Chei electronice.

Când lucrezi cu circuite complexe Este util să folosiți diverse trucuri tehnice care vă permit să vă atingeți obiectivul cu puțin efort. Una dintre ele este crearea de comutatoare cu tranzistori. Ce sunt ei? De ce ar trebui să fie create? De ce sunt numite și „chei electronice”? Ce caracteristici ale acestui proces există și la ce ar trebui să acordați atenție?

Din ce sunt făcute comutatoarele cu tranzistori?

Acestea sunt efectuate folosind câmp sau Primele sunt împărțite în continuare în MIS și comutatoare care au o joncțiune p-n de control. Dintre cele bipolare se disting cele ne/saturate. Un comutator cu tranzistor de 12 volți va putea satisface nevoile de bază ale unui radioamator.

Mod de operare static

Analizează starea închisă și deschisă a cheii. În primul, intrarea conține un nivel de tensiune scăzut, care indică un semnal logic zero. În acest mod, ambele tranziții sunt în direcția opusă (se obține o tăietură). Dar curentul colectorului poate fi afectat doar de curentul termic. În starea deschisă, intrarea tastei are un nivel de tensiune ridicat corespunzător semnalului logic. Este posibil să lucrați în două moduri simultan. O astfel de operație poate fi în regiunea de saturație sau regiunea liniară a caracteristicii de ieșire. Ne vom opri asupra lor mai detaliat.

Saturația tastelor

În astfel de cazuri, joncțiunile tranzistorului sunt polarizate direct. Prin urmare, dacă curentul de bază se modifică, valoarea de pe colector nu se va modifica. În tranzistoarele cu siliciu, este necesară aproximativ 0,8 V pentru a obține o polarizare, în timp ce pentru tranzistoarele cu germaniu tensiunea fluctuează între 0,2-0,4 V. Cum se obține saturația comutatorului în general? Pentru a face acest lucru, curentul de bază crește. Dar totul are limitele sale, la fel ca și creșterea saturației. Deci, atunci când este atinsă o anumită valoare curentă, aceasta încetează să crească. De ce trebuie să saturi cheia? Există un coeficient special care reflectă starea de fapt. Pe măsură ce crește, capacitatea de încărcare a comutatoarelor cu tranzistori crește, factorii destabilizatori încep să influențeze cu mai puțină forță, dar performanța se deteriorează. Prin urmare, valoarea coeficientului de saturație este aleasă din considerente de compromis, concentrându-se pe sarcina care va trebui îndeplinită.

Dezavantajele unei chei nesaturate

Ce se întâmplă dacă nu a fost atinsă valoarea optimă? Apoi vor apărea următoarele dezavantaje:

Voltaj cheie publică va scădea la aproximativ 0,5 V.
Imunitatea la zgomot se va deteriora. Acest lucru se explică prin rezistența de intrare crescută care se observă la comutatoare atunci când acestea sunt în stare deschisă. Prin urmare, interferențele, cum ar fi supratensiunile, vor duce, de asemenea, la modificări ale parametrilor tranzistorilor.
Tasta saturată are o stabilitate semnificativă la temperatură.

După cum puteți vedea, este încă mai bine să efectuați acest proces pentru a obține în cele din urmă un dispozitiv mai avansat.

Performanţă

Interacțiunea cu alte taste

În acest scop se folosesc elemente de comunicare. Deci, dacă primul comutator are un nivel de tensiune ridicat la ieșire, atunci al doilea comutator se deschide la intrare și funcționează în modul specificat. Și invers. Un astfel de circuit de comunicație afectează în mod semnificativ procesele tranzitorii care apar în timpul comutării și viteza tastelor. Așa funcționează un comutator cu tranzistor. Cele mai frecvente sunt circuitele în care interacțiunea are loc doar între două tranzistoare. Dar asta nu înseamnă deloc că nu poate fi transformat într-un dispozitiv în care vor fi folosite trei, patru sau chiar mai multe elemente. Dar, în practică, este dificil să găsești o aplicație pentru aceasta, așa că nu este utilizată funcționarea unui comutator cu tranzistor de acest tip.

Ce să alegi

Cu ce este mai bine să lucrezi? Să ne imaginăm că avem un comutator simplu cu tranzistor a cărui tensiune de alimentare este de 0,5 V. Apoi, folosind un osciloscop, va fi posibil să înregistrăm toate modificările. Dacă curentul colectorului este setat la 0,5 mA, tensiunea va scădea cu 40 mV (la bază va fi de aproximativ 0,8 V). După standardele problemei, putem spune că aceasta este o abatere destul de semnificativă, care impune o limitare a utilizării într-o gamă întreagă de circuite, de exemplu, în comutatoare. Prin urmare, ele folosesc unele speciale unde există un p-n de control joncţiune. Avantajele lor față de omologii lor bipolari sunt:

Valoarea nesemnificativă a tensiunii reziduale pe cheie în starea de cablare.
Rezistență mare și, ca urmare, curent scăzut care circulă prin elementul închis.
Consumul redus de energie înseamnă că nu este necesară nicio sursă semnificativă de tensiune de control.
Poate comuta semnalele electrice nivel scăzut, care sunt unități de microvolți.

Un comutator releu tranzistor este o aplicație ideală pentru aplicații de teren. Desigur, acest mesaj este postat aici doar pentru a oferi cititorilor o idee despre aplicația lor. Cu puține cunoștințe și ingeniozitate, vor fi inventate o mulțime de posibilități pentru implementări care includ comutatoare cu tranzistori.

Exemplu de lucru

Să aruncăm o privire mai atentă asupra modului în care funcționează un comutator simplu cu tranzistor. Semnalul comutat este transmis de la o intrare și eliminat de la cealaltă ieșire. Pentru a bloca cheia, porții tranzistorului i se aplică o tensiune care depășește valorile sursei și scurgerii cu o cantitate mai mare de 2-3 V. Dar trebuie avut grijă să nu depășiți limitele interval admisibil. Când cheia este închisă, rezistența sa este relativ mare - mai mult de 10 ohmi. Aceasta valoare se obtine datorita faptului ca influenteaza si curentul invers p-n decalaje tranziţie. În aceeași stare, capacitatea dintre circuitul de semnal comutat și electrodul de control fluctuează în intervalul 3-30 pF. Acum să deschidem comutatorul tranzistorului. Diagrama și practica vor arăta că atunci tensiunea electrodului de control se va apropia de zero și depinde puternic de rezistența de sarcină și de caracteristica tensiunii comutate. Acest lucru se datorează unui întreg sistem de interacțiuni între poarta, scurgerea și sursa tranzistorului. Acest lucru creează anumite probleme pentru funcționarea în modul Chopper.

Ca o soluție la această problemă, acestea au fost dezvoltate diverse scheme, care asigură stabilizarea tensiunii care circulă între canal și poartă. Și datorită lui proprietăți fizice Chiar și o diodă poate fi folosită în această calitate. Pentru a face acest lucru, ar trebui să fie inclus în direcția înainte a tensiunii de blocare. Dacă se creează situația necesară, dioda se va închide și joncțiunea pn se va deschide. Pentru ca atunci când tensiunea de comutare se modifică, aceasta rămâne deschisă și rezistența canalului său să nu se schimbe, se poate conecta o rezistență de înaltă rezistență între sursa și intrarea comutatorului. Și prezența unui condensator va accelera semnificativ procesul de reîncărcare a containerelor.

Calcul comutatorului tranzistorului

Pentru înțelegere, iată un exemplu de calcul pe care vă puteți înlocui datele:

1) Colector-emițător - 45 V. Putere disipată totală - 500 mw. Colector-emițător - 0,2 V. Frecvență de tăiere - 100 MHz. Baza-emițător - 0,9 V. Curent colector - 100 mA. Coeficientul statistic de transfer curent - 200.

2) Rezistor pentru curent de 60 mA: 5-1,35-0,2 = 3,45.

3) Evaluarea rezistenței colectorului: 3,45\0,06=57,5 Ohm.

4) Pentru comoditate, luăm valoarea nominală de 62 Ohmi: 3,45\62=0,0556 mA.

5) Numărăm curentul de bază: 56\200=0,28 mA (0,00028 A).

6) Cât va fi pe rezistența de bază: 5 - 0,9 = 4,1V.

7) Determinați rezistența rezistorului de bază: 4,1\0,00028 = 14,642,9 Ohmi.

Concluzie

Și, în sfârșit, despre numele „chei electronice”. Faptul este că starea se schimbă sub influența curentului. Cum este el? Așa este, o colectare de taxe electronice. De aici provine al doilea nume. Asta e tot. După cum puteți vedea, principiul de funcționare și designul comutatoarelor cu tranzistori nu este ceva complicat, așa că înțelegerea acesteia este o sarcină fezabilă. Trebuie remarcat faptul că chiar și autorul acestui articol a trebuit să folosească puțină literatură de referință pentru a-și împrospăta propria memorie. Prin urmare, dacă aveți întrebări despre terminologie, vă sugerez să vă amintiți disponibilitatea dicționarelor tehnice și să căutați noi informații despre comutatoarele cu tranzistori acolo.

În prezent, există o tendință clară de a abandona circuitele pur analogice și de a trece la cele digitale cu utilizarea pe scară largă a tehnologiei microprocesoarelor. Procesarea digitală a semnalului oferă beneficii largi în ceea ce privește flexibilitatea soluțiilor, capacitatea de fabricație a designului și economiile de energie. În termeni de circuite, se bazează tehnologia digitală, precum și un număr semnificativ de așa-numitele aparate cu impulsuri sunt chei electronice.

Implementări tehnice circuite digitale, în care semnalele sunt reprezentate de niveluri de tensiune (curent) cuantificate discret, se bazează pe utilizarea comutatoarelor electronice de tensiune (curent) numite întrerupătoare electronice. Diodele semiconductoare, tranzistoarele bipolare și cu efect de câmp, fototranzistoarele, tiristoarele, optocuptoarele și tuburile cu vid sunt utilizate ca dispozitive neliniare cu rezistență controlată în comutatoarele electronice.

Similar întrerupătoarelor mecanice (întrerupătoare), este firesc să se caracterizeze un comutator electronic cu rezistență în stările deschis și închis, valori limită ale curentului și tensiunii comutate și parametrii de timp care descriu viteza de trecere de la o stare la alta. Trebuie remarcat faptul că cheile electronice, spre deosebire de cele mecanice, cel mai adesea nu sunt bidirecționale, adică. comutați curentul și tensiunea de același semn.

Este necesar să distingem chei electronice analogice, destinat transmiterii semnal analogic cu distorsiuni minime și chei digitale, asigurând formarea de semnale binare. Comutatoarele analogice formează baza tuturor tipurilor de comutatoare de semnal, care sunt utilizate pe scară largă în tehnologia de conversie analog-digitală. În ciuda asemănărilor de funcționalitate dintre tastele digitale și analogice, cerințele pentru acestea din urmă diferă semnificativ de cerințele pentru tastele digitale, ceea ce duce la considerații complet diferite pentru care ar trebui proiectate tastele analogice.

După tip, cheile electronice pot fi împărțite în:

funcțional, transformând o variabilă logică de intrare într-o variabilă logică de ieșire. Conversia poate fi efectuată cu atenuare - un element pasiv funcțional (Fig. a) și cu amplificare, când variabila logică de ieșire y atrage energie din z. z – element funcţional activ (fig. b);
logic, conversia (comparând) mai multe variabile logice de intrare într-una singură, care este o funcție a acestor variabile logice de intrare (Fig. c).

Comutatoare cu diode.

Folosit la comutatoarele cu diode dependența rezistenței diodei de mărimea și semnul tensiunii aplicate.

Se știe că curentul diodei este determinat de expresia: , unde 26 mV la 298K - potential de temperatura, m - coeficient care ține cont de influența curenților de scurgere a germaniului de suprafață și de generare-recombinare în joncțiune p-n x diode de siliciu (- 1.2...1.5, - 1,2...2). Curentul termic al diodei este practic independent de tensiunea aplicată diodei și este determinat de proprietățile electrice ale semiconductorului și de temperatura de încălzire a acestuia., Unde - constantă determinată de materialul semiconductor și concentrațiile de impurități; Regatul Unit - diferenta de potential de contact. Ținând cont de rezistența activă p și n zone rezistență activă dioda este egala cu:

La tensiuni suficient de mari (de la zeci la zeci de ohmi), cu o joncțiune polarizată inversă (de la zeci la sute de kOhmi).

Circuitul echivalent al diodei este prezentat în Fig. 1. Inerția cheii este determinată de procesele de acumulare a purtătorilor minoritari în p-n zone tranziţie, capacitate p-n tranziția, capacitatea între terminale și inductanța terminalelor. Principalul parametru de referință care determină performanța unei diode este timpul de recuperare a rezistenței inverse.

r ym - rezistenta la scurgere;

De la 0 - capacitatea dintre bornele diodei;

L - inductanța terminalului;

S D - difuzie capacitate p-n tranziție la prejudecata înainte;

C B - capacitatea de barieră a joncțiunii p-n la polarizare inversă

Fig.1 Circuit echivalent diodă

Pe baza comutatoarelor cu diode, puteți construi diverse elemente logice (Fig. 2).

Figura 2 - Exemplu de circuite logice bazate pe comutatoare cu diode

Comutatoarele electronice bazate pe diode sunt structuri pasive, ceea ce duce la o slăbire a semnalului la trecerea prin astfel de comutatoare, ceea ce este vizibil mai ales la construirea structurilor cu mai multe etape.

Inerția comutatoarelor cu diode se datorează acumulării de purtători minoritari în regiunea joncțiunii p-n, capacității joncțiunii p-n și capacității și inductanței cablurilor. Pe lângă parametrii enumerați, inductanța și capacitatea sarcinii, precum și capacitățile de montare sunt, de asemenea, importante. Cărțile de referință pentru diodele discrete indică cel mai adesea timpul de recuperare inversă (recuperarea rezistenței inverse), datorită mișcării de difuzie a purtătorilor minoritari. Pentru a reduce acest timp, se poate folosi crearea de capcane care favorizează recombinarea purtătorilor minoritari sau crearea unei concentrații neuniforme de impurități (diode de stocare a încărcăturii). Comutatoarele cu diode sunt cel mai adesea folosite ca unități auxiliare în tehnologia digitală și analogică.

Comutatoare electronice bazate pe tranzistoare bipolare.

Cel mai adesea, se folosesc comutatoare care sunt asamblate conform unui circuit cu un emițător comun, așa cum se arată în Fig. 3.

În modul de comutare, tranzistorul bipolar funcționează în modul de saturație (comutator închis) sau modul de întrerupere (comutator deschis). Este util de reținut că în modul de saturație ambele joncțiuni (colector-bază și emițător-bază) sunt deschise, în timp ce în modul cut-off sunt închise. În modul de saturație, circuitul de ieșire al tranzistorului poate fi reprezentat de o sursă de tensiune echivalentă, a cărei valoare EMF este dată în cărțile de referință ( Ucanas - tensiune de saturaţie). Strict vorbind, ar trebui să se țină seama și de rezistența internă a acestei surse, a cărei valoare este determinată de abruptul pantei liniei modului de frontieră, totuși, în cele mai multe cazuri practic importante pentru calculele inginerești ne putem limita la valoare - Ucanas . Rezistoare Rb Şi Rк trebuie să asigure oprirea fiabilă a tranzistorului la un nivel scăzut al semnalului de control pe întreaga gamă de temperaturi de funcționare și saturație la un nivel ridicat al semnalului de control.

Figura 3 - Schema cheie electronică pe un tranzistor bipolar

Atunci când se calculează, este necesar să se țină cont curent invers colector care curge printr-un rezistor Rb , și creând o cădere de tensiune pe el. Tensiunea totală la joncțiunea emițătorului este determinată de expresia:

unde este curentul maxim invers al colectorului, Uo - tensiune de nivel scăzut a semnalului de control. Evident, pentru a opri fiabil tranzistorul este necesar ca Ube< Ubeots . Este necesar să se ia în considerare dependența puternică de temperatură a curentului invers al colectorului și să se selecteze valoarea maximă pentru calcul. În caz contrar, cheia poate „scurge” atunci când temperatura se schimbă.

Un tranzistor deschis poate fi în modul activ sau în modul de saturație. Pentru cheile electronice, modul activ este neprofitabil, deoarece în acest mod o putere semnificativă este disipată pe colector. Prin urmare, modul activ este permis numai în timpul proceselor tranzitorii (unde, strict vorbind, este inevitabil).

Pentru a asigura saturația, este necesar ca relația să fie satisfăcută. Curentul de bază poate fi determinat prin formula: . Curentul de saturație este determinat de rezistența rezistorului din circuitul colector, de proprietățile de amplificare ale tranzistorului și de rezistența dintre colector și emițător în stare saturată: . Când faceți calcule, este recomandabil să folosiți cea mai proastă valoare. Rețineți că, dacă condiția de saturație este încălcată, tranzistorul intră în modul activ, care este însoțit de o creștere a tensiunii la colector și o creștere a disipării de putere. În unele cazuri, se utilizează un criteriu de saturație diferit - polarizarea directă a ambelor joncțiuni ale tranzistorului (emițător de bază și colector de bază). În modul activ, joncțiunea bază-colector este polarizată în direcția opusă.

Folosind acest criteriu, este ușor de înțeles că un tranzistor compozit (folosind un circuit Darlington) nu poate fi complet saturat, deoarece baza tranzistorului de ieșire, în cel mai bun caz, poate avea un potențial egal cu potențialul colectorului.

O parte necesară a proiectării cheilor electronice este evaluarea proprietăților lor dinamice, care determină viteza de comutare și pierderile de energie în această etapă (pierderi dinamice).

Procese tranzitorii într-un comutator electronic pe un tranzistor bipolar caracterizată prin durata ciclului de comutare, care poate fi împărțită în mai multe etape separate:

La întârziere;

Pornire (creșterea curentului la o valoare corespunzătoare saturației);

Întârziere la oprire (datorită resorbției sarcinii în bază în timpul trecerii de la modul de saturație la modul activ);

Oprire (datorită scăderii curentului colectorului la valoarea corespunzătoare limitării).

De asemenea, este necesar să se țină seama de procesele de încărcare a condensatoarelor și sarcinilor de instalare, care nu sunt direct legate de tranzistor, dar pot afecta în mod semnificativ durata procesului tranzitoriu în ansamblu.

Să luăm în considerare caracteristica secțiuni ale procesului de tranziție conform diagramelor temporale (Fig. 4).

Figura 4 - Procese tranzitorii într-un comutator cu tranzistor bipolar

Tranzistorul este blocat, curentul de bază este determinat de curentul de colector invers, practic nu există nicio sarcină în bază, iar ieșirea comutatorului este la un nivel ridicat.
Potențialul la intrarea cheie crește brusc, iar capacitatea de intrare începe să se încarce. Curenții de bază și de colector nu se modifică atâta timp cât tensiunea la joncțiunea bază-emițător nu depășește tensiunea de întrerupere (timpul de întârziere la pornire).
Când tensiunea de tăiere este depășită, joncțiunea emițătorului se deschide și tranzistorul intră în modul activ. Purtătorii minoritari injectați în bază perturbă starea de echilibru a bazei și începe acumularea de sarcină. Curentul colectorului crește proporțional, datorită extragerii purtătorilor în regiunea colectorului. Timpul înainte de a intra în modul de saturație este timpul de pornire.
În modul de saturație, toți curenții și tensiunile rămân constante, în timp ce încărcarea din bază continuă să crească, deși într-un ritm mai lent. O sarcină care depășește valoarea corespunzătoare trecerii la modul de saturație se numește exces.
Când potențialul la intrarea comutatorului se modifică brusc, curentul de bază scade și el rapid, starea de echilibru a sarcinii de bază este perturbată și începe resorbția acesteia. Tranzistorul rămâne saturat până când încărcarea scade la o valoare limită, după care intră în modul activ (timpul de întârziere la oprire).
În modul activ, încărcarea de bază și curentul colectorului scad până când tranzistorul intră în modul de întrerupere. În acest moment, rezistența de intrare a comutatorului crește. Această etapă determină timpul de oprire.
După ce tranzistorul intră în modul de întrerupere, tensiunea de ieșire continuă să crească pe măsură ce capacitatea de sarcină, capacitatea de montare și capacitatea colectorului sunt încărcate.

Evident, gradul (adâncimea) de saturație a tranzistorului joacă un rol cheie.

Pentru a cuantifica parametrii de comutare, puteți folosi următoarele expresii:

Există metode de inginerie a circuitelor pentru creșterea vitezei comutatorului: un lanț de forțare (Fig. 5a) și feedback neliniar (Fig. 5b).

a) Cheie cu lanț de forță

b) Cheie cu feedback neliniar

Figura 5 - tehnici de circuit pentru creșterea performanței

Principiul de funcționare al circuitului de forțare este evident: atunci când tranzistorul este deblocat, curentul de bază este determinat de procesul de încărcare a capacității de forțare (tranziție rapidă la modul de saturație în stare deschisă, curentul de bază este determinat de a). rezistor, a cărui valoare este selectată astfel încât să asigure o saturație mică a tranzistorului. Astfel, timpul de resorbție al purtătorilor minori în bază este redus.

Când se utilizează feedback neliniar, se folosește o diodă, conectată între baza și colectorul tranzistorului. O diodă blocată nu afectează funcționarea circuitului atunci când comutatorul se deschide, dioda este polarizată direct, iar tranzistorul este într-un feedback negativ profund. Pentru a reduce timpul de oprire, este necesar să se asigure un timp scurt de recuperare a rezistenței inverse a diodei, pentru care se folosesc diode cu barieră Schottky. Structura monolitică a unei diode Schottky - tranzistor bipolar se numește tranzistor Schottky.

Comutatoarele bazate pe tranzistoare bipolare au o serie de dezavantaje care limitează utilizarea lor:

Performanță limitată cauzată de rata finită de resorbție a purtătorilor minoritari în bază;

Putere semnificativă consumată de circuitele de control în regim static;

La conectarea tranzistoarelor bipolare în paralel, este necesar să se utilizeze rezistențe de egalizare în circuitele emițătorului, ceea ce duce la o scădere a eficienței circuitului;

Instabilitatea termică, determinată de o creștere a curentului de colector odată cu creșterea temperaturii tranzistorului.

Comutatoare electronice bazate pe tranzistori cu efect de câmp.

ÎN În prezent, există o deplasare activă a tranzistoarelor bipolare din domeniul dispozitivelor cheie. În mare măsură, tranzistorii cu efect de câmp servesc ca alternativă. Tranzistoarele cu efect de câmp nu consumă putere statică prin circuitul de control, nu conțin purtători minoritari, ceea ce înseamnă că nu necesită timp pentru a se disipa și, în final, o creștere a temperaturii duce la o scădere a curentului de drenaj, ceea ce asigură o creștere a stabilitate termică.

Dintre varietatea de tranzistoare cu efect de câmp pentru construirea comutatoarelor electronice, cele mai utilizate sunt MIS - tranzistoare cu canal indus (în literatura străină – tip îmbogăţit). Tranzistoarele de acest tip sunt caracterizate printr-o tensiune de prag la care are loc conducția canalului. În regiunea tensiunilor joase dintre dren și sursă (un tranzistor deschis) poate fi reprezentat de o rezistență echivalentă (spre deosebire de un tranzistor bipolar saturat - o sursă de tensiune). Datele de referință pentru tranzistoarele cheie de acest tip includ parametrul Rsiopen - rezistenta dren-sursa in stare deschisa. Pentru tranzistoarele de joasă tensiune, valoarea acestei rezistențe este de zecimi până la sutimi de ohm, ceea ce determină putere redusă, disipat de tranzistor în modul static. Din păcate, Rsiopen crește considerabil odată cu creșterea tensiunii maxime admisibile la sursa de scurgere.

Figura 7 - Cheie pe un tranzistor MOS cu o poartă indusă.

Trebuie luat în considerare faptul că modul de saturație pentru un tranzistor MOS este fundamental diferit de modul de saturație al unui tranzistor bipolar. Procesele tranzitorii în comutatoarele de pe tranzistoarele cu efect de câmp sunt cauzate de transferul purtătorilor prin canal și de reîncărcarea capacităților interelectrozi, a condensatorilor de sarcină și de instalare. Deoarece electronii au o viteză de funcționare mai mare decât găurile, tranzistoarele cu canal n au performanțe mai bune în comparație cu cele cu canal p.

În circuitul dispozitivelor cheie bazate pe tranzistoare cu efect de câmp, un circuit cu sursă comună, prezentat în Fig. 7a. Când tranzistorul este oprit, un curent de scurgere necontrolat (inițial) trece prin el. Când tranzistorul este deschis, curentul prin tranzistor trebuie determinat de valoarea rezistenței de sarcină și a tensiunii de alimentare. Pentru a debloca în mod fiabil tranzistorul, amplitudinea tensiunii de control este selectată din condiția:, Unde - curent de sarcină, Uо - tensiune de prag,Aşa - panta caracteristicii curent-tensiune. În prezent, este produsă o gamă suficientă de tranzistori, pentru care o tensiune de nivel TTL este suficientă pentru a le controla.

Procesele tranzitorii în comutatoarele de pe tranzistoarele MOS sunt prezentate în Figura 8.

Figura 8. Diagrame de tensiune în comutatorul unui tranzistor cu efect de câmp.

Procese tranzitorii în comutatoarele de pe tranzistoarele MOS se intampla asa:

Pentru confortul calculării duratei proceselor tranzitorii în comutatoarele bazate pe tranzistoare MIS, este recomandabil să utilizați parametrul încărcare de pornire Qsvkl. De exemplu, un tranzistor cu Qsvkl = 20 nC poate fi pornit în 20 μs cu un curent de 1 mA și în 20 ns cu un curent de 1 A. Parametrul specificat este dat în cărțile de referință și determinat experimental de producător.

Comutatorul tranzistorului este componenta principală în tehnologia convertorului de impulsuri. În schemele tuturor surse de puls surse de alimentare, care au înlocuit aproape complet sursele de alimentare cu transformator, se folosesc comutatoare cu tranzistori. Un exemplu de astfel de surse de energie sunt blocuri de calculatoare nutriţie, încărcătoare telefoane, laptopuri, tablete etc. Cheile cu tranzistori au înlocuit releele electromagnetice deoarece au principalul avantaj al absenței pieselor mecanice mobile, ceea ce are ca rezultat creșterea fiabilității și durabilității cheii. În plus, viteza de pornire și oprire a comutatoarelor electronice cu semiconductor este mult mai mare decât viteza releelor electromagnetice.

De asemenea, un comutator cu tranzistor este adesea folosit pentru a porni/opri (comuta) o sarcină de putere semnificativă pe baza unui semnal de la microcontroler.

Esența cheii electronice este gestionarea acesteia putere mare la un semnal de putere redusă.

Există comutatoare semiconductoare bazate pe tranzistoare, tiristoare și triac. Cu toate acestea, acest articol discută despre funcționarea unui comutator electronic bazat pe un tranzistor bipolar. În articolele ulterioare vor fi discutate și alte tipuri de comutatoare semiconductoare.

În funcție de structura semiconductoare, tranzistoarele bipolare sunt împărțite în două tipuri: p — n — p Şi n — p — n tip ( orez. 1 ).

Orez. 1 – Structuri ale tranzistoarelor bipolare

În diagramele de circuit, tranzistoarele bipolare sunt desemnați așa cum se arată în orez. 2 . Pinul din mijloc se numește bază, pinul cu „săgeata” este emițătorul, iar pinul rămas este colectorul.

Orez. 2 – Desemnarea tranzistoarelor din circuite

De asemenea, tranzistoarele pot fi descrise în mod convențional ca două diode care sunt conectate spate în spate, locul în care sunt conectate va fi întotdeauna baza (; Fig.3 ).

Orez. 3 – Diagrame pentru înlocuirea tranzistoarelor cu diode

Comutator tranzistor. Scheme de comutare.

Circuitele de conectare pentru tranzistoare cu diferite structuri semiconductoare sunt prezentate în orez. 4 . Joncțiunea dintre bază și emițător se numește joncțiune emițător, iar joncțiunea dintre bază și colector se numește joncțiune colector. Pentru a porni (deschide) tranzistorul, este necesar ca joncțiunea colectorului să fie polarizată în direcția opusă, iar emițătorul - în direcția înainte.

Orez. 4 – Comutator tranzistor. Scheme de conectare

Tensiunea de alimentare U SP aplicat la bornele colectorului și emițătorului U ke prin rezistența de sarcină R La (cm. orez. 4 ). Tensiunea de control (semnal de control) este aplicată între bază și emițător U bae printr-un rezistor limitator de curent R b .

Când un tranzistor funcționează în modul de comutare, acesta poate fi în două stări. Primul este modul de tăiere. În acest mod, tranzistorul este complet închis, iar tensiunea dintre colector și emițător este egală cu tensiunea sursei de alimentare. A doua stare este modul de saturație. În acest mod, tranzistorul este complet deschis, iar tensiunea dintre colector și emițător este egală cu căderea de tensiune pe p — n – tranziții și pentru diferite tranzistoare este în intervalul de la sutimi la zecimi de volt.

Pe linia de sarcină a caracteristicii statice de intrare a tranzistorului ( orez. 5 ) regiunea de saturație este pe segment 1-2 , și zona de tăiere a segmentului 3-4 . Zona intermediară dintre aceste segmente este aria 2-3 numită regiune activă. Este utilizat atunci când tranzistorul funcționează în modul amplificator.

Orez. 5 – Caracteristica statică de intrare a tranzistorului

Pentru a ușura reținerea polarității conexiunii de alimentare și a tensiunii semnalului de control, ar trebui să acordați atenție săgeții emițătorului. Indică direcția fluxului de curent ( Fig.6 ).

Orez. 6 – Calea fluxului de curent prin comutatorul tranzistorului

Calculul parametrilor comutatorului tranzistorului

Pentru un exemplu de funcționare a unei chei, vom folosi un LED ca încărcare. Schema sa de conectare este prezentată în orez. 7 . Acordați atenție polarității conectării surselor de alimentare și a LED-urilor în tranzistoarele cu diferite structuri semiconductoare.

Orez. 7 – Diagrame pentru conectarea LED-urilor la comutatoarele cu tranzistori

Să calculăm parametrii principali ai unui comutator de tranzistor realizat pe un tranzistor n — p — n tip. Să avem următoarele date inițiale:

- căderea de tensiune pe LED Δ UVD = 2 V;

— curent nominal LED euVD= 10 mA;

- tensiunea de alimentare USP(indicat pe diagramă de Uke) = 9 V;

— tensiunea semnalului de intrare USoare= 1,6 V.

Acum să aruncăm o altă privire la diagrama prezentată în orez. 7 . După cum putem vedea, rămâne de determinat rezistența rezistențelor din circuitele de bază și colectoare. Tranzistorul poate fi selectat din orice structură semiconductoare corespunzătoare bipolară. Să luăm ca exemplu tranzistorul sovietic. n — p — n tip MP111B.

Calculul rezistenței în circuitul colector tranzistor

Rezistența din circuitul colectorului este concepută pentru a limita curentul care trece prin LED VD , precum și pentru a proteja tranzistorul în sine de suprasarcină. Pentru că atunci când tranzistorul se deschide, curentul din circuitul său va fi limitat doar de rezistența LED-ului VD si rezistenta R La .

Să stabilim rezistența R La . Este egal cu căderea de tensiune pe el Δ U R La împărțit la curentul din circuitul colectorului eu La :

Așa că inițial am setat colectorul - acesta este curentul nominal al LED-ului. Nu trebuie să depășească eu k=10mA .

Acum să găsim căderea de tensiune pe rezistor R La . Este egală cu tensiunea sursei de alimentare U SP (U ke ) minus căderea de tensiune pe LED Δ U VD și minus căderea de tensiune pe tranzistor ΔU ke :

Căderea de tensiune pe LED, precum și tensiunea sursei de alimentare sunt setate inițial și egale cu 0,2V și, respectiv, 9V. Căderea de tensiune pentru tranzistorul MP111B, ca și pentru altele tranzistoare sovietice, luăm egal aproximativ 0,2 B. Pentru tranzistoarele moderne (de exemplu BC547, BC549, N2222 și altele), căderea de tensiune este de aproximativ 0,05 V și mai mică.

Căderea de tensiune pe tranzistor poate fi măsurată atunci când este complet deschis, între bornele colectorului și emițătorului, iar calculul poate fi ajustat ulterior. Dar, după cum vom vedea mai târziu, rezistența colectorului poate fi selectată folosind o metodă mai simplă.

Rezistența în circuitul colectorului este:

Calculul rezistenței în circuitul de bază a tranzistorului

Acum trebuie doar să determinăm rezistența de bază R b . Este egală cu căderea de tensiune pe rezistența însăși ΔURb împărțit la curentul de bază eu b :

Căderea de tensiune pe baza tranzistorului este egală cu tensiunea semnalului de intrare Uvs minus căderea de tensiune pe joncțiunea bază-emițător ΔUbe . Tensiunea semnalului de intrare este specificată în datele sursă și este egală cu 1,6 V. Căderea de tensiune între bază și emițător este de aproximativ 0,6 V.

În continuare găsim curentul de bază Ib . Este egal cu curentul colectorului Ib împărțit la câștigul de curent al tranzistorului β . Câștigul pentru fiecare tranzistor este dat în fișe de date sau cărți de referință. Este și mai ușor să afli sensul β Puteți folosi un multimetru. Chiar și cel mai simplu multimetru are această funcție. Pentru un anumit tranzistor β=30 . Cu tranzistoare moderne β egal cu aproximativ 300...600 de unităţi.

Acum putem găsi rezistența de bază necesară.

Astfel, folosind metoda de mai sus, puteți determina cu ușurință valorile rezistoarelor necesare în circuitele de bază și colectoare. Cu toate acestea, trebuie să vă amintiți că datele calculate nu vă permit întotdeauna să determinați cu exactitate valorile rezistenței. Prin urmare, este mai bine să reglați cheia experimental, iar calculele sunt necesare numai pentru o estimare inițială, adică ajută la îngustarea intervalului de alegere a valorilor rezistenței.

Pentru a determina valorile rezistenței, trebuie să porniți rezistor variabil iar prin modificarea valorii sale obțineți valorile necesare ale curenților de bază și de colector ( orez. 8 ).

Orez. 8 – Schema de conectare a rezistențelor variabile

Recomandări pentru alegerea tranzistorilor pentru cheile electronice

Tensiunea nominală între colector și emițător, care este specificată de producător, trebuie să fie mai mare decât tensiunea sursei de alimentare.

Curentul nominal al colectorului, care este specificat și de producător, trebuie să fie mai actualeîncărcături.

Este necesar să se asigure că curentul și tensiunea de bază a tranzistorului nu depășesc valorile admise.

De asemenea, tensiunea de la bază în modul de saturație nu trebuie să fie mai mică decât valoarea minimă, altfel comutatorul tranzistorului va funcționa instabil.

Comutatorul tranzistorului este elementul principal al dispozitivelor electronice digitale și al multor dispozitive electronice de putere. Parametrii și caracteristicile comutatorului tranzistorului determină în foarte mare măsură proprietățile circuitelor corespunzătoare.

Pornește tranzistoarele bipolare . În Fig. 14.5.

Orez. 14.5. Comutator tranzistor bipolar

Să luăm în considerare funcționarea unui comutator cu tranzistor în stări staționare. Până la un moment dat t 1 Joncțiunea emițătorului tranzistorului este blocată, iar tranzistorul este în modul de întrerupere. În acest mod i La =– i b =eu co (eu co– curent de colector invers), i uh≈ 0. Mai mult u R b ≈u R La ≈ 0;u bae ≈ –U 2 ;u ke ≈– E La .

Între timp t 1 …t 2 tranzistorul este deschis. Pentru ca tensiunea pe tranzistor u ke a fost minimă, tensiunea U 1 de obicei ales astfel încât tranzistorul să fie fie în modul de saturație, fie într-un mod de limită foarte apropiat de modul de saturație.

Comutatoare cu tranzistori cu efect de câmp caracterizată prin stres rezidual scăzut. Ele pot comuta semnale slabe (cativa microvolți sau mai puțin). Aceasta este o consecință a faptului că caracteristicile de ieșire ale tranzistoarelor cu efect de câmp trec prin origine.

De exemplu, să descriem caracteristicile de ieșire ale unui tranzistor cu o tranziție de control și un canal p-tip în regiunea adiacentă originii (Fig. 14.6).

Orez. 14.6. Tranzistor cu efect de câmp cu canal de tip p

Vă rugăm să rețineți că caracteristicile din al treilea cadran corespund tensiunilor specificate între poartă și scurgere.

Într-o stare statică, comutatorul tranzistorului cu efect de câmp consumă foarte puțin curent de control. Cu toate acestea, acest curent crește pe măsură ce crește frecvența de comutare. Rezistența foarte mare de intrare a comutatoarelor de pe tranzistoarele cu efect de câmp asigură de fapt izolarea galvanică a circuitelor de intrare și ieșire. Acest lucru vă permite să faceți fără transformatoare în circuitele de control.

În fig. Figura 14.7 prezintă o diagramă a unui comutator digital bazat pe un tranzistor MOS cu un canal indus n-tip și sarcină rezistivă și diagrame de timp corespunzătoare.

Orez. 14.7. Cheie digitală pe un tranzistor cu efect de câmp

Diagrama arată capacitatea de încărcare CU n, care modelează capacitatea dispozitivelor conectate la un comutator cu tranzistor. Evident, când semnalul de intrare este zero, tranzistorul este oprit și u si =E Cu. Dacă voltageuin este mai mare decât tensiunea de prag U pragul de iarnă tranzistor, apoi se deschide și tensiunea u si scade.

Elemente logice

Un element logic (poarta logică) este un circuit electronic care realizează unele simple operatie logica. În fig. 14.8 prezintă exemple de simboluri grafice convenționale ale unor elemente logice.

Orez. 14.8. Elemente logice

Elementul logic poate fi implementat ca un circuit integrat separat. Adesea, un circuit integrat conține mai multe elemente logice.

Porțile logice sunt utilizate în dispozitivele electronice digitale (dispozitive logice) pentru a efectua o conversie simplă a semnalelor logice.

Clasificarea elementelor logice. Se disting următoarele clase de elemente logice (așa-numitele logici):

logica rezistență-tranzistor (TRL);

logica diodă-tranzistor (DTL);

logica tranzistor-tranzistor (TTL);

logica emițător-tranzistor (ETL);

logica tranzistor-tranzistor cu diode Schottky (TTLS);

r(r- MDP);

logică bazată pe tranzistori MOS cu canale precum n(n- MDP);

logica bazata pe comutatoare complementare pe tranzistoare MOS (CMOS, CMOS);

logica de injectie integrata I 2 L;

logică bazată pe semiconductorul de arseniură de galiu GaAs.

În prezent, cele mai utilizate logici sunt: TTL, TTLSh, CMOS, ESL. Elementele logice și alte dispozitive electronice digitale sunt produse ca parte a următoarelor serii de microcircuite: TTL – K155, KM155, K133, KM133; TTLSH – 530, KR531, KM531, KR1531, 533, K555, KM555, 1533, KR1533; ESL – 100, K500, K1500; CMOS – 564, K561, 1564, KR1554; GaAs–K6500.

Cele mai multe parametri importanti elemente logice:

Performanța este caracterizată de timpul de întârziere a propagării semnalului t spși frecvența maximă de funcționare F Max. U Timpul de întârziere este de obicei determinat de diferențele de nivel de 0,5 intrare U şi 0,5A afară F Max.

Frecvența maximă de funcționare – aceasta este frecvența la care circuitul rămâne funcțional. Capacitatea de încărcare este caracterizată de coeficientul de integrare de intrare LA – aceasta este frecvența la care circuitul rămâne funcțional. Capacitatea de încărcare este caracterizată de coeficientul de integrare de intrare despre – aceasta este frecvența la care circuitul rămâne funcțional. (uneori se folosește termenul „coeficient de pooling output”). Magnitudinea – aceasta este frecvența la care circuitul rămâne funcțional. Capacitatea de încărcare este caracterizată de coeficientul de integrare de intrare =2…8,– aceasta este frecvența la care circuitul rămâne funcțional. (uneori se folosește termenul „coeficient de pooling output”). este numărul de intrări logice, valoarea – aceasta este frecvența la care circuitul rămâne funcțional. (uneori se folosește termenul „coeficient de pooling output”). =20…30.

dată U – numărul maxim de elemente logice similare care pot fi conectate la ieșirea unui element logic dat. Semnificațiile lor tipice sunt:=4...10. Pentru elemente cu capacitate de încărcare crescută Imunitatea la zgomot în modul static este caracterizată de tensiune

Puterea consumată de microcircuit de la sursa de alimentare. Dacă această putere este diferită pentru două stări logice, atunci consumul mediu de energie pentru aceste stări este adesea raportat.

Tensiune de alimentare.

Tensiuni de prag înalte și joase de intrare U prag de intrare1Şi U input0threshold, corespunzătoare unei modificări a stării elementului logic.

Tensiuni de ieșire niveluri ridicate și scăzute U ieșire1Şi U ieșire0 .

Sunt utilizați și alți parametri.

Caracteristici ale elementelor logice ale diverselor logici. O serie specifică de microcircuite este caracterizată prin utilizarea unei unități electronice standard - un element logic de bază. Acest element este baza pentru construirea unei game largi de dispozitive electronice digitale.

Element TTL de bază conţine un tranzistor multi-emiţător care efectuează o operaţie logică ŞI şi un invertor complex (Fig. 14.9).

Orez. 14.9. Element TTL de bază

Dacă un nivel de tensiune scăzut este aplicat simultan uneia sau ambelor intrări, atunci tranzistorul cu emițător multiplu este într-o stare de saturație și tranzistorul T2 este închis și, prin urmare, tranzistorul T4 este de asemenea închis, adică ieșirea va avea un nivel de tensiune ridicat. . Dacă un nivel de tensiune ridicat este aplicat simultan ambelor intrări, atunci tranzistorul T 2 se deschide și intră în modul de saturație, ceea ce duce la deschiderea și saturarea tranzistorului T 4 și oprirea tranzistorului T 3, adică. Funcția AND-NOT este implementată. Pentru a crește viteza elementelor TTL, se folosesc tranzistoare cu diode sau tranzistoare Schottky.

Element logic de bază TTLSH (folosind exemplul seriei K555). Ca element de bază Seria K555 de cipuri element folosit

ȘI-NU (Fig. 14.10, O), iar în fig. 14.10, b este prezentată o reprezentare grafică a unui tranzistor Schottky.

Orez. 14.10. Element logic TTLSH

Tranzistorul VT4 este un tranzistor bipolar obișnuit. Dacă ambele tensiuni de intrare u intrare1Şi u vx2 sunt la un nivel ridicat, apoi diodele VD3 și VD4 sunt închise, tranzistoarele VT1, VT5 sunt deschise și există o tensiune de nivel scăzut la ieșire. Dacă cel puțin o intrare are o tensiune de nivel scăzut, atunci tranzistoarele VT1 și VT5 sunt închise, iar tranzistoarele VT3 și VT4 sunt deschise și există o tensiune de nivel scăzut la intrare. Microcircuitele TTLSh din seria K555 sunt caracterizate de următorii parametri:

tensiune de alimentare +5 ÎN;

tensiune de ieșire de nivel scăzut nu mai mult de 0,4 ÎN;

tensiune de ieșire nivel înalt nu mai puțin de 2,5 ÎN;

imunitate la zgomot - nu mai puțin de 0,3 V;

timpul mediu de întârziere de propagare a semnalului 20 ns;

frecventa maxima de functionare 25 MHz.

Caracteristicile altor logici. Baza elementului logic de bază al ESL este un comutator de curent, al cărui circuit este similar cu cel al unui amplificator diferenţial. Microcircuitul ESL este alimentat de tensiune negativă (–4 ÎN pentru seria K1500). Tranzistoarele acestui microcircuit nu intră în modul de saturație, ceea ce este unul dintre motivele performanței ridicate a elementelor ESL.

În microcircuite n-MOS și p-Comutatoarele MOS sunt folosite respectiv pe tranzistoarele MOS cu n-canale si sarcina dinamica si pe tranzistoare MOS cu p-canal. Pentru a elimina consumul de energie de către un element logic în stare statică, sunt utilizate elemente logice complementare MIS (logica CMDP sau CMOS).

Logica bazată pe semiconductorul din arseniură de galiu GaAs se caracterizează prin cea mai mare performanță, care este o consecință a mobilității mari a electronilor (de 3...6 ori mai mult decât siliciul). Microcircuitele pe bază de GaAs pot funcționa la frecvențe de ordinul a 10 GHz.

Despre ce fel de sarcină vorbim? Da, despre orice - relee, becuri, solenoizi, motoare, mai multe LED-uri simultan sau un spot cu LED-uri puternice. Pe scurt, orice consumă mai mult de 15mA și/sau necesită o tensiune de alimentare mai mare de 5 volți.

Luați, de exemplu, un releu. Să fie BS-115C. Curentul de înfășurare este de aproximativ 80mA, tensiunea de înfășurare este de 12 volți. Tensiune maxima contacte 250V si 10A.

Conectarea unui releu la un microcontroler este o sarcină care a apărut pentru aproape toată lumea. O problemă este că microcontrolerul nu poate furniza puterea necesară pentru funcționarea normală a bobinei. Curent maxim prin care ieșirea controlerului poate trece rareori depășește 20mA și aceasta este încă considerată rece - o ieșire puternică. De obicei, nu mai mult de 10 mA. Da, tensiunea noastră aici nu este mai mare de 5 volți, iar releul necesită până la 12. Există, desigur, relee cu cinci volți, dar consumă mai mult de două ori curentul. În general, oriunde săruți o ștafetă, este un fund. Ce să fac?

Primul lucru care îmi vine în minte este să instalați un tranzistor. Soluția potrivită este că tranzistorul poate fi selectat pentru sute de miliamperi sau chiar amperi. Dacă lipsește un tranzistor, ele pot fi pornite în cascadă, când cel slab îl deschide pe cel mai puternic.

Deoarece am acceptat că 1 este pornit și 0 este oprit (acest lucru este logic, deși contrazice obiceiul meu de lungă durată care a venit din arhitectura AT89C51), atunci 1 va furniza energie, iar 0 va elimina sarcina. Să luăm un tranzistor bipolar. Releul necesită 80mA, așa că căutăm un tranzistor cu curent de colector mai mult de 80mA. În fișele de date importate, acest parametru se numește Ic, la noi Ic Primul lucru care mi-a venit în minte a fost KT315 - o capodopera tranzistor sovietic care a fost folosit aproape peste tot :) Un astfel de portocaliu. Nu costă mai mult de o rublă. De asemenea, va închiria KT3107 cu orice index de litere sau BC546 importat (precum și BC547, BC548, BC549). Pentru un tranzistor, în primul rând, este necesar să se determine scopul terminalelor. Unde este colectorul, unde este baza și unde este emițătorul. Acest lucru se face cel mai bine folosind o fișă de date sau o carte de referință. Iată, de exemplu, o bucată din fișa de date:

Dacă te uiți la el partea din față, cel cu inscriptiile, si tineti cu picioarele in jos, apoi concluziile, de la stanga la dreapta: Emitator, Colector, Baza.

Luăm tranzistorul și îl conectăm conform acestei diagrame:

Colectorul la sarcină, emițătorul, cel cu săgeata, la pământ. Și baza la ieșirea controlerului.

Un tranzistor este un amplificator de curent, adică dacă trecem un curent prin circuitul bază-emițător, atunci un curent egal cu intrarea poate trece prin circuitul colector-emițător, înmulțit cu câștigul h fe.
hfe pentru acest tranzistor este de câteva sute. Ceva de genul 300, nu-mi amintesc exact.

Tensiunea maximă de ieșire a microcontrolerului atunci când este furnizată la portul unității = 5 volți (căderea de tensiune de 0,7 volți la joncțiunea bază-emițător poate fi neglijată aici). Rezistența în circuitul de bază este de 10.000 ohmi. Aceasta înseamnă că curentul, conform legii lui Ohm, va fi egal cu 5/10000 = 0,0005A sau 0,5mA - un curent complet nesemnificativ de la care controlerul nici măcar nu va transpira. Și ieșirea în acest moment va fi I c =I fi *h fe =0,0005*300 = 0,150A. 150mA este mai mult de 100mA, dar asta înseamnă doar că tranzistorul se va deschide larg și va produce maximul posibil. Aceasta înseamnă că relyuha noastră va primi nutriție completă.

Toată lumea este fericită, toată lumea este mulțumită? Dar nu, este o prostie aici. Într-un releu, o bobină este folosită ca dispozitiv de acționare. Și bobina are o inductanță puternică, așa că este imposibil să întrerupi brusc curentul din ea. Dacă încercați să faceți acest lucru, atunci energia potențială acumulată în câmpul electromagnetic va ieși în alt loc. La curent de întrerupere zero, acest loc va fi tensiunea - cu o întrerupere bruscă a curentului, va exista o creștere puternică a tensiunii pe bobină, sute de volți. Dacă curentul este întrerupt de un contact mecanic, va exista o defecțiune a aerului - o scânteie. Și dacă îl tăiați cu un tranzistor, va fi pur și simplu distrus.

Trebuie să facem ceva, undeva să punem energia bobinei. Nu este o problemă, hai să ne închidem pentru noi înșine instalând o diodă. În timpul funcționării normale, dioda este pornită împotriva tensiunii și nu trece curent prin ea. Și când este oprit, tensiunea pe inductanță va fi în cealaltă direcție și va trece prin diodă.

Adevărat, aceste jocuri cu supratensiuni au un efect neplăcut asupra stabilității rețelei de alimentare a dispozitivului, așa că este logic să înșurubați un condensator electrolitic de încă o sută de microfarad lângă bobinele dintre plus și minus sursei de alimentare. El va prelua majoritatea pulsatii.

Frumuseţe! Dar puteți face și mai bine - reduceți-vă consumul. Releul are un curent de rupere destul de mare, dar curentul de menținere a armăturii este de trei ori mai mic. Depinde de cine vrei, dar broasca mă presează să hrănesc mulineta mai mult decât merită. Aceasta înseamnă încălzire și consum de energie și multe altele. De asemenea, luăm și introducem în circuit un condensator polar de zece microfarad cu un rezistor. Ce se întâmplă acum:

Când tranzistorul se deschide, condensatorul C2 nu este încă încărcat, ceea ce înseamnă că în momentul încărcării sale reprezintă aproape scurt-circuit iar curentul circulă prin bobină fără restricții. Nu pentru mult timp, dar acest lucru este suficient pentru a rupe armătura releului de la locul său. Apoi condensatorul se va încărca și se va transforma într-un circuit deschis. Și releul va fi alimentat printr-un rezistor de limitare a curentului. Rezistorul și condensatorul trebuie selectate astfel încât releul să funcționeze clar.
După ce tranzistorul se închide, condensatorul se descarcă prin rezistor. Acest lucru duce la problema opusă - dacă încercați imediat să porniți releul când condensatorul nu s-a descărcat încă, atunci este posibil să nu existe suficient curent pentru o smucitură. Deci aici trebuie să ne gândim cu ce viteză va declanșa releul. Conder, desigur, se va descărca într-o fracțiune de secundă, dar uneori este prea mult.

Să mai adăugăm un upgrade.
Când releul se deschide, energia câmp magnetic este eliberat prin diodă, numai în același timp curentul continuă să curgă în bobină, ceea ce înseamnă că continuă să țină armătura. Timpul dintre eliminarea semnalului de control și pierderea grupului de contact crește. Zapadlo. Este necesar să faceți un obstacol în calea fluxului de curent, dar astfel încât să nu omoare tranzistorul. Să conectăm o diodă zener cu o tensiune de deschidere sub tensiunea limită de defalcare a tranzistorului.
Dintr-o fișă tehnică se poate observa că tensiunea maximă colector-bază pentru BC549 este de 30 volți. Înșurubam dioda zener pentru 27 volți - Profit!

Ca urmare, oferim o creștere a tensiunii pe bobină, dar este controlată și sub punctul critic de defecțiune. Astfel, reducem semnificativ (de câteva ori!) întârzierea de oprire.

Acum poți să te întinzi mulțumit și să începi să-ți zgâriei dureros napii pentru a-ți da seama cum să pui tot acest gunoaie pe placa de circuit imprimat... Trebuie să căutăm compromisuri și să lăsăm doar ceea ce este necesar într-o schemă dată. Dar acesta este un instinct ingineresc și vine cu experiență.

Desigur, în loc de releu, puteți conecta un bec și un solenoid și chiar și un motor, dacă curentul îl poartă. Releul este luat ca exemplu. Ei bine, desigur, becul nu necesită întregul kit diodă-condensator.

Este suficient deocamdată. Data viitoare vă voi spune despre ansamblurile Darlington și comutatoarele MOSFET.