전자 키. 트랜지스터의 전자 키 - 작동 원리 및 회로.

바이폴라 또는 전계 효과 트랜지스터에 구축된 트랜지스터 키는 포화 및 불포화, 제어 pn 접합이 있는 전계 효과 트랜지스터의 MOS 키 및 키로 구분됩니다. 모든 트랜지스터 스위치는 정적 및 동적의 두 가지 모드에서 작동할 수 있습니다.

기본적으로 TC는 트리거, 멀티 바이브레이터, 스위치, 차단 생성기 및 기타 여러 요소의 작동 원리를 기반으로 합니다. 운영 목적과 기능에 따라 TC 방식이 다를 수 있습니다.

TC는 외부 제어 신호의 영향으로 부하 회로를 전환하도록 설계되었습니다(위의 다이어그램 참조). 모든 TC는 고속 키의 기능을 수행하며 두 가지 주요 상태가 있습니다. 개방, 트랜지스터 차단 모드(VT - 폐쇄)에 해당하고 폐쇄, 포화 모드 또는 이에 가까운 모드를 특징으로 합니다. 전체 스위칭 프로세스 동안 TC는 활성 모드에서 작동합니다.

바이폴라 트랜지스터를 기반으로 한 키의 작동을 고려하십시오.이미 터에 비해베이스에 전압이 없으면 트랜지스터가 닫히고 전류가 흐르지 않으며 전체 공급 전압이 컬렉터에 있습니다. 최대 신호 레벨.

제어 전기 신호가 트랜지스터의 베이스에 도달하자마자 트랜지스터가 열리고 컬렉터-이미터 전류가 흐르기 시작하고 전압은 컬렉터의 내부 저항을 가로질러 강하한 다음 컬렉터 전압과 함께 전압이 떨어집니다. 회로의 출력, 감소 낮은 수준.


연습을 위해 수집합니다. 간단한 회로바이폴라 트랜지스터의 트랜지스터 스위치. 이를 위해 공칭 값이 1kOhm이고 저항이 270Ohm인 입력에서 컬렉터 전원 회로의 저항인 바이폴라 트랜지스터 KT817을 사용합니다.



회로 출력에서 ​​트랜지스터가 열린 상태에서 전원의 전체 전압이 있습니다. 신호가 제어 입력에서 수신되면 컬렉터의 전압은 약 0.6볼트의 최소값으로 제한됩니다.

또한 TC는 전계 효과 트랜지스터에서도 구현할 수 있습니다. 작동 원리는 거의 동일하지만 제어 전류를 훨씬 적게 소비하지 않으며 입력 및 출력 부품의 갈바닉 절연을 제공하지만 바이폴라 부품에 비해 속도가 크게 떨어집니다. 트랜지스터 키는 거의 모든 범위의 무선 전자 장치, 아날로그 및 디지털 신호 스위치, 자동화 및 제어 시스템, 현대 가전 제품 등에 사용됩니다.

회로의 부하 전환용 교류강력한 것을 사용하는 것이 가장 좋습니다. FET. 이 종류의 반도체는 두 그룹으로 표시됩니다. 첫 번째는 하이브리드를 포함합니다: 절연 게이트 바이폴라 트랜지스터 - IGBT 또는. 두 번째는 클래식 필드(채널) 트랜지스터를 포함합니다. 로 생각하다 사례 연구강력한 필드 VT 유형 KP707에서 220볼트의 AC 전압 네트워크용 부하 스위치 작동


이 설계를 통해 제어 회로와 220볼트 회로를 전기적으로 분리할 수 있습니다. TLP521 광커플러는 디커플링으로 사용되었습니다. 입력 단자에 전압이 없으면 광 커플러 LED가 꺼지고 광 커플러의 내장 트랜지스터가 닫히고 강력한 스위칭 트랜지스터의 게이트를 션트하지 않습니다. 따라서 게이트에는 제너 다이오드 VD1의 안정화 전압 수준과 동일한 개방 전압이 있습니다. 이 경우 현장 작업자는 현재 시간의 교류 전압 기간의 극성에 따라 개방되어 차례로 작업합니다. 출력에 4가 있고 3에 마이너스가 있다고 가정해 보겠습니다. 그런 다음 부하 전류는 단자 3에서 5로, 부하를 통해 6으로, 그런 다음 내부 보호 다이오드 VT2를 통해 개방 VT1을 통해 단자 4로 이동합니다. 주기를 변경할 때 부하 전류는 트랜지스터 VT1의 다이오드를 통해 흐릅니다. VT2를 엽니다. 회로 요소 R3, R3, C1 및 VD1은 변압기가 없는 전원 공급 장치입니다. 저항 R1의 값은 5볼트의 입력 전압 레벨에 해당하며 필요한 경우 변경할 수 있습니다. 제어 신호가 수신되면 옵토커플러의 LED가 켜지고 두 트랜지스터의 게이트를 션트합니다. 부하에 전압이 가해지지 않습니다.

어떤 부하를 말씀하시는 건가요? 예, 릴레이, 전구, 솔레노이드, 모터, 한 번에 여러 LED 또는 강력한 전원 LED 스포트라이트에 대해 그렇습니다. 요컨대, 15mA 이상을 소비하고/하거나 5볼트 이상의 공급 전압을 필요로 하는 모든 것.

예를 들어 릴레이를 사용하십시오. BS-115C라고 합시다. 권선 전류는 약 80mA이고 권선 전압은 12볼트입니다. 최대 전압접점 250V 및 10A.

릴레이를 마이크로컨트롤러에 연결하는 것은 거의 모든 사람이 하는 작업입니다. 한 가지 문제는 마이크로컨트롤러가 코일의 정상적인 작동에 필요한 전력을 공급할 수 없다는 것입니다. 최대 전류컨트롤러의 출력은 20mA를 거의 초과하지 않으며 이는 여전히 강력한 출력으로 간주됩니다. 일반적으로 10mA 이하입니다. 예, 여기의 전압은 5V보다 높지 않으며 릴레이에는 12개가 필요합니다. 물론 5V용 릴레이가 있지만 전류는 두 배나 많이 소모됩니다. 일반적으로 릴레이가 키스하지 않는 곳 - 모든 곳에서 엉덩이. 무엇을 할까요?

가장 먼저 떠오르는 것은 트랜지스터를 넣는 것입니다. 올바른 결정 - 트랜지스터는 수백 밀리암페어 또는 암페어로 선택할 수 있습니다. 하나의 트랜지스터가 없으면 약한 트랜지스터가 더 강한 트랜지스터를 열 때 캐스케이드로 켤 수 있습니다.

1이 켜져 있고 0이 꺼져 있다고 가정했기 때문에(이것은 논리적이지만 AT89C51 아키텍처에서 가져온 오래된 습관과 모순되지만) 1은 전원을 공급하고 0은 부하를 제거합니다. 바이폴라 트랜지스터를 생각해 봅시다. 릴레이에는 80mA가 필요하므로 컬렉터 전류가 80mA 이상인 트랜지스터를 찾고 있습니다. 가져온 데이터 시트에서이 매개 변수는 I c, 우리 I k에서 가장 먼저 떠오른 것은 KT315입니다. 거의 모든 곳에서 사용되었던 걸작 소비에트 트랜지스터입니다. :) 그런 주황색. 비용은 1 루블을 넘지 않습니다. 또한 모든 문자 인덱스 또는 가져온 BC546(BC547, BC548, BC549 포함)과 함께 KT3107을 실행합니다. 트랜지스터에서는 우선 결론의 목적을 결정할 필요가 있습니다. 컬렉터는 어디에, 베이스는 어디에, 그리고 에미터는 어디에 있습니다. 데이터시트나 참고서에 따라 이 작업을 수행하는 것이 가장 좋습니다. 다음은 데이터시트의 예입니다.

비문이 있는 앞면을 보고 다리를 아래로 내린 다음 결론은 왼쪽에서 오른쪽으로 Emitter, Collector, Base입니다.

우리는 트랜지스터를 가져 와서 다음 구성표에 따라 연결합니다.

컬렉터는 부하, 에미터는 화살표가 있는 지면으로 연결됩니다. 그리고 컨트롤러의 출력에 대한 베이스.

트랜지스터는 전류 증폭기입니다. 즉, 베이스 이미 터 회로를 통해 전류를 통과시키면 입력에 이득 h fe를 곱한 것과 동일한 전류가 컬렉터 이미 터 회로를 통과할 수 있습니다.
이 트랜지스터의 h fe는 수백입니다. 300정도 했던거 같은데 정확히 기억이 안나네요.

단일 포트에 적용될 때 마이크로컨트롤러의 최대 출력 전압 = 5볼트(여기서 베이스-이미터 접합에서 0.7볼트의 전압 강하는 무시할 수 있음). 기본 회로의 저항은 10,000옴입니다. 이것은 옴의 법칙에 따라 전류가 5/10000=0.0005A 또는 0.5mA와 같을 것임을 의미합니다. 이는 컨트롤러가 땀을 흘리지 않는 완전히 미미한 전류입니다. 그리고 이 시점의 출력은 I c \u003d I be * h fe \u003d 0.0005 * 300 \u003d 0.150A입니다. 150mA는 100mA 이상이지만 이는 트랜지스터가 활짝 열리고 가능한 한 최대로 출력된다는 것을 의미합니다. 그래서 우리 릴레이는 음식을 완전히 받을 것입니다.

모두가 행복한가요, 모두가 행복한가요? 그러나 아니요, 여기에 혼란이 있습니다. 릴레이에서 코일은 작동 요소로 사용됩니다. 그리고 코일은 인덕턴스가 다소 강하기 때문에 전류를 갑자기 차단하는 것은 불가능합니다. 이렇게 하려고 하면 전자석에 축적된 위치 에너지가 다른 곳으로 나오게 됩니다. 제로 차단 전류에서이 장소는 전압이 될 것입니다. 전류가 급격히 중단되면 수백 볼트의 강력한 전압 서지가 코일에 발생합니다. 전류가 기계적 접촉으로 중단되면 공기 고장이 발생합니다 - 스파크. 그리고 트랜지스터로 그것을 끊으면 단순히 죽일 것입니다.

코일의 에너지를 넣기 위해 어딘가에 무언가를 할 필요가 있습니다. 문제 없습니다. 다이오드를 넣어 스스로 닫습니다. 정상 작동 중에는 다이오드가 전압과 반대로 켜지고 전류가 흐르지 않습니다. 그리고 인덕턴스를 끄면 인덕턴스 양단의 전압이 다른 방향으로 흐르고 다이오드를 통과합니다.

사실, 전압 서지가 심한 방식으로 게임은 장치의 전원 공급 장치 네트워크의 안정성에 영향을 미치므로 전원 공급 장치의 플러스와 마이너스 사이의 코일 근처에 또 다른 100 마이크로 패럿의 전해 커패시터를 조이는 것이 좋습니다. 그가 인수할 것이다 대부분맥동.

아름다움! 그러나 당신은 훨씬 더 잘 할 수 있습니다 - 소비를 줄이십시오. 계전기는 차단 전류가 다소 크지만 전기자 유지 전류는 3배 미만입니다. 누가 신경을 쓰지만, 두꺼비는 마땅한 것보다 더 많은 코일을 먹이기 위해 나를 짓밟습니다. 이것은 결국 난방 및 에너지 소비 등입니다. 우리는 또한 저항이 있는 12개의 다른 마이크로 패럿에 대한 극성 커패시터를 회로에 가져와 삽입합니다. 지금 무슨 일이 일어나는거야:

트랜지스터가 열리면 커패시터 C2가 아직 충전되지 않았으므로 충전 순간에 거의 단락되고 코일을 통과하는 전류가 제한 없이 흐릅니다. 오래 걸리지는 않지만 릴레이 전기자를 제자리에서 부러 뜨리기에 충분합니다. 그런 다음 커패시터가 충전되고 중단됩니다. 그리고 릴레이는 전류 제한 저항을 통해 전원이 공급됩니다. 릴레이가 명확하게 작동하도록 저항과 커패시터를 선택해야 합니다.
트랜지스터가 닫힌 후 커패시터는 저항을 통해 방전됩니다. 이것에서 카운터 zapadlo가 따릅니다. 즉시 릴레이를 켜려고하면 커패시터가 아직 방전되지 않았을 때 저크에 대한 전류가 충분하지 않을 수 있습니다. 따라서 여기에서 릴레이가 클릭하는 속도를 생각해야 합니다. 물론 Conder는 찰나의 순간에 방전되지만 때로는 이것이 많습니다.

다른 업그레이드를 추가해 보겠습니다.
릴레이가 열리면 에너지 자기장다이오드를 통해 블리드되는 동시에 전류는 코일에 계속 흐르므로 앵커를 계속 유지합니다. 제어 신호의 제거와 접촉 그룹의 탈락 사이의 시간이 증가합니다. 자파드로. 전류의 흐름을 방해하지만 트랜지스터를 죽이지 않도록 해야 합니다. 트랜지스터의 제한 항복 전압보다 낮은 개방 전압으로 제너 다이오드를 연결합니다.
데이터 시트에서 BC549에 대한 컬렉터-베이스(컬렉터-베이스 전압)의 제한 전압이 30볼트임을 알 수 있습니다. 우리는 27 볼트 제너 다이오드를 조입니다 - 이익!

결과적으로 코일에 전압 서지를 제공하지만 임계 항복점 미만으로 제어됩니다. 따라서 (때때로!) 끄기 지연을 크게 줄입니다.

이제 이 모든 쓰레기를 놓을 방법에 대해 꽤 스트레칭을 하고 고통스럽게 순무를 긁을 수 있습니다. 인쇄 회로 기판... 우리는 타협점을 찾고 이 계획에 필요한 것만 남겨야 합니다. 그러나 이것은 이미 엔지니어링 감각이며 경험과 함께 제공됩니다.

물론 릴레이 대신 전구와 솔레노이드, 그리고 전류가 흐르면 모터까지 연결할 수 있습니다. 릴레이를 예로 들어보겠습니다. 물론 전구에는 전체 다이오드 커패시터 키트가 필요하지 않습니다.

지금은 충분합니다. 다음 시간에는 Darlington 어셈블리와 MOSFET 키에 대해 이야기하겠습니다.

트랜지스터 스위치는 펄스 변환기 기술의 주요 구성 요소입니다. 모두의 계획에서 임펄스 소스변압기 전원 공급 장치를 거의 완전히 대체 한 전원 공급 장치에는 트랜지스터 스위치가 사용됩니다. 이러한 전원 공급 장치의 예는 다음과 같습니다. 컴퓨터 블록음식, 충전 장치전화, 랩톱, 태블릿 등. 트랜지스터 키는 전자기 릴레이를 대체했습니다. 왜냐하면 기계적 움직이는 부품이 없기 때문에 키의 신뢰성과 내구성이 증가하기 때문입니다. 또한 전자 반도체 스위치를 켜고 끄는 속도는 전자기 릴레이의 속도보다 훨씬 빠릅니다.

또한 트랜지스터 스위치는 종종 마이크로 컨트롤러의 신호에서 상당한 전력의 부하를 켜고 끄는 데 사용됩니다.

전자 키의 본질은 저전력 신호로 고출력으로 제어하는 ​​것입니다.

트랜지스터, 사이리스터, 트라이액을 기반으로 하는 반도체 스위치가 있습니다. 그러나 이 기사에서는 바이폴라 트랜지스터의 전자 키 작동에 대해 설명합니다. 후속 기사에서는 다른 유형의 반도체 스위치를 고려할 것입니다.

반도체 구조에 따라 바이폴라 트랜지스터는 두 가지 유형으로 나뉩니다. 피 — N — 피 그리고 N — 피 — N 유형 ( 쌀. 하나 ).

쌀. 1 - 바이폴라 트랜지스터의 구조

회로에서 바이폴라 트랜지스터는 다음과 같이 지정됩니다. 쌀. 2 . 중간 단자를 베이스라고 하고 "화살표"가 있는 단자는 이미 터, 나머지 단자는 컬렉터입니다.


쌀. 2 - 회로의 트랜지스터 지정

또한 트랜지스터는 연속적으로 연결된 두 개의 다이오드 형태로 조건부로 묘사 될 수 있으며 접합부는 항상베이스가됩니다 ( 그림 3 ).

쌀. 3 - 트랜지스터를 다이오드로 교체하는 방식

트랜지스터 키. 포함 계획.

다양한 반도체 구조의 트랜지스터용 스위칭 회로는 다음과 같습니다. 쌀. 네 . 베이스와 에미터의 접합을 에미터 접합, 베이스와 컬렉터의 접합을 컬렉터 접합이라고 합니다. 트랜지스터를 켜(개방)하려면 컬렉터 접합이 반대 방향으로 바이어스되고 이미 터가 순방향으로 바이어스되어야합니다.


쌀. 4 - 트랜지스터 키. 스위칭 방식

전원 전압 유 취소 컬렉터 및 이미터 단자에 적용 유 케 부하 저항을 통해 아르 자형 에게 (센티미터. 쌀. 네 ). 베이스와 이미터 사이에 제어 전압(제어 신호) 인가 유 배 전류 제한 저항을 통해 아르 자형 비 .

트랜지스터가 키 모드에서 작동할 때 두 가지 상태가 될 수 있습니다. 첫 번째는 차단 모드입니다. 이 모드에서 트랜지스터는 완전히 닫히고 컬렉터와 이미 터 사이의 전압은 전원 공급 장치의 전압과 같습니다. 두 번째 상태는 포화 모드입니다. 이 모드에서 트랜지스터는 완전히 켜져 있고 컬렉터와 이미 터 사이의 전압은 양단의 전압 강하와 같습니다. 피 — N -전이 및 다양한 트랜지스터의 경우 100분의 1에서 10분의 1 볼트 범위에 있습니다.

트랜지스터의 부하 직접 입력 정적 특성( 쌀. 5 ) 포화 영역이 세그먼트에 있음 1-2 , 세그먼트의 컷오프 영역 3-4 . 이 세그먼트 사이의 중간 영역은 영역입니다. 2-3 활성 영역이라고 합니다. 트랜지스터가 증폭기 모드에서 작동할 때 안내됩니다.


쌀. 5 - 트랜지스터의 입력 정적 특성

전원 연결의 극성과 제어 신호 전압을 쉽게 기억할 수 있도록 이미터 화살표에 주의하십시오. 전류 흐름의 방향을 나타냅니다( 그림 6 ).


쌀. 6 - 트랜지스터 스위치를 통한 전류 흐름 경로

트랜지스터 스위치 매개변수 계산

키 작동의 예를 들어 LED를 부하로 사용합니다. 연결 다이어그램은 다음과 같습니다. 쌀. 7 . 서로 다른 반도체 구조의 트랜지스터에서 전원 공급 장치와 LED를 연결하는 극성에 주의하십시오.


쌀. 7 - LED를 트랜지스터 스위치에 연결하는 방식

트랜지스터에서 만든 트랜지스터 스위치의 주요 매개 변수를 계산해 봅시다. N — 피 — N 유형. 다음과 같은 초기 데이터가 있다고 가정해 보겠습니다.

- LED 양단의 전압 강하 Δ 유VD = 2V;

— 정격 전류주도의 나VD= 10mA;

- 전원 전압 유취소(다이어그램 Uke에 표시) = 9V;

- 입력 신호 전압 유태양= 1.6V.

이제 에 표시된 다이어그램을 다시 살펴보겠습니다. 쌀. 7 . 보시다시피, 기본 및 컬렉터 회로에서 저항의 저항을 결정하는 것이 남아 있습니다. 트랜지스터는 바이폴라 대응 반도체 구조를 선택할 수 있습니다. 예를 들어 소비에트 트랜지스터 N — 피 — N 유형 MP111B.

트랜지스터 컬렉터 회로의 저항 계산

컬렉터 회로의 저항은 LED를 통해 흐르는 전류를 제한하도록 설계되었습니다. VD , 트랜지스터 자체의 과부하 보호뿐만 아니라. 트랜지스터가 열리면 회로의 전류가 LED의 저항에 의해서만 제한되기 때문에 VD 그리고 저항 아르 자형 에게 .

저항을 정의하자 아르 자형 에게 . 양단의 전압 강하와 같습니다. Δ 유 아르 자형 에게 컬렉터 회로의 전류로 나눈 값 나 에게 :


그래서 컬렉터는 처음에 우리가 설정했습니다. 이것은 LED의 정격 전류입니다. 초과하지 않아야 합니다. 나 k=10mA .

이제 저항 양단의 전압 강하를 찾으십시오. 아르 자형 에게 . 전원 공급 장치 전압과 같습니다. 유 취소 (유 케 ) 빼기 LED 양단의 전압 강하 Δ 유 VD 트랜지스터 양단의 전압 강하를 뺀 값 ΔU 케 :

LED의 전압 강하와 전원의 전압은 초기에 각각 0.2V 및 9V로 설정되어 있습니다. MP111B 트랜지스터와 다른 소비에트 트랜지스터의 전압 강하는 약 0.2V로 간주됩니다. 최신 트랜지스터(예: BC547, BC549, N2222 등)의 경우 전압 강하는 약 0.05V 이하입니다.

트랜지스터의 전압 강하는 완전히 켜져 있을 때 컬렉터와 이미 터 단자 사이에서 측정할 수 있으며 계산을 추가로 수정할 수 있습니다. 그러나 나중에 살펴보겠지만 컬렉터 저항은 더 간단한 방법으로 선택할 수 있습니다.

컬렉터 회로의 저항은 다음과 같습니다.

트랜지스터 기본 회로의 저항 계산

이제 베이스의 저항을 결정해야 합니다. 아르 자형 비 . 저항 자체의 전압 강하와 같습니다. ΔURb 베이스 전류로 나눈 값 나 비 :


트랜지스터의 베이스 양단의 전압 강하는 입력 신호 전압과 같습니다. Uvs 베이스-이미터 접합의 전압 강하를 뺀 값 △우베 . 입력 신호 전압은 초기 데이터에서 설정되며 1.6V와 같습니다. 베이스와 이미 터 사이의 전압 강하는 약 0.6V입니다.

다음으로 기본 전류를 찾으십시오. 입 . 컬렉터 전류와 같습니다. 입 트랜지스터의 전류 이득으로 나눈 값 β . 각 트랜지스터의 이득은 데이터시트 또는 참고서에 나와 있습니다. 의미를 더 알기 쉽게 β 멀티 미터를 사용할 수 있습니다. 가장 단순한 멀티 미터조차도 그러한 기능을 가지고 있습니다. 이 트랜지스터의 경우 β=30 . 현대 트랜지스터의 경우 β 약 300 ... 600 단위와 같습니다.

이제 필요한 기본 저항을 찾을 수 있습니다.

따라서 위의 방법론을 사용하면 베이스 및 컬렉터 회로에서 필요한 저항 값을 쉽게 결정할 수 있습니다. 그러나 계산된 데이터가 항상 저항 값을 정확하게 결정할 수 있는 것은 아니라는 점을 기억해야 합니다. 따라서 키의 미세 조정을 실험적으로 수행하는 것이 좋으며 초기 추정에만 계산이 필요합니다. 즉, 저항 값의 선택 범위를 좁히는 데 도움이 됩니다.

저항 값을 결정하려면 베이스 및 컬렉터 저항과 직렬로 연결해야 합니다. 가변 저항기베이스 및 컬렉터 전류의 필요한 값을 얻기 위해 값을 변경합니다( 쌀. 여덟 ).


쌀. 8 - 가변 저항을 켜는 방식

전자 키용 트랜지스터 선택 권장 사항

    제조업체가 지정한 컬렉터와 이미 터 사이의 공칭 전압은 전원 공급 장치의 전압보다 높아야합니다.

    제조업체에서도 지정한 정격 컬렉터 전류는 다음과 같아야 합니다. 더 최신잔뜩.

    트랜지스터 베이스의 전류와 전압이 허용 값을 초과하지 않도록 해야 합니다.

  1. 또한 포화 모드에서 베이스의 전압은 최소값보다 낮아서는 안 됩니다. 그렇지 않으면 트랜지스터 스위치가 불안정하게 작동합니다.

작업할 때 복잡한 계획적은 노력으로 목표를 달성할 수 있는 다양한 기술적 트릭을 사용하는 것이 유용합니다. 그 중 하나는 트랜지스터 스위치를 만드는 것입니다. 그들은 무엇인가? 왜 생성되어야 합니까? "전자 키"라고도 불리는 이유는 무엇입니까? 이 프로세스의 특징은 무엇이며 주의해야 할 사항은 무엇입니까?

트랜지스터 스위치는 무엇으로 구성되어 있습니까?

그들은 필드를 사용하여 수행되거나 첫 번째 것은 제어 pn 접합이 있는 MIS와 키로 더 나뉩니다. 양극성 중에서 불포화가 구별됩니다. 12볼트 트랜지스터 키는 라디오 아마추어의 기본 요청을 충족할 수 있습니다.

정적 작동 모드


키의 개인 및 공개 상태를 분석합니다. 첫 번째 입력에는 논리 제로 신호를 나타내는 저전압 레벨이 포함되어 있습니다. 이 모드에서 두 전환은 모두 반대 방향입니다(컷오프를 얻음). 그리고 열만이 컬렉터 전류에 영향을 줄 수 있습니다. 키 입력 시 열린 상태에서 높은 레벨논리 단위 신호에 해당하는 전압. 2가지 모드로 동시에 작업이 가능합니다. 이러한 성능은 출력 특성의 포화 영역 또는 선형 영역에 있을 수 있습니다. 우리는 그들에 대해 더 자세히 다룰 것입니다.

키 포화

이러한 경우 트랜지스터 접합은 순방향 바이어스됩니다. 따라서 기본 전류가 변경되면 컬렉터 값은 변경되지 않습니다. 실리콘 트랜지스터에서 바이어스를 얻으려면 약 0.8V가 필요하지만 게르마늄 트랜지스터의 경우 전압이 0.2-0.4V 내에서 변동합니다. 일반적으로 키 포화는 어떻게 달성됩니까? 이것은 기본 전류를 증가시킵니다. 그러나 모든 것에는 한계가 있으며, 채도가 높아지는 경우도 마찬가지입니다. 따라서 특정 전류 값에 도달하면 증가를 멈춥니다. 그리고 왜 키 포화를 수행합니까? 상황을 표시하는 특수 계수가 있습니다. 증가함에 따라 트랜지스터 스위치가 갖는 부하 용량이 증가하고 불안정 요소가 더 적은 힘으로 영향을 미치기 시작하지만 성능이 저하됩니다. 따라서 포화 계수 값은 수행해야 할 작업에 중점을 둔 절충 고려 사항에서 선택됩니다.

불포화 키의 단점

최적의 값에 도달하지 않으면 어떻게 됩니까? 그러면 다음과 같은 단점이 있습니다.

  1. 전압 공개 키방울은 약 0.5V를 잃습니다.
  2. 노이즈 내성이 저하됩니다. 이는 키가 열린 상태일 때 키에서 관찰되는 증가된 입력 저항 때문입니다. 따라서 전력 서지와 같은 간섭도 트랜지스터의 매개변수를 변경하게 됩니다.
  3. 포화된 키는 상당한 온도 안정성을 갖습니다.

보시다시피, 궁극적으로 더 고급 장치를 얻으려면이 프로세스를 수행하는 것이 좋습니다.

성능

다른 키와의 상호 작용

이를 위해 커뮤니케이션 요소가 사용됩니다. 따라서 출력의 첫 번째 키에 고전압 레벨이 있으면 두 번째 키가 입력에서 열리고 지정된 모드에서 작동합니다. 그 반대. 이러한 통신 회로는 스위칭 중에 발생하는 과도 프로세스와 키의 속도에 큰 영향을 미칩니다. 이것이 트랜지스터 스위치가 작동하는 방식입니다. 가장 일반적인 것은 두 트랜지스터 사이에서만 상호 작용이 일어나는 회로입니다. 그러나 이것이 3, 4 또는 그 이상의 요소가 사용되는 장치로 이것이 불가능하다는 것을 의미하지는 않습니다. 그러나 실제로는 이를 위한 응용 프로그램을 찾기가 어려우므로 이러한 유형의 트랜지스터 스위치의 작동은 사용되지 않습니다.

무엇을 선택할 것인가

작업하는 것이 더 나은 것은 무엇입니까? 공급 전압이 0.5V인 간단한 트랜지스터 스위치가 있다고 가정해 보겠습니다. 그런 다음 오실로스코프를 사용하여 모든 변경 사항을 기록할 수 있습니다. 컬렉터 전류가 0.5mA로 설정되면 전압은 40mV만큼 떨어집니다(베이스에 약 0.8V가 있음). 작업의 표준에 따르면 이것은 스위치와 같은 전체 일련의 회로에서 사용에 제한을 부과하는 다소 상당한 편차라고 말할 수 있습니다.따라서 제어 pn이있는 특수 회로를 사용합니다 접합. 양극성 대응 장치에 비해 장점은 다음과 같습니다.

  1. 배선 상태에서 키의 잔류 전압 값이 중요하지 않습니다.
  2. 높은 저항과 결과적으로 닫힌 요소를 통해 흐르는 작은 전류.
  3. 소비 저전력, 따라서 제어 전압의 중요한 소스가 필요하지 않습니다.
  4. 마이크로볼트 단위인 낮은 레벨의 전기 신호를 전환하는 것이 가능합니다.

트랜지스터 키 릴레이 - 현장에 이상적인 애플리케이션입니다. 물론 이 메시지는 독자들이 응용 프로그램에 대한 아이디어를 갖도록 여기에만 게시됩니다. 약간의 지식과 독창성 - 그리고 트랜지스터 스위치가 있는 구현의 가능성, 많은 것들이 발명될 것입니다.

작업 예

간단한 트랜지스터 스위치가 어떻게 작동하는지 자세히 살펴보겠습니다. 전환된 신호는 한 입력에서 전송되고 다른 출력에서 ​​제거됩니다. 키를 잠그기 위해 트랜지스터의 게이트에 전압이 가해지며 소스와 드레인의 값을 2-3V보다 큰 값으로 초과합니다. 그러나 초과하지 않도록주의해야합니다 허용 범위. 키가 닫히면 저항이 10옴 이상으로 비교적 큽니다. 이 값은 역전류에도 추가 효과가 있기 때문에 얻어집니다. p-n 오프셋이행. 동일한 상태에서 스위치 신호 회로와 제어 전극 사이의 커패시턴스는 3-30pF 범위에서 변동합니다. 이제 트랜지스터 스위치를 열어보자. 회로와 실습은 제어 전극의 전압이 0에 접근하고 부하 저항과 스위칭 전압 특성에 크게 의존한다는 것을 보여줍니다. 이것은 트랜지스터의 게이트, 드레인 및 소스의 전체 상호 작용 시스템 때문입니다. 이것은 인터럽터 모드에서 작동에 대한 특정 문제를 생성합니다.

이 문제를 해결하기 위해 개발한 다양한 계획, 채널과 게이트 사이에 흐르는 전압 안정화를 제공합니다. 그리고 덕분에 물리적 특성다이오드도 그대로 사용할 수 있습니다. 이를 위해서는 차단 전압의 순방향으로 포함되어야 합니다. 필요한 상황이 발생하면 다이오드가 닫히고 pn 접합이 열립니다. 스위칭 전압이 변할 때 개방 상태를 유지하고 해당 채널의 저항이 변경되지 않도록 소스와 키 입력 사이에 고저항 저항을 연결할 수 있습니다. 그리고 커패시터가 있으면 탱크를 재충전하는 과정이 크게 빨라집니다.

트랜지스터 키 계산


이해를 돕기 위해 계산의 예를 보여 드리겠습니다. 데이터를 대체할 수 있습니다.

1) 수집기-이미터 - 45V. 총 전력 손실 - 500mw. 수집기-이미터 - 0.2V. 작동 주파수 제한 - 100MHz. 베이스 이미터 - 0.9V 컬렉터 전류- 100mA. 통계 전류 전송 비율 - 200.

2) 60mA 전류용 저항: 5-1.35-0.2 = 3.45.

3) 컬렉터 저항 등급: 3.45\0.06=57.5 Ohm.

4) 편의를 위해 62옴의 공칭 값을 사용합니다(3.45 \ 62 \u003d 0.0556 mA).

5) 우리는 기본 전류를 고려합니다: 56 \ 200 \u003d 0.28 mA (0.00028 A).

6) 기본 저항에 얼마가있을 것인가 : 5 - 0.9 \u003d 4.1V.

7) 기본 저항의 저항을 결정하십시오. 4.1 \ 0.00028 \u003d 14.642.9 옴.

결론

마지막으로 "전자 키"라는 이름에 대해. 사실은 전류의 영향으로 상태가 변경된다는 것입니다. 그리고 그는 무엇을 나타냅니까? 맞습니다. 전자 요금의 총액입니다. 여기서 두 번째 이름이 유래합니다. 그게 다야. 보시다시피 작동 원리와 트랜지스터 스위치의 배열은 복잡한 것이 아니므로 이것을 이해하는 것은 가능한 작업입니다. 이 기사의 저자조차도 자신의 기억을 되살리기 위해 일부 참고 문헌을 사용해야 했습니다. 따라서 용어에 대해 질문이 있는 경우 기술 사전의 가용성을 기억하고 그곳에서 트랜지스터 스위치에 대한 새로운 정보를 검색하는 것이 좋습니다.

에 임펄스 장치매우 자주 트랜지스터 스위치를 찾을 수 있습니다. 트랜지스터 스위치는 플립플롭, 스위치, 멀티바이브레이터, 블로킹 제너레이터 등에 존재합니다. 전자 회로. 각 회로에서 트랜지스터 키는 그 기능을 수행하며 트랜지스터의 작동 모드에 따라 키 회로 전체가 변경될 수 있지만 주요 회로도트랜지스터 키 - 다음:

트랜지스터 스위치의 주요 작동 모드에는 일반 활성 모드, 포화 모드, 차단 모드 및 활성 역 모드가 있습니다. 트랜지스터 스위치 회로는 원칙적으로 공통 이미 터 트랜지스터 증폭기 회로이지만이 회로는 기능 및 모드가 일반적인 증폭기 단계와 다릅니다.

주요 응용 분야에서 트랜지스터는 고속 스위치 역할을 하며 주요 정적 상태는 두 가지입니다. 트랜지스터는 닫혀 있고 트랜지스터는 열려 있습니다. 래치 상태 - 트랜지스터가 차단 모드에 있을 때 열린 상태입니다. 닫힌 상태 -이 상태에서 트랜지스터의 포화 상태 또는 포화에 가까운 상태는 트랜지스터가 열려 있습니다. 트랜지스터가 한 상태에서 다른 상태로 전환될 때 캐스케이드의 프로세스가 비선형적으로 진행되는 활성 모드입니다.



정적 상태는 트랜지스터의 정적 특성에 따라 설명됩니다. 두 가지 특성이 있습니다. 출력 계열 - 컬렉터-이미터 전압에 대한 컬렉터 전류의 의존성 및 입력 계열 - 베이스-이미터 전압에 대한 기본 전류의 의존성.

컷오프 모드는 둘 다의 시프트가 특징입니다. pn 접합트랜지스터는 반대 방향으로, 깊은 컷오프와 얕은 컷오프가 있습니다. 딥 컷오프는 접합부에 인가되는 전압이 임계 전압보다 3-5배 높고 작동하는 것과 극성이 반대일 때입니다. 이 상태에서 트랜지스터는 열려 있고 전극의 전류는 극히 적습니다.

얕은 컷오프를 사용하면 전극 중 하나에 인가되는 전압이 더 낮고 전극 전류가 깊은 컷오프보다 크므로 결과적으로 전류는 출력 특성의 더 낮은 곡선에 따라 인가된 전압에 이미 의존합니다 패밀리에서 이 곡선을 "컷오프 특성"이라고 합니다.

예를 들어, 저항성 부하에서 작동하는 트랜지스터의 키 모드에 대해 단순화된 계산을 수행합니다. 트랜지스터는 오랫동안 완전히 열린(포화) 또는 완전히 닫힌(차단)의 두 가지 주요 상태 중 하나에 있을 것입니다.



트랜지스터 부하를 공칭 12V에서 코일 저항이 400옴이 되는 SRD-12VDC-SL-C 릴레이의 권선이라고 가정합니다. 릴레이 권선의 유도 특성을 무시하고 개발자가 과도 서지로부터 보호하기 위해 스너버를 제공하도록 합시다. 그러나 릴레이가 한 번 그리고 매우 오랫동안 켜질 것이라는 사실을 기반으로 계산할 것입니다. 다음 공식으로 컬렉터 전류를 찾습니다.

Ik \u003d (Upit-Ukenas) / Rn.

어디에: 익 - DC수집기; Upit - 공급 전압(12볼트); Ukenas - 바이폴라 트랜지스터의 포화 전압(0.5볼트); Rн - 부하 저항 (400 Ohm).

Ik \u003d (12-0.5) / 400 \u003d 0.02875 A \u003d 28.7 mA를 얻습니다.

충실도를 위해 전류를 제한하고 전압을 제한하기 위한 마진이 있는 트랜지스터를 살펴보겠습니다. SOT-32 패키지에 적합한 BD139. 이 트랜지스터는 매개변수 Ikmax = 1.5A, Ukemax = 80V를 갖습니다. 좋은 마진이 있을 것입니다.

28.7mA의 컬렉터 전류를 제공하려면 적절한 베이스 전류를 제공해야 합니다. 기본 전류는 공식에 의해 결정됩니다. Ib = Ik / h21e, 여기서 h21e는 정적 전류 전달 계수입니다.

최신 멀티 미터를 사용하면이 매개 변수를 측정 할 수 있으며 우리의 경우 50이었습니다. 따라서 Ib \u003d 0.0287 / 50 \u003d 574 μA입니다. 계수 h21e의 값을 알 수 없는 경우 신뢰성을 위해 이 트랜지스터에 대한 문서에서 최소값을 취할 수 있습니다.

기본 저항의 필요한 값을 결정합니다. 베이스 이미 터 포화 전압은 1V입니다. 따라서 제어가 출력의 신호에 의해 수행되는 경우 논리 칩, 전압이 5V인 경우 574μA의 필요한 기본 전류를 제공하고 1V의 전환에서 강하를 얻으려면 다음을 얻습니다.

R1 \u003d (Uin-Ubenas) / Ib \u003d (5-1) / 0.000574 \u003d 6968 옴

6.8kOhm 저항의 표준 시리즈에서 더 작은 것을 선택(정확히 충분한 전류가 있도록)합시다.

그러나 트랜지스터가 더 빨리 전환되고 안정적인 작동을 위해 베이스와 이미 터 사이에 추가 저항 R2를 사용하고 약간의 전력이 감소하므로 저항을 낮출 필요가 있습니다. 저항 R1. R2 = 6.8kOhm을 취하고 R1의 값을 조정해 보겠습니다.

R1 = (Uin-Ubenas) / (Ib + I (저항 R2를 통해) = (Uin-Ubenas) / (Ib + Ubenas / R2)

R1 \u003d (5-1) / (0.000574 + 1/6800) \u003d 5547 옴.

R1 = 5.1kOhm, R2 = 6.8kOhm이라고 합시다.

키의 손실을 계산해 보겠습니다. P \u003d Ik * Ukenas \u003d 0.0287 * 0.5 \u003d 0.014 W. 트랜지스터에는 방열판이 필요하지 않습니다.

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