Tranzisztoros elektronikus kapcsoló - Működési elv és kapcsolási rajz

Az impulzusos eszközökben gyakran találhat tranzisztoros kapcsolókat. A tranzisztoros kapcsolók flip-flopokban, kapcsolókban, multivibrátorokban, blokkoló generátorokban és más elektronikus áramkörökben találhatók. Mindegyik áramkörben a tranzisztoros kapcsoló teljesíti a funkcióját, és a tranzisztor működési módjától függően a kapcsoló áramköre összességében változhat, de a tranzisztoros kapcsoló alapvető sematikus diagramja a következő:

A tranzisztoros kapcsolónak több alapvető működési módja van: normál aktív üzemmód, telítettségi mód, levágási mód és aktív fordított üzemmód. Bár a tranzisztoros kapcsoló áramkör alapvetően egy közös emitteres tranzisztoros erősítő áramkör, ez az áramkör funkciójában és üzemmódjában különbözik egy tipikus erősítőtől.

Egy kulcsfontosságú alkalmazásban a tranzisztor gyorskapcsolóként szolgál, és a fő statikus állapotok két: a tranzisztor ki van kapcsolva, a tranzisztor pedig be van kapcsolva. Reteszelt állapot – Nyitott állapot, amikor a tranzisztor levágási módban van.Zárt állapot - a tranzisztor telítettségi állapota vagy a telítettséghez közeli állapot, amelyben a tranzisztor nyitott. Amikor a tranzisztor egyik állapotból a másikba vált, akkor ez egy aktív üzemmód, amelyben a kaszkád folyamatai nem lineárisak.

A statikus állapotok leírása a tranzisztor statikus jellemzői szerint történik. Két jellemző van: a kimeneti család — a kollektoráram függése a kollektor-emitter feszültségtől és a bemeneti család — az alapáram függése a bázis-emitter feszültségtől.

A levágási módot a tranzisztor két pn átmenetének ellentétes irányú előfeszítése jellemzi, és van egy mély és egy sekély vágás. Mély meghibásodásról beszélünk, ha a csomópontokra adott feszültség 3-5-szöröse a küszöbértéknek, és az üzemi polaritás ellentétes. Ebben az állapotban a tranzisztor nyitott, és az elektródáin lévő áramok rendkívül kicsik.

Sekély törés esetén az egyik elektródára adott feszültség kisebb és az elektródaáramok nagyobbak, mint a mélytörésnél, aminek következtében az áramok már a kimeneti karakterisztika család alsó görbéje szerint függenek az alkalmazott feszültségtől. , ezt a görbét "korlátozó karakterisztikának" nevezik ...

Például egyszerűsített számítást végzünk az ellenállásos terhelésen működő tranzisztor kulcsmódjára. Egy tranzisztor hosszú ideig csak a két alapállapot egyikében marad: teljesen nyitott (telítettség) vagy teljesen zárt (cutoff).

Legyen a tranzisztor terhelése az SRD-12VDC-SL-C relé tekercsének, amelynek tekercsellenállása névleges 12 V-on 400 ohm lesz.A relé tekercs induktív jellegét figyelmen kívül hagyjuk, a tranziens emisszió ellen védõ hangtompítót adnak a fejlesztõk, de az alapján számolunk, hogy a relék egyszer és nagyon sokáig bekapcsolnak. A kollektor áramát a következő képlettel találjuk meg:

Ik = (Upit-Ukenas) / Rn.

Ahol: Ik – a kollektor egyenárama; Usup — tápfeszültség (12 volt); Ukenas - a bipoláris tranzisztor telítési feszültsége (0,5 volt); Rn — terhelési ellenállás (400 Ohm).

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

A hűség kedvéért vegyünk egy tranzisztort a határáram és a korlátozó feszültség margójával. Egy SOT-32 csomagban lévő BD139 megteszi. Ennek a tranzisztornak a paraméterei Ikmax = 1,5 A, Ukemax = 80 V. Jó tartalék lesz.

A 28,7 mA kollektoráram biztosításához megfelelő bázisáramot kell biztosítani A bázisáramot a következő képlet határozza meg: Ib = Ik / h21e, ahol h21e a statikus áramátviteli tényező.

A modern multiméterek lehetővé teszik ennek a paraméternek a mérését, és esetünkben 50 volt. Tehát Ib = 0,0287 / 50 = 574 μA. Ha a h21e együttható értéke ismeretlen, a megbízhatóság érdekében a minimumot a tranzisztor dokumentációjából veheti ki.

A szükséges alapellenállás értékének meghatározásához. A fő emitter telítési feszültsége 1 volt. Ez azt jelenti, hogy ha a vezérlést egy logikai mikroáramkör kimenetéről érkező jellel hajtjuk végre, melynek feszültsége 5 V, akkor a szükséges 574 μA alapáram biztosításához 1 V-os átmenetnél eséssel kapjuk :

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

A szabványos 6,8 kOhm-os ellenállás kisebbik oldalát válasszuk (hogy az áram teljesen elegendő legyen).

DE annak érdekében, hogy a tranzisztor gyorsabban kapcsoljon és a működés megbízható legyen, egy további R2 ellenállást fogunk használni az alap és az emitter között, és némi teljesítmény esik rá, ami azt jelenti, hogy csökkenteni kell az ellenállást. R1 ellenállás. Vegyünk R2 = 6,8 kΩ és állítsuk be az R1 értékét:

R1 = (Uin-Ubenas) / (Ib + I (az R2 ellenálláson keresztül) = (Uin-Ubenas) / (Ib + Ubenas / R2)

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

Legyen R1 = 5,1 kΩ és R2 = 6,8 kΩ.

Számítsuk ki a kapcsolási veszteségeket: P = Ik * Ukenas = 0,0287 * 0,5 = 0,014 W. A tranzisztornak nincs szüksége hűtőbordára.