Strādājot ar sarežģītas shēmas noderīga ir dažādu tehnisku triku izmantošana, kas ļauj sasniegt savu mērķi ar nelielu piepūli. Viens no tiem ir tranzistoru slēdžu izveide. Kas viņi ir? Kāpēc tie būtu jāveido? Kāpēc tās sauc arī par "elektroniskajām atslēgām"? Kādas ir šī procesa iezīmes un kam jāpievērš uzmanība?
No kā izgatavoti tranzistoru slēdži?
Tie tiek veikti, izmantojot lauku vai Pirmie tiek tālāk sadalīti MIS un taustiņos, kuriem ir vadības pn pāreja. Starp bipolāriem izšķir nepiesātinātos. tranzistora atslēga 12 volti spēs apmierināt radioamatieru pamatvajadzības.
Statiskais darbības režīms
Tas analizē atslēgas privāto un publisko stāvokli. Pirmajā ieejā ir zems sprieguma līmenis, kas norāda uz loģisko nulles signālu. Šajā režīmā abas pārejas ir pretējā virzienā (tiek iegūts nogrieznis). Un tikai siltuma var ietekmēt kolektora strāvu. Atvērtā stāvoklī pie atslēgas ievades ir augsts līmenis spriegums, kas atbilst loģiskās vienības signālam. Vienlaicīgi iespējams strādāt divos režīmos. Šāda veiktspēja var būt izejas raksturlieluma piesātinājuma reģionā vai lineārajā reģionā. Mēs pie tiem pakavēsimies sīkāk.
taustiņu piesātinājums
Šādos gadījumos tranzistoru savienojumi ir novirzīti uz priekšu. Tāpēc, ja mainās bāzes strāva, kolektora vērtība nemainīsies. Silīcija tranzistoros ir nepieciešams aptuveni 0,8 V, lai iegūtu nobīdi, savukārt germānija tranzistoriem spriegums svārstās 0,2–0,4 V robežās. Kā vispār tiek panākts taustiņu piesātinājums? Tas palielina bāzes strāvu. Bet visam ir savas robežas, tāpat kā pieaugošajam piesātinājumam. Tātad, kad tiek sasniegta noteikta pašreizējā vērtība, tā pārstāj palielināties. Un kāpēc veikt taustiņu piesātinājumu? Ir īpašs koeficients, kas parāda lietu stāvokli. Pieaugot tam, palielinās tranzistoru slēdžu slodze, destabilizējoši faktori sāk ietekmēt ar mazāku spēku, bet darbība pasliktinās. Tāpēc piesātinājuma koeficienta vērtība tiek izvēlēta no kompromisa apsvērumiem, koncentrējoties uz uzdevumu, kas būs jāveic.
Nepiesātinātās atslēgas trūkumi
Un kas notiek, ja optimālā vērtība nav sasniegta? Tad būs šādi trūkumi:
- Publiskās atslēgas spriegums samazināsies un zaudēs līdz aptuveni 0,5 V.
- Trokšņa imunitāte pasliktināsies. Tas ir saistīts ar palielinātu ievades pretestību, kas tiek novērota taustiņos, kad tie ir atvērtā stāvoklī. Tāpēc traucējumi, piemēram, jaudas pārspriegumi, arī izraisīs tranzistoru parametru izmaiņas.
- Piesātinātajai atslēgai ir ievērojama temperatūras stabilitāte.
Kā redzat, šo procesu joprojām ir labāk veikt, lai galu galā iegūtu modernāku ierīci.
Performance
Mijiedarbība ar citiem taustiņiem
Lai to izdarītu, tiek izmantoti komunikācijas elementi. Tātad, ja pirmajam taustiņam pie izejas ir augsts sprieguma līmenis, tad otrais atveras pie ieejas un darbojas norādītajā režīmā. Un otrādi. Šāda sakaru shēma būtiski ietekmē pārejas procesus, kas notiek pārslēgšanas laikā, un taustiņu ātrumu. Šādi darbojas tranzistora slēdzis. Visizplatītākās ir shēmas, kurās mijiedarbība notiek tikai starp diviem tranzistoriem. Bet tas nebūt nenozīmē, ka to nevar izdarīt ar ierīci, kurā tiks izmantoti trīs, četri vai pat vairāk elementi. Bet praksē tam ir grūti atrast pielietojumu, tāpēc šāda veida tranzistora slēdža darbība netiek izmantota.
Ko izvēlēties
Ar ko labāk strādāt? Iedomāsimies, ka mums ir vienkāršs tranzistora slēdzis, kura barošanas spriegums ir 0,5 V. Tad, izmantojot osciloskopu, būs iespējams fiksēt visas izmaiņas. Ja kolektora strāva ir iestatīta uz 0,5mA, tad spriegums samazināsies par 40mV (pie pamatnes būs aptuveni 0,8V). Pēc uzdevuma standartiem var teikt, ka tā ir diezgan būtiska novirze, kas uzliek ierobežojumu izmantošanai veselā virknē ķēžu, piemēram, slēdžos, tāpēc viņi izmanto speciālos, kur ir vadības pn krustojums. To priekšrocības salīdzinājumā ar bipolāriem kolēģiem ir:
- Nenozīmīga atslēgas atlikušā sprieguma vērtība elektroinstalācijas stāvoklī.
- Augsta pretestība un rezultātā neliela strāva, kas plūst caur slēgtu elementu.
- Tiek patērēta maza jauda, tāpēc nav nepieciešams ievērojams vadības sprieguma avots.
- Var pārslēgt elektriskos signālus zems līmenis, kas ir mikrovoltu vienības.
Tranzistora atslēgas relejs - šeit ir ideāls pielietojums laukam. Protams, šī ziņa šeit ir ievietota tikai tāpēc, lai lasītājiem būtu priekšstats par to pielietojumu. Nedaudz zināšanu un atjautības - un ieviešanas iespējas, kurās ir tranzistoru slēdži, tiks izgudrots ļoti daudz.
Darba piemērs
Sīkāk apskatīsim, kā darbojas vienkāršs tranzistora slēdzis. Ieslēgtais signāls tiek pārraidīts no vienas ieejas un noņemts no citas izejas. Lai bloķētu atslēgu, tranzistora vārtiem tiek pielikts spriegums, kas pārsniedz avota un aizplūšanas vērtības par vērtību, kas lielāka par 2-3 V. Taču jābūt uzmanīgiem, lai nepārsniegtu pieļaujamo. diapazons. Kad atslēga ir aizvērta, tās pretestība ir salīdzinoši liela – vairāk nekā 10 omi. Šī vērtība tiek iegūta tāpēc, ka ietekmē arī apgrieztā nobīdes strāva p-n krustojums. Tādā pašā stāvoklī kapacitāte starp ieslēgto signāla ķēdi un vadības elektrodu svārstās diapazonā no 3-30 pF. Tagad atveram tranzistora slēdzi. Shēma un prakse parādīs, ka tad vadības elektroda spriegums tuvosies nullei un ir ļoti atkarīgs no slodzes pretestības un pārslēgtā sprieguma raksturlīknes. Tas ir saistīts ar visu tranzistora vārtu, notekas un avota mijiedarbības sistēmu. Tas rada noteiktas problēmas darbam pārtrauktāja režīmā.
Kā šīs problēmas risinājums ir izstrādātas dažādas shēmas, kas nodrošina sprieguma stabilizāciju, kas plūst starp kanālu un vārtiem. Un pateicoties fizikālās īpašības pat diode var tikt izmantota kā tāda. Lai to izdarītu, tas jāiekļauj bloķēšanas sprieguma virzienā uz priekšu. Ja tiek izveidota vajadzīgā situācija, diode tiks aizvērta un p-n pāreja tiks atvērta. Lai, mainoties pārslēgtajam spriegumam, tas paliktu atvērts un tā kanāla pretestība nemainītos, starp avotu un atslēgas ieeju var pieslēgt augstas pretestības rezistoru. Un kondensatora klātbūtne ievērojami paātrinās tvertņu uzlādes procesu.
Tranzistora atslēgas aprēķins
Lai saprastu, es sniedzu aprēķina piemēru, jūs varat aizstāt savus datus:
1) Kolektors-emiters - 45 V. Kopējā jaudas izkliede - 500 mw. Kolektors-emiters - 0,2 V. Darbības ierobežojošā frekvence - 100 MHz. Bāzes emitētājs - 0,9 V. Kolektora strāva - 100 mA. Statistiskais strāvas pārneses koeficients - 200.
2) Rezistors 60 mA strāvai: 5-1,35-0,2 = 3,45.
3) Kolektora pretestības reitings: 3,45\0,06=57,5 omi.
4) Ērtības labad mēs ņemam nominālvērtību 62 omi: 3,45 \ 62 \u003d 0,0556 mA.
5) Mēs ņemam vērā bāzes strāvu: 56 \ 200 \u003d 0,28 mA (0,00028 A).
6) Cik daudz būs uz bāzes rezistora: 5 - 0,9 \u003d 4,1 V.
7) Nosakiet bāzes rezistora pretestību: 4,1 \ 0,00028 \u003d 14,642,9 omi.
Secinājums
Un visbeidzot par nosaukumu "elektroniskās atslēgas". Fakts ir tāds, ka stāvoklis mainās strāvas ietekmē. Un ko viņš pārstāv? Tieši tā, elektronisko maksu kopums. No šejienes nāk otrais vārds. Tas ir viss. Kā redzat, darbības princips un tranzistoru slēdžu izvietojums nav nekas sarežģīts, tāpēc to saprast ir iespējams. Jāatzīmē, ka pat šī raksta autoram vajadzēja izmantot kādu uzziņu literatūru, lai atsvaidzinātu savu atmiņu. Tāpēc, ja rodas jautājumi par terminoloģiju, iesaku atcerēties tehnisko vārdnīcu pieejamību un tur meklēt jaunu informāciju par tranzistoru slēdžiem.
Tranzistoru atslēgas, kas veidotas uz bipolāriem vai lauka efekta tranzistoriem, tiek sadalītas piesātinātajos un nepiesātinātajos, kā arī MOS taustiņi un taustiņi uz lauka tranzistoriem ar vadības pn pāreju. Visi tranzistoru slēdži var darboties divos režīmos: statiskā un dinamiskā.
Uz to pamata TC ir balstīts uz trigeru, multivibratoru, slēdžu, bloķējošo ģeneratoru un daudzu citu elementu darbības principu. Atkarībā no darbības mērķa un iezīmēm TC shēmas var atšķirties viena no otras.
TC ir paredzēts slodzes ķēžu pārslēgšanai ārējo vadības signālu ietekmē, skatiet diagrammu iepriekš. Jebkurš TC veic ātrgaitas atslēgas funkcijas, un tam ir divi galvenie stāvokļi: atvērts, tas atbilst tranzistora izslēgšanas režīmam (VT - aizvērts) un aizvērts, ko raksturo piesātinājuma režīms vai tam tuvs režīms. Visa pārslēgšanas procesa laikā TC darbojas aktīvā režīmā.
Apsveriet atslēgas darbību, pamatojoties uz bipolāru tranzistoru. Ja uz pamatnes nav sprieguma attiecībā pret emitētāju, tranzistors ir aizvērts, caur to neplūst strāva, viss barošanas spriegums atrodas uz kolektora, t.i. maksimālais signāla līmenis.
Tiklīdz tranzistora pamatnē nonāk vadības elektriskais signāls, tas atveras, sāk plūst kolektora-emitera strāva un uz kolektora iekšējās pretestības rodas sprieguma kritums, tad kolektora spriegums un līdz ar to spriegums pie ķēdes izejas, samazinās līdz zemam līmenim.
Praksei mēs savāksim vienkārša ķēde tranzistora slēdzis uz bipolāra tranzistora. Šim nolūkam mēs izmantojam bipolāru tranzistoru KT817, rezistoru kolektora strāvas ķēdē ar nominālo vērtību 1 kOhm un ieejā ar pretestību 270 omi.
Tranzistora atvērtā stāvoklī pie ķēdes izejas mums ir pilns strāvas avota spriegums. Kad vadības ieejā tiek saņemts signāls, kolektora spriegums ir ierobežots līdz minimumam, kaut kur ap 0,6 voltiem.
Turklāt TC var ieviest arī lauka efekta tranzistoros. To darbības princips ir gandrīz vienāds, taču tie nepatērē daudz mazāk vadības strāvas, turklāt tie nodrošina ieejas un izejas daļu galvanisko izolāciju, taču tie ievērojami zaudē ātrumu salīdzinājumā ar bipolāriem. Tranzistoru atslēgas tiek izmantotas gandrīz jebkurā radioelektronisko ierīču klāstā, analogo un digitālo signālu slēdžos, automatizācijas un vadības sistēmās, mūsdienu tehnoloģijās. mājsaimniecības ierīces un tā tālāk
Slodžu pārslēgšanai ķēdēs maiņstrāva vislabāk ir izmantot jaudīgus lauka efekta tranzistorus. Šo pusvadītāju klasi pārstāv divas grupas. Pirmajā ietilpst hibrīdi: bipolāri tranzistori ar izolētiem vārtiem - IGBT vai . Otrajā ietilpst klasiskie lauka (kanālu) tranzistori. Apsveriet kā gadījuma izpēte tīkla slodzes slēdža darbība Maiņstrāvas spriegums 220 volti uz jaudīga lauka VT tipa KP707
Šī konstrukcija ļauj galvaniski atsaistīt vadības ķēdes un 220 voltu ķēdi. Kā atsaistīšana tika izmantoti TLP521 opto savienotāji. Ja ieejas spailēs nav sprieguma, optrona gaismas diode ir izslēgta, optrona iebūvētais tranzistors ir aizvērts un netraucē jaudīgu komutācijas tranzistoru vārtus. Tāpēc uz to vārtiem ir atvēršanas spriegums, kas vienāds ar Zenera diodes VD1 stabilizācijas sprieguma līmeni. Šajā gadījumā lauka strādnieki ir atvērti un strādā pēc kārtas, atkarībā no maiņstrāvas sprieguma perioda polaritātes pašreizējā laikā. Pieņemsim, ka izejā ir 4, bet mīnus 3. Tad slodzes strāva iet no spailes 3 uz 5, caur slodzi un uz 6, tad caur iekšējo aizsargdiodi VT2, caur atvērto VT1 uz spaili 4. Mainot periodu, slodzes strāva plūst caur tranzistora VT1 diodi. un atveriet VT2. Ķēdes elementi R3, R3, C1 un VD1 ir beztransformatora barošanas avots. Rezistora R1 vērtība atbilst piecu voltu ieejas sprieguma līmenim un vajadzības gadījumā to var mainīt. Kad tiek saņemts vadības signāls, iedegas gaismas diode optronā un šuntē abu tranzistoru vārtus. Slodzei netiek pielikts spriegums.
Par kādu slodzi tu runā? Jā, par jebkuru - relejiem, spuldzēm, solenoīdiem, motoriem, vairākiem LED vienlaikus vai lieljaudas LED prožektoru. Īsāk sakot, viss, kas patērē vairāk par 15mA un/vai kam nepieciešams barošanas spriegums, kas lielāks par 5 voltiem.
Ņemiet, piemēram, releju. Lai tas būtu BS-115C. Tinuma strāva ir aptuveni 80mA, tinuma spriegums ir 12 volti. Maksimālais kontaktspriegums ir 250 V un 10 A.
Releja savienošana ar mikrokontrolleru ir uzdevums, kas bija gandrīz ikvienam. Viena problēma ir tā, ka mikrokontrolleris nevar nodrošināt spoles normālai darbībai nepieciešamo jaudu. Maksimālā strāva kas var iziet caur sevi kontroliera izeja reti pārsniedz 20mA un tas joprojām tiek uzskatīts par foršu - jaudīgu izeju. Parasti ne vairāk kā 10 mA. Jā, spriegums šeit nav lielāks par 5 voltiem, un relejam vajag pat 12. Ir, protams, releji pieciem voltiem, bet strāva tiek patērēta divreiz vairāk. Vispār, kur stafete nebučo - visur dupsis. Ko darīt?
Pirmā lieta, kas nāk prātā, ir ievietot tranzistoru. Pareizs lēmums - tranzistoru var izvēlēties simtiem miliampēru vai pat ampēru. Ja trūkst viena tranzistora, tad tos var ieslēgt kaskādēs, kad vājš atver stiprāku.
Tā kā mēs esam pieņēmuši, ka 1 ir ieslēgts un 0 ir izslēgts (tas ir loģiski, lai gan tas ir pretrunā ar manu veco ieradumu, kas radās no AT89C51 arhitektūras), tad 1 nodrošinās strāvu, bet 0 noņems slodzi. Ņemsim bipolāru tranzistoru. Relejam vajag 80mA, tāpēc meklējam tranzistoru ar kolektora strāva vairāk nekā 80 mA. Importētajās datu lapās šo parametru sauc par I c, pie mums par I k.. Pirmais, kas ienāca prātā, ir KT315 - šedevrs padomju tranzistors, ko izmantoja gandrīz visur :) Tāds oranžs. Tas maksā ne vairāk kā vienu rubli. Tas darbosies arī KT3107 ar jebkuru burtu indeksu vai importētu BC546 (kā arī BC547, BC548, BC549). Tranzistorā, pirmkārt, ir jānosaka secinājumu mērķis. Kur ir kolektors, kur ir bāze un kur ir emitētājs. Vislabāk to darīt saskaņā ar datu lapu vai atsauces grāmatu. Šeit ir piemērs no datu lapas:
Ja paskatās uz tā priekšējo pusi, uz kuras ir uzraksti, un turiet kājas uz leju, tad secinājumi no kreisās puses uz labo: emitētājs, savācējs, bāze.
Mēs ņemam tranzistoru un savienojam to saskaņā ar šādu shēmu:
 |
Kolektors uz slodzi, emitētājs, tas ar bultiņu, uz zemi. Un bāze uz kontroliera izvadi.
Tranzistors ir strāvas pastiprinātājs, tas ir, ja mēs izlaižam strāvu caur bāzes-emitera ķēdi, tad caur kolektora-emitera ķēdi var iziet strāva, kas vienāda ar ieeju, kas reizināta ar pastiprinājumu h fe.
h fe šim tranzistoram ir vairāki simti. Kaut kā 300, precīzi neatceros.
Mikrokontrollera maksimālais izejas spriegums, kad tas tiek pieslēgts vienotības portam = 5 volti (šeit var neņemt vērā sprieguma kritumu par 0,7 voltiem bāzes un emitētāja krustojumā). Bāzes ķēdes pretestība ir 10 000 omi. Tas nozīmē, ka strāva pēc Oma likuma būs vienāda ar 5/10000=0,0005A vai 0,5mA - pilnīgi nenozīmīga strāva, no kuras kontrolieris pat nesvīdīs. Un izvade šajā brīdī būs I c \u003d I be * h fe \u003d 0,0005 * 300 \u003d 0,150A. 150 mA ir vairāk nekā 100 mA, bet tas tikai nozīmē, ka tranzistors atvērsies plaši un izlaidīs maksimāli daudz. Tātad mūsu stafete saņems ēdienu pilnā apmērā.
Vai visi ir laimīgi, vai visi ir laimīgi? Bet nē, šeit ir bardaks. Relejā spole tiek izmantota kā iedarbināšanas elements. Un spolei ir diezgan spēcīga induktivitāte, tāpēc tajā nav iespējams pēkšņi atslēgt strāvu. Ja jūs mēģināt to izdarīt, tad elektromagnēta laukā uzkrātā potenciālā enerģija iznāks citā vietā. Pie nulles pārtraukuma strāvas šajā vietā būs spriegums - ar strauju strāvas pārtraukumu uz spoles būs spēcīgs sprieguma pieaugums, simtiem voltu. Ja strāva tiek pārtraukta ar mehānisku kontaktu, tad notiks gaisa sabrukums - dzirkstele. Un, ja jūs to nogriezīsit ar tranzistoru, tas to vienkārši nogalinās.
Vajag kaut ko darīt, kaut kur likt spoles enerģiju. Nav problēmu, aizveriet to sev, ieliekot diodi. Normālas darbības laikā diode tiek ieslēgta pretēji spriegumam un caur to neplūst strāva. Un, izslēdzot, spriegums pāri induktivitātei būs otrā virzienā un iet cauri diodei.
 |
Tiesa, šīs spēles ar sprieguma pārspriegumiem nepatīkamā veidā ietekmē ierīces barošanas tīkla stabilitāti, tāpēc ir jēga ieskrūvēt spoles starp barošanas avota plusu un mīnusu. elektrolītiskais kondensators simts mikrofarādes. Viņš pārņems lielākā daļa pulsācijas.
Skaistums! Bet jūs varat darīt vēl labāk – samazināt patēriņu. Relejam pietiek liela strāva atraujoties, bet armatūras turēšanas strāva ir mazāka par trīs reizēm. Kuram tas interesē, bet krupis mani sasmalcina, lai pabarotu spoli vairāk, nekā tas ir pelnījis. Galu galā tas ir apkures, enerģijas patēriņš un daudz kas cits. Mēs arī ņemam un ievietojam ķēdē polāro kondensatoru duci citu mikrofaradu ar rezistoru. Kas notiek tagad:
 |
Kad tranzistors tiek atvērts, kondensators C2 vēl nav uzlādēts, kas nozīmē, ka tā uzlādes brīdī tas ir gandrīz īssavienojums un strāva caur spoli iet bez ierobežojumiem. Ne uz ilgu laiku, bet ar to pietiek, lai izlauztu releja armatūru no tās vietas. Tad kondensators uzlādēsies un pārvērtīsies par pārtraukumu. Un relejs tiks darbināts caur strāvas ierobežojošo rezistoru. Rezistors un kondensators jāizvēlas tā, lai relejs darbotos skaidri.
Pēc tranzistora aizvēršanas kondensators tiek izlādēts caur rezistoru. No tā izriet skaitītājs zapadlo - ja jūs nekavējoties mēģināt ieslēgt releju, kad kondensators vēl nav izlādējies, tad ar strāvu raustīšanai var nepietikt. Tātad šeit mums jādomā, ar kādu ātrumu relejs noklikšķinās. Konders, protams, tiks izlādēts sekundes daļā, bet dažreiz tas ir daudz.
Pievienosim vēl vienu jauninājumu.
Kad relejs atveras, enerģija magnētiskais lauks tiek izvadīts caur diodi, tikai tajā pašā laikā spolē turpina plūst strāva, kas nozīmē, ka tā turpina noturēt enkuru. Palielinās laiks starp vadības signāla noņemšanu un kontaktu grupas nokrišanu. Zapadlo. Ir nepieciešams radīt šķērsli strāvas plūsmai, bet tā, lai tas nenogalinātu tranzistoru. Mēs pievienojam Zenera diodi ar atvēršanas spriegumu, kas ir zemāks par tranzistora ierobežojošo pārrāvuma spriegumu.
No datu lapas var redzēt, ka BC549 kolektora bāzes ierobežojošais spriegums (kolektora bāzes spriegums) ir 30 volti. Mēs ieskrūvējam 27 voltu zenera diodi - peļņa!
Rezultātā mēs nodrošinām sprieguma pārspriegumu uz spoles, bet tas tiek kontrolēts un zem kritiskā sadalījuma punkta. Tādējādi mēs ievērojami (reizēm!) Samazinām izslēgšanas aizkavi.
 |
Tagad var diezgan izstiepties un sākt sāpīgi kasīt savus rāceņus par to, kā visu šo miskasti salikt uz iespiedshēmas plates... Jāmeklē kompromisi un šajā shēmā jāatstāj tikai tas, kas vajadzīgs. Bet tas jau ir inženierijas nojauta un nāk ar pieredzi.
Protams, releja vietā var iespraust spuldzīti un solenoīdu un pat motoru, ja tas iet cauri strāvai. Relejs tiek ņemts kā piemērs. Un, protams, spuldzei nav nepieciešams viss diodes-kondensatora komplekts.
Pagaidām pietiek. Nākamreiz es runāšu par Darlington komplektiem un MOSFET atslēgām.
Tranzistora slēdzis ir impulsu pārveidotāja tehnoloģijas galvenā sastāvdaļa. Visu shēmās impulsu avoti barošanas bloki, kas gandrīz pilnībā nomainījuši transformatoru barošanas blokus, tiek izmantoti tranzistoru slēdži. Šādu barošanas avotu piemēri ir datoru blokiēdiens, uzlādes ierīce tālruņi, klēpjdatori, planšetdatori utt. Tranzistoru atslēgas ir aizstājušas elektromagnētiskos relejus, jo tām ir tāda galvenā priekšrocība kā mehānisku kustīgu daļu neesamība, kas palielina atslēgas uzticamību un izturību. Turklāt elektronisko pusvadītāju slēdžu ieslēgšanas un izslēgšanas ātrums ir daudz lielāks nekā elektromagnētisko releju ātrums.
Arī tranzistora slēdzi bieži izmanto, lai ieslēgtu / izslēgtu (pārslēgtu) ievērojamas jaudas slodzi pēc mikrokontrollera signāla.
Elektroniskās atslēgas būtība ir vadīt to ar lielu jaudu ar mazjaudas signālu.
Ir pusvadītāju slēdži, kuru pamatā ir tranzistori, tiristori, triaki. Tomēr šajā rakstā ir apskatīta elektroniskās atslēgas darbība uz bipolāra tranzistora. Turpmākajos rakstos tiks apskatīti citi pusvadītāju slēdžu veidi.
Atkarībā no pusvadītāju struktūras bipolāri tranzistori tiek iedalīti divos veidos: lpp — n — lpp un n — lpp — n tips ( rīsi. viens ).
Rīsi. 1 - Bipolāru tranzistoru struktūras
Ķēdēs bipolāri tranzistori ir apzīmēti, kā parādīts attēlā rīsi. 2 . Vidējais terminālis tiek saukts par bāzi, terminālis ar “bultiņu” ir emitētājs, atlikušais terminālis ir kolektors.
Rīsi. 2 - Tranzistoru apzīmējums ķēdēs
Arī tranzistorus var nosacīti attēlot divu diožu formā, kuras ir savienotas ar aizmuguri, to savienojums vienmēr būs bāze ( att.3 ).
Rīsi. 3 - Shēmas tranzistoru aizstāšanai ar diodēm
tranzistora atslēga. Iekļaušanas shēmas.
Ir parādītas dažādu pusvadītāju konstrukciju tranzistoru komutācijas shēmas rīsi. četri . Savienojumu starp bāzi un emitētāju sauc par emitera savienojumu, bet savienojumu starp pamatni un kolektoru sauc par kolektora savienojumu. Lai ieslēgtu (atvērtu) tranzistoru, ir nepieciešams, lai kolektora savienojums būtu nobīdīts pretējā virzienā, bet emitētājs - uz priekšu.
Rīsi. 4 - tranzistora atslēga. Pārslēgšanas shēmas
Barošanas spriegums U un attiecas uz kolektora un emitera spailēm U ke caur slodzes rezistoru R uz (cm. rīsi. četri ). Vadības spriegums (vadības signāls) tiek pielikts starp bāzi un emitētāju U bae caur strāvu ierobežojošu rezistoru R b .
Kad tranzistors darbojas atslēgas režīmā, tas var būt divos stāvokļos. Pirmais ir izslēgšanas režīms. Šajā režīmā tranzistors ir pilnībā aizvērts, un spriegums starp kolektoru un emitētāju ir vienāds ar barošanas avota spriegumu. Otrais stāvoklis ir piesātinājuma režīms. Šajā režīmā tranzistors ir pilnībā ieslēgts, un spriegums starp kolektoru un emitētāju ir vienāds ar sprieguma kritumu lpp — n - pārejas un dažādiem tranzistoriem ir diapazonā no volta simtdaļām līdz desmitdaļām.
Uz slodzes tiešās ievades tranzistora statiskie raksturlielumi ( rīsi. 5 ) piesātinājuma apgabals atrodas segmentā 1-2 un segmenta nogriešanas apgabalu 3-4 . Starpreģions starp šiem segmentiem ir reģions 2-3 sauc par aktīvo reģionu. Tas tiek vadīts, kad tranzistors darbojas pastiprinātāja režīmā.
Rīsi. 5 - tranzistora ieejas statiskais raksturlielums
Lai būtu vieglāk atcerēties barošanas avota pieslēgšanas polaritāti un vadības signāla spriegumu, pievērsiet uzmanību emitētāja bultiņai. Tas norāda strāvas plūsmas virzienu ( att.6 ).
Rīsi. 6 - strāvas plūsmas ceļš caur tranzistora slēdzi
Tranzistora slēdža parametru aprēķins
Atslēgas darbības piemēram mēs izmantosim LED kā slodzi. Tās savienojuma shēma ir parādīta rīsi. 7 . Pievērsiet uzmanību pieslēgšanas barošanas blokiem un gaismas diodes polaritātei dažādu pusvadītāju konstrukciju tranzistoros.
Rīsi. 7 - Shēmas LED savienošanai ar tranzistoru slēdžiem
Aprēķināsim uz tranzistora izgatavota tranzistora slēdža galvenos parametrus n — lpp — n veids. Iegūsim šādus sākotnējos datus:
- sprieguma kritums pāri LED Δ UVD = 2 V;
— nominālā strāva LED esVD= 10 mA;
- barošanas spriegums Uun(atzīmēts diagrammā Uke) = 9 V;
- ieejas signāla spriegums Usaule= 1,6 V.
Tagad vēlreiz aplūkosim diagrammu, kas parādīta attēlā rīsi. 7 . Kā redzam, atliek noteikt rezistoru pretestību bāzes un kolektoru ķēdēs. Tranzistors var izvēlēties jebkuru bipolāru atbilstošu pusvadītāju struktūru. Ņemiet, piemēram, padomju tranzistoru n — lpp — n veids MP111B.
Pretestības aprēķins tranzistora kolektora ķēdē
Pretestība kolektora ķēdē ir paredzēta, lai ierobežotu strāvu, kas plūst caur LED. VD , kā arī paša tranzistora aizsardzībai pret pārslodzi. Kopš tranzistora atvēršanas strāvu tā ķēdē ierobežos tikai gaismas diodes pretestība VD un rezistors R uz .
Definēsim pretestību R uz . Tas ir vienāds ar sprieguma kritumu tajā Δ U R uz dalīts ar strāvu kolektora ķēdē es uz :
Tātad sākotnēji mēs uzstādījām kolektoru - tā ir gaismas diodes nominālā strāva. Tas nedrīkst pārsniegt es k=10mA .
Tagad atrodiet sprieguma kritumu visā rezistorā R uz . Tas ir vienāds ar strāvas padeves spriegumu U un (U ke ) mīnus sprieguma kritums pāri LED Δ U VD un atskaitot sprieguma kritumu tranzistorā ΔU ke :
Sprieguma kritums uz gaismas diodes, kā arī strāvas avota spriegums ir sākotnēji iestatīts un ir vienāds ar attiecīgi 0,2 V un 9 V. Sprieguma kritums tranzistoram MP111B, kā arī citiem padomju tranzistoriem tiek pieņemts aptuveni 0,2 V. Mūsdienu tranzistoriem (piemēram, BC547, BC549, N2222 un citiem) sprieguma kritums ir aptuveni 0,05 V un mazāks.
Sprieguma kritumu tranzistorā var izmērīt, kad tas ir pilnībā ieslēgts, starp kolektora un emitera spailēm, un tālāk labot aprēķinu. Bet, kā redzēsim vēlāk, kolektora pretestību var izvēlēties ar vienkāršāku metodi.
Pretestība kolektora ķēdē ir:
Pretestības aprēķins tranzistora bāzes ķēdē
Tagad mums ir jānosaka pamatnes pretestība R b . Tas ir vienāds ar sprieguma kritumu pašā pretestībā. ΔURb dalīts ar bāzes strāvu es b :
Sprieguma kritums tranzistora pamatnē ir vienāds ar ieejas signāla spriegumu Uvs mīnus sprieguma kritums pāri bāzes-emitera krustojumam ΔUbe . Ieejas signāla spriegums ir iestatīts sākotnējos datos un ir vienāds ar 1,6 V. Sprieguma kritums starp bāzi un emitētāju ir aptuveni 0,6 V.
Tālāk atrodiet bāzes strāvu Ib . Tas ir vienāds ar kolektora strāvu Ib dalīts ar tranzistora strāvas pastiprinājumu β . Katra tranzistora pastiprinājums ir norādīts datu lapās vai atsauces grāmatās. Vēl vieglāk zināt nozīmi β jūs varat izmantot multimetru. Pat visvienkāršākajam multimetram ir šāda funkcija. Šim tranzistoram β=30 . Mūsdienu tranzistoriem β vienāds ar aptuveni 300 ... 600 vienībām.
Tagad mēs varam atrast nepieciešamo bāzes pretestību.
Tādējādi, izmantojot iepriekš minēto metodiku, jūs varat viegli noteikt nepieciešamās rezistoru vērtības bāzes un kolektora ķēdēs. Tomēr jāatceras, ka aprēķinātie dati ne vienmēr ļauj precīzi noteikt rezistoru vērtības. Tāpēc labāk ir eksperimentāli veikt precīzāku atslēgas regulēšanu, un aprēķini ir nepieciešami tikai sākotnējai aplēsei, tas ir, tie palīdz sašaurināt rezistoru vērtību izvēles diapazonu.
Lai noteiktu rezistoru vērtības, jums ir nepieciešams virknē savienot ar bāzes un kolektora rezistoriem mainīgais rezistors un mainot tā vērtību, lai iegūtu vajadzīgās bāzes un kolektora strāvu vērtības ( rīsi. astoņi ).
Rīsi. 8 - Shēma mainīgo rezistoru ieslēgšanai
Ieteikumi tranzistoru izvēlei elektroniskajām atslēgām
- Arī spriegums pie bāzes piesātinājuma režīmā nedrīkst būt zemāks par minimālo vērtību, pretējā gadījumā tranzistora slēdzis darbosies nestabili.
Nominālajam spriegumam starp kolektoru un emitētāju, ko norādījis ražotājs, jābūt lielākam par barošanas avota spriegumu.
Kolektora nominālajai strāvai, ko arī norāda ražotājs, jābūt lielākai par slodzes strāvu.
Ir jānodrošina, lai tranzistora pamatnes strāva un spriegums nepārsniegtu pieļaujamās vērtības.