fonctionnera de manière instable.

Lorsque vous travaillez avec schémas complexes utile est l'utilisation de diverses astuces techniques qui vous permettent d'atteindre votre objectif avec peu d'effort. L'un d'eux est la création de commutateurs à transistors. Que sont-ils? Pourquoi devraient-ils être créés ? Pourquoi les appelle-t-on aussi « clés électroniques » ? Quelles sont les caractéristiques de ce processus et à quoi faut-il prêter attention?

De quoi sont faits les interrupteurs à transistors ?

Ils sont effectués à l'aide de champs ou les premiers sont ensuite divisés en SIG et en clés, qui ont une jonction pn de contrôle. Parmi les bipolaires, on distingue les non saturés. Une clé à transistor 12 Volts pourra satisfaire les demandes basiques d'un radioamateur.

Mode de fonctionnement statique

Il analyse l'état privé et public de la clé. La première entrée contient un niveau de tension bas, qui indique un signal de zéro logique. Dans ce mode, les deux transitions sont dans le sens opposé (une coupure est obtenue). Et seul le thermique peut affecter le courant du collecteur. A l'état ouvert à l'entrée de la clé est haut niveau tension correspondant au signal de l'unité logique. Il est possible de travailler en deux modes simultanément. Une telle performance peut être dans la région de saturation ou la région linéaire de la caractéristique de sortie. Nous nous y attarderons plus en détail.

saturation des touches

Dans de tels cas, les jonctions du transistor sont polarisées en direct. Par conséquent, si le courant de base change, la valeur du collecteur ne changera pas. Dans les transistors au silicium, environ 0,8 V sont nécessaires pour obtenir une polarisation, tandis que pour les transistors au germanium, la tension fluctue entre 0,2 et 0,4 V. Comment la saturation des touches est-elle obtenue en général ? Cela augmente le courant de base. Mais tout a ses limites, tout comme l'augmentation de la saturation. Ainsi, lorsqu'une certaine valeur de courant est atteinte, elle cesse d'augmenter. Et pourquoi effectuer une saturation des touches ? Il y a un coefficient spécial qui affiche l'état des choses. Avec son augmentation, la capacité de charge des commutateurs à transistors augmente, les facteurs de déstabilisation commencent à influencer avec moins de force, mais les performances se détériorent. Par conséquent, la valeur du coefficient de saturation est choisie à partir de considérations de compromis, en se concentrant sur la tâche qui devra être effectuée.

Inconvénients d'une clé insaturée

Et que se passe-t-il si la valeur optimale n'a pas été atteinte ? Ensuite, il y aura de tels inconvénients:

Tension Clé publique les gouttes perdront environ 0,5 V.
L'immunité au bruit se détériore. Cela est dû à la résistance d'entrée accrue observée dans les touches lorsqu'elles sont à l'état ouvert. Par conséquent, les interférences telles que les surtensions entraîneront également une modification des paramètres des transistors.
Une clé saturée a une stabilité de température importante.

Comme vous pouvez le constater, cette démarche est tout de même préférable à réaliser afin d'obtenir au final un appareil plus abouti.

Performance

Interaction avec d'autres touches

Pour ce faire, des éléments de communication sont utilisés. Ainsi, si la première clé à la sortie a un niveau de tension élevé, la seconde s'ouvre à l'entrée et fonctionne dans le mode spécifié. Et vice versa. Un tel circuit de communication affecte de manière significative les processus transitoires qui se produisent lors de la commutation et la vitesse des touches. C'est ainsi que fonctionne un interrupteur à transistor. Les plus courants sont les circuits dans lesquels l'interaction n'a lieu qu'entre deux transistors. Mais cela ne signifie pas du tout que cela ne peut pas être fait par un appareil dans lequel trois, quatre éléments ou même plus seront utilisés. Mais en pratique, il est difficile de trouver une application à cela, de sorte que le fonctionnement d'un interrupteur à transistor de ce type n'est pas utilisé.

Quoi choisir

Avec quoi de mieux travailler ? Imaginons que nous ayons un simple interrupteur à transistor dont la tension d'alimentation est de 0,5 V. Ensuite, à l'aide d'un oscilloscope, il sera possible d'enregistrer toutes les modifications. Si le courant du collecteur est réglé sur 0,5 mA, la tension chutera de 40 mV (il y aura environ 0,8 V à la base). Selon les normes de la tâche, on peut dire qu'il s'agit d'un écart assez important, qui impose une restriction à l'utilisation dans toute une série de circuits, par exemple dans les commutateurs.Par conséquent, ils en utilisent des spéciaux où il y a un contrôle pn jonction. Leurs avantages par rapport à leurs homologues bipolaires sont :

Valeur insignifiante de la tension résiduelle sur la clé dans l'état du câblage.
Haute résistance et, par conséquent, un petit courant qui traverse un élément fermé.
consommé batterie faible, donc aucune source significative de tension de commande n'est nécessaire.
Il est possible de commuter des signaux électriques de bas niveau, qui sont des unités de microvolts.

Relais à clé transistor - voici l'application idéale pour le terrain. Bien sûr, ce message est posté ici uniquement pour que les lecteurs aient une idée de leur application. Un peu de connaissances et d'ingéniosité - et les possibilités d'implémentations dans lesquelles il existe des commutateurs à transistors, un grand nombre seront inventées.

Exemple de travail

Examinons de plus près le fonctionnement d'un simple interrupteur à transistor. Le signal commuté est transmis d'une entrée et retiré d'une autre sortie. Pour verrouiller la clé, une tension est appliquée sur la grille du transistor, qui dépasse les valeurs de la source et du drain d'une valeur supérieure à 2-3 V. Mais il faut faire attention à ne pas dépasser plage admissible. Lorsque la clé est fermée, sa résistance est relativement importante - plus de 10 ohms. Cette valeur est obtenue du fait que le courant inverse a également un effet supplémentaire. décalages p-n transition. Dans le même état, la capacité entre le circuit de signal commuté et l'électrode de commande fluctue dans la plage de 3 à 30 pF. Ouvrons maintenant l'interrupteur à transistor. Le circuit et la pratique montreront qu'alors la tension de l'électrode de commande approchera de zéro et dépendra fortement de la résistance de charge et de la caractéristique de tension commutée. Ceci est dû à tout le système d'interactions de la grille, du drain et de la source du transistor. Cela crée certains problèmes pour le fonctionnement en mode interrupteur.

Pour résoudre ce problème, ils ont développé divers régimes, qui assurent la stabilisation de la tension qui circule entre le canal et la grille. Et merci à propriétés physiques même une diode peut être utilisée comme telle. Pour ce faire, il doit être inclus dans le sens direct de la tension de blocage. Si la situation nécessaire est créée, la diode se fermera et la jonction p-n s'ouvrira. Pour que lorsque la tension commutée change, elle reste ouverte et que la résistance de son canal ne change pas, une résistance à haute résistance peut être connectée entre la source et l'entrée de la clé. Et la présence d'un condensateur accélérera considérablement le processus de recharge des réservoirs.

Calcul de la clé du transistor

Pour la compréhension, je donne un exemple de calcul, vous pouvez substituer vos données :

1) Collecteur-émetteur - 45 V. Puissance dissipée totale - 500 mw. Collecteur-émetteur - 0,2 V. Fréquence limite de fonctionnement - 100 MHz. Emetteur de base - 0,9 V. Courant de collecteur- 100 mA. Taux de transfert courant statistique - 200.

2) Résistance pour courant 60 mA : 5-1,35-0,2 = 3,45.

3) Indice de résistance du collecteur : 3,45\0,06=57,5 Ohm.

4) Par commodité, nous prenons une valeur nominale de 62 ohms : 3,45 \ 62 \u003d 0,0556 mA.

5) Nous considérons le courant de base : 56 \ 200 \u003d 0,28 mA (0,00028 A).

6) Combien sera sur la résistance de base: 5 - 0,9 \u003d 4,1V.

7) Déterminez la résistance de la résistance de base : 4,1 \ 0,00028 \u003d 14,642,9 ohms.

Conclusion

Et enfin, à propos du nom "clés électroniques". Le fait est que l'état change sous l'influence du courant. Et que représente-t-il ? C'est vrai, la totalité des frais électroniques. C'est de là que vient le deuxième nom. C'est tout. Comme vous pouvez le voir, le principe de fonctionnement et la disposition des commutateurs à transistors ne sont pas quelque chose de compliqué, donc comprendre cela est une tâche réalisable. Il convient de noter que même l'auteur de cet article a eu besoin d'utiliser de la littérature de référence pour se rafraîchir la mémoire. Par conséquent, si vous avez des questions sur la terminologie, je vous suggère de vous souvenir de la disponibilité des dictionnaires techniques et d'y rechercher de nouvelles informations sur les commutateurs à transistors.

À appareils à impulsion très souvent, vous pouvez trouver des commutateurs à transistors. Les commutateurs à transistors sont présents dans les bascules, les commutateurs, les multivibrateurs, les générateurs de blocage et autres. circuits électroniques. Dans chaque circuit, la clé du transistor remplit sa fonction, et selon le mode de fonctionnement du transistor, le circuit de la clé dans son ensemble peut changer, cependant, le principal schéma clé à transistor - ce qui suit :

Il existe plusieurs modes principaux de fonctionnement de l'interrupteur à transistor : le mode actif normal, le mode saturation, le mode coupure et le mode inverse actif. Bien que le circuit de commutation à transistor soit en principe un circuit amplificateur à transistor à émetteur commun, ce circuit diffère par sa fonction et ses modes d'un étage d'amplificateur typique.

Dans une application clé, le transistor sert de commutateur à grande vitesse, et les principaux états statiques sont au nombre de deux : le transistor est fermé et le transistor est ouvert. État verrouillé - l'état ouvert lorsque le transistor est en mode de coupure. Etat fermé - l'état de saturation du transistor, ou un état proche de la saturation, dans cet état le transistor est ouvert. Lorsque le transistor passe d'un état à un autre, c'est le mode actif, dans lequel les processus de la cascade se déroulent de manière non linéaire.

Les états statiques sont décrits en fonction des caractéristiques statiques du transistor. Il existe deux caractéristiques: la famille de sortie - la dépendance du courant de collecteur à la tension collecteur-émetteur et la famille d'entrée - la dépendance du courant de base à la tension base-émetteur.

Le mode de coupure est caractérisé par un décalage des deux jonctions p-n transistor dans le sens opposé, et il y a une coupure profonde et une coupure peu profonde. La coupure profonde se produit lorsque la tension appliquée aux jonctions est 3 à 5 fois supérieure à la tension de seuil et a la polarité inverse de celle de travail. Dans cet état, le transistor est ouvert et les courants de ses électrodes sont extrêmement faibles.

Avec une coupure peu profonde, la tension appliquée à l'une des électrodes est plus faible et les courants d'électrode sont plus importants qu'avec une coupure profonde, par conséquent, les courants dépendent déjà de la tension appliquée conformément à la courbe inférieure de la caractéristique de sortie famille, cette courbe est appelée « caractéristique de coupure » .

Par exemple, nous allons effectuer un calcul simplifié pour le mode clé d'un transistor qui fonctionnera sur une charge résistive. Le transistor sera dans un seul des deux états principaux pendant une longue période : complètement ouvert (saturation) ou complètement fermé (coupure).

Soit la charge du transistor soit l'enroulement du relais SRD-12VDC-SL-C, dont la résistance de bobine à 12 V nominal sera de 400 ohms. Négligeons la nature inductive de l'enroulement du relais, laissons les développeurs fournir un snubber pour se protéger contre les surtensions transitoires, mais nous calculerons en fonction du fait que le relais sera activé une fois et pendant très longtemps. On trouve le courant de collecteur par la formule :

Ik \u003d (Upit-Ukenas) / Rí.

Où : Ik - DC collectionneur; Upit - tension d'alimentation (12 volts); Ukenas - tension de saturation du transistor bipolaire (0,5 volt); Rí - résistance de charge (400 Ohm).

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

Pour la fidélité, prenons un transistor avec une marge pour limiter le courant et limiter la tension. BD139 approprié dans le boîtier SOT-32. Ce transistor a les paramètres Ikmax = 1,5 A, Ukemax = 80 V. Il y aura une bonne marge.

Pour fournir un courant de collecteur de 28,7 mA, il est nécessaire de fournir un courant de base approprié. Le courant de base est déterminé par la formule : Ib = Ik / h21e, où h21e est le coefficient de transfert de courant statique.

Les multimètres modernes vous permettent de mesurer ce paramètre, et dans notre cas, il était de 50. Donc Ib \u003d 0,0287 / 50 \u003d 574 μA. Si la valeur du coefficient h21e est inconnue, pour la fiabilité, vous pouvez prendre le minimum dans la documentation de ce transistor.

Pour déterminer la valeur requise de la résistance de base. La tension de saturation base-émetteur est de 1 volt. Ainsi, si le contrôle sera effectué par un signal de la sortie puce logique, dont la tension est de 5 V, alors pour fournir le courant de base nécessaire de 574 μA, avec une chute à la transition de 1 V, on obtient :

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

Choisissons-en une plus petite (afin qu'il y ait exactement assez de courant) dans la série standard d'une résistance de 6,8 kOhm.

MAIS, pour que le transistor commute plus rapidement et que le fonctionnement soit fiable, nous utiliserons une résistance supplémentaire R2 entre la base et l'émetteur, et une certaine puissance tombera dessus, ce qui signifie qu'il est nécessaire d'abaisser la résistance de la résistance R1. Prenons R2 = 6,8 kOhm et ajustons la valeur de R1 :

R1 = (Uin-Ubenas) / (Ib + I (à travers la résistance R2) = (Uin-Ubenas) / (Ib + Ubenas / R2)

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

Soit R1 = 5,1 kOhm et R2 = 6,8 kOhm.

Calculons les pertes sur la clé: P \u003d Ik * Ukenas \u003d 0,0287 * 0,5 \u003d 0,014 W. Le transistor n'a pas besoin de radiateur.