Τρανζίστορ Ηλεκτρονικός Διακόπτης - Αρχή Λειτουργίας και Σχηματικός

Σε παλμικές συσκευές μπορείτε συχνά να βρείτε διακόπτες τρανζίστορ. Οι διακόπτες τρανζίστορ βρίσκονται σε σαγιονάρες, διακόπτες, πολυδονητές, γεννήτριες μπλοκαρίσματος και άλλα ηλεκτρονικά κυκλώματα. Σε κάθε κύκλωμα, ο διακόπτης τρανζίστορ εκτελεί τη λειτουργία του και ανάλογα με τον τρόπο λειτουργίας του τρανζίστορ, το κύκλωμα του διακόπτη στο σύνολό του μπορεί να αλλάξει, αλλά το βασικό σχηματικό διάγραμμα του διακόπτη τρανζίστορ είναι το εξής:

Υπάρχουν διάφοροι βασικοί τρόποι λειτουργίας ενός διακόπτη τρανζίστορ: κανονική ενεργή λειτουργία, λειτουργία κορεσμού, λειτουργία αποκοπής και ενεργή λειτουργία αντίστροφης λειτουργίας. Αν και το κύκλωμα διακόπτη τρανζίστορ είναι βασικά ένα κοινό κύκλωμα ενισχυτή τρανζίστορ εκπομπού, αυτό το κύκλωμα διαφέρει ως προς τη λειτουργία και τη λειτουργία από έναν τυπικό ενισχυτή.

Σε μια βασική εφαρμογή, το τρανζίστορ χρησιμεύει ως γρήγορος διακόπτης και οι κύριες στατικές καταστάσεις είναι δύο: το τρανζίστορ είναι απενεργοποιημένο και το τρανζίστορ είναι ενεργοποιημένο. Κατάσταση μανδάλωσης — Ανοικτή κατάσταση όταν το τρανζίστορ βρίσκεται σε λειτουργία αποκοπής.Κλειστή κατάσταση - η κατάσταση κορεσμού του τρανζίστορ ή μια κατάσταση κοντά στον κορεσμό, στην οποία κατάσταση το τρανζίστορ είναι ανοιχτό. Όταν το τρανζίστορ αλλάζει από τη μια κατάσταση στην άλλη, είναι μια ενεργή λειτουργία στην οποία οι διεργασίες στον καταρράκτη είναι μη γραμμικές.

Οι στατικές καταστάσεις περιγράφονται σύμφωνα με τα στατικά χαρακτηριστικά του τρανζίστορ. Υπάρχουν δύο χαρακτηριστικά: η οικογένεια εξόδου — η εξάρτηση του ρεύματος συλλέκτη από την τάση συλλέκτη-εκπομπού και η οικογένεια εισόδου — η εξάρτηση του ρεύματος βάσης από την τάση βάσης-εκπομπού.

Η λειτουργία αποκοπής χαρακτηρίζεται από την πόλωση των δύο συνδέσεων pn του τρανζίστορ προς την αντίθετη κατεύθυνση, και υπάρχει μια βαθιά αποκοπή και μια ρηχή αποκοπή. Βαθιά διάσπαση είναι όταν η τάση που εφαρμόζεται στους κόμβους είναι 3-5 φορές μεγαλύτερη από το κατώφλι και έχει την αντίθετη πολικότητα από την λειτουργική. Σε αυτή την κατάσταση, το τρανζίστορ είναι ανοιχτό και τα ρεύματα στα ηλεκτρόδιά του είναι εξαιρετικά μικρά.

Σε ένα ρηχό διάλειμμα, η τάση που εφαρμόζεται σε ένα από τα ηλεκτρόδια είναι χαμηλότερη και τα ρεύματα ηλεκτροδίων είναι υψηλότερα από ό,τι σε μια βαθιά διακοπή, με αποτέλεσμα τα ρεύματα να εξαρτώνται ήδη από την εφαρμοζόμενη τάση σύμφωνα με την χαμηλότερη καμπύλη της χαρακτηριστικής οικογένειας εξόδου , αυτή η καμπύλη ονομάζεται «περιοριστικό χαρακτηριστικό» ...

Για παράδειγμα, θα εκτελέσουμε έναν απλοποιημένο υπολογισμό για τη λειτουργία κλειδιού του τρανζίστορ που θα λειτουργεί με ωμικό φορτίο. Ένα τρανζίστορ θα παραμείνει για μεγάλο χρονικό διάστημα μόνο σε μία από τις δύο βασικές καταστάσεις: πλήρως ανοιχτό (κορεσμός) ή πλήρως κλειστό (αποκοπή).

Έστω το φορτίο του τρανζίστορ το πηνίο του ρελέ SRD-12VDC-SL-C, του οποίου η αντίσταση πηνίου στα ονομαστικά 12 V θα είναι 400 ohms.Αγνοούμε την επαγωγική φύση του πηνίου του ρελέ, αφήνουμε τους προγραμματιστές να παρέχουν ένα σιγαστήρα για προστασία από παροδικές εκπομπές, αλλά θα υπολογίσουμε με βάση το γεγονός ότι τα ρελέ θα ανάβουν μία φορά και για πολύ μεγάλο χρονικό διάστημα. Βρίσκουμε το ρεύμα συλλέκτη με τον τύπο:

Ik = (Upit-Ukenas) / Rn.

Όπου: Ik — συνεχές ρεύμα του συλλέκτη. Χρήση — τάση τροφοδοσίας (12 βολτ). Ukenas — τάση κορεσμού του διπολικού τρανζίστορ (0,5 βολτ). Rn — αντίσταση φορτίου (400 Ohm).

Παίρνουμε Ik = (12-0,5) / 400 = 0,02875 A = 28,7 mA.

Για πιστότητα, ας πάρουμε ένα τρανζίστορ με περιθώριο για το περιοριστικό ρεύμα και την οριακή τάση. Ένα BD139 σε πακέτο SOT-32 θα κάνει. Αυτό το τρανζίστορ έχει παραμέτρους Ikmax = 1,5 A, Ukemax = 80 V. Θα υπάρχει καλό περιθώριο.

Για την παροχή ρεύματος συλλέκτη 28,7 mA, πρέπει να παρέχεται ένα κατάλληλο ρεύμα βάσης Το ρεύμα βάσης καθορίζεται από τον τύπο: Ib = Ik / h21e, όπου h21e είναι ο συντελεστής μεταφοράς στατικού ρεύματος.

Τα σύγχρονα πολύμετρα σάς επιτρέπουν να μετρήσετε αυτήν την παράμετρο και στην περίπτωσή μας ήταν 50. Άρα Ib = 0,0287 / 50 = 574 μA. Εάν η τιμή του συντελεστή h21e είναι άγνωστη, για αξιοπιστία μπορείτε να πάρετε το ελάχιστο από την τεκμηρίωση για αυτό το τρανζίστορ.

Για να προσδιορίσετε την απαιτούμενη τιμή της βασικής αντίστασης. Η τάση κορεσμού του κύριου πομπού είναι 1 volt. Αυτό σημαίνει ότι εάν ο έλεγχος πραγματοποιείται από ένα σήμα από την έξοδο ενός λογικού μικροκυκλώματος, του οποίου η τάση είναι 5 V, τότε για να παρέχεται το απαραίτητο ρεύμα βάσης 574 μA, με πτώση σε μετάβαση 1 V, έχουμε :

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

Ας επιλέξουμε τη μικρότερη πλευρά (ώστε το ρεύμα να επαρκεί πλήρως) της τυπικής σειράς αντίστασης 6,8 kOhm.

ΑΛΛΑ, για να αλλάξει το τρανζίστορ πιο γρήγορα και η λειτουργία να είναι αξιόπιστη, θα χρησιμοποιήσουμε μια πρόσθετη αντίσταση R2 μεταξύ της βάσης και του πομπού και θα πέσει κάποια ισχύς σε αυτήν, πράγμα που σημαίνει ότι είναι απαραίτητο να μειωθεί η αντίσταση του αντίσταση R1. Ας πάρουμε R2 = 6,8 kΩ και ρυθμίζουμε την τιμή του R1:

R1 = (Uin-Ubenas) / (Ib + I (μέσω της αντίστασης R2) = (Uin-Ubenas) / (Ib + Ubenas / R2)

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

Έστω R1 = 5,1 kΩ και R2 = 6,8 kΩ.

Ας υπολογίσουμε τις απώλειες του διακόπτη: P = Ik * Ukenas = 0,0287 * 0,5 = 0,014 W. Το τρανζίστορ δεν χρειάζεται ψύκτρα.