Tranzistors atslēgas režīmā? Kāda vēl atslēga? Kā šis?
Vai tas varētu būt šādi?
Lādes atslēga ir vairāk vai mazāk līdzīga patiesībai, jo tā aizslēdz un atslēdz lādi, taču joprojām ir tālu no patiesības.
Pirms tam, kad nebija īpaši jaudīgu datoru un īpaši ātrgaitas interneta, ziņas tika pārsūtītas, izmantojot Morzes ābeci. Morzes kodā tika izmantotas trīs rakstzīmes: punkts, domuzīme un ... pauze. Lai pārraidītu ziņojumus lielos attālumos, tika izmantota tā sauktā telegrāfa ATSLĒGA.
Viņi nospieda lielo melno pipočku - strāva skrēja, izspieda to - ķēde izrādījās atvērta un strāva pārstāja tecēt. VISI! Tas ir, mainot pip nospiešanas ātrumu un ilgumu, varam iekodēt jebkuru ziņojumu ;-) Spied pip - ir signāls, spied pip - signāla nav.
Tiek saukta atslēga, kas samontēta uz tranzistora tranzistora atslēga. tranzistora atslēga veic tikai divi operācijas: in ATSLĒGAēno un tu ATSLĒGA eno, starprežīmu starp "ieslēgts" un "izslēgts" mēs aplūkosim nākamajās nodaļās. To pašu funkciju pilda arī elektromagnētiskais relejs, taču tā pārslēgšanas ātrums mūsdienu elektronikas ziņā ir ļoti mazs, un pārslēgšanas kontakti ātri nolietojas.
Kas ir tranzistora slēdzis? Apskatīsim to tuvāk:
Pazīstama shēma, vai ne? Šeit viss ir elementāri un vienkārši ;-) Pieliekam bāzei vajadzīgā nominālā spriegumu un strāva sāk plūst pa ķēdi no pozitīvās spailes + Bat2 ---> spuldze ---> kolektors ---> emitētājs ---> uz negatīvo spaili Bat2 . Bat2 spriegumam jābūt vienādam ar spuldzes darba spriegumu. Ja tā, tad spuldze izstaro gaismu. Spuldzes vietā var būt kāda cita slodze. Šeit ir nepieciešams rezistors "R", lai ierobežotu vadības strāvas vērtību tranzistora pamatnē. Sīkāk par to rakstīju šajā rakstā.
Bet vai viss ir tik vienkārši, kā šķiet no pirmā acu uzmetiena?
Tātad, atcerēsimies, kādām prasībām vajadzētu būt, lai pilnībā "atvērtu" tranzistoru? Mēs lasām rakstu par bipolārā tranzistora pastiprināšanas principu un atceramies:
1) Lai pilnībā atvērtu tranzistoru, bāzes emitētāja spriegumam jābūt lielākam par 0,6-0,7 voltiem.
Tranzistora atslēga ir digitālo elektronikas ierīču un ļoti daudzu jaudas elektronikas ierīču galvenais elements. Tranzistora slēdža parametri un raksturlielumi ļoti lielā mērā nosaka atbilstošo ķēžu īpašības.
Taustiņi uz bipolāriem tranzistoriem . Vienkāršākā bipolārā tranzistora atslēga, kas savienota saskaņā ar kopējo emitētāja ķēdi, un atbilstošā ieejas sprieguma laika diagramma ir parādīta attēlā. 14.5.
Rīsi. 14.5. Bipolārā tranzistora slēdzis
Apsveriet tranzistora slēdža darbību līdzsvara stāvoklī. Līdz noteiktajam brīdim t 1 tranzistora emitera pāreja ir izslēgta, un tranzistors ir izslēgšanas režīmā. Šajā režīmā i uz =– i b =es uz (es uz- kolektora apgrieztā strāva), i uh≈ 0. u R b ≈u R uz ≈ 0;u bae ≈ –U 2 ;u ke ≈–E uz .
Laika sprīdī t 1 …t 2 tranzistors ir atvērts. Lai spriegums pāri tranzistoram u ke bija minimāls, stress U 1 parasti izvēlas tā, lai tranzistors būtu vai nu piesātinājuma režīmā, vai apmales režīmā, ļoti tuvu piesātinājuma režīmam.
Lauka efekta tranzistoru taustiņi ir zems atlikušais spriegums. Tie var pārslēgt vājus signālus (mikrovoltu vienībās un mazāk). Tas ir sekas tam, ka lauka efekta tranzistoru izejas raksturlielumi iet caur izcelsmi.
Piemēram, attēlosim tranzistora izejas raksturlielumus ar vadības pāreju un kanālu lpp-tipa izcelsmei piegulošajā zonā (14.6. att.).
Rīsi. 14.6. FET ar p-kanālu
Ņemiet vērā, ka raksturlielumi trešajā kvadrantā atbilst dotajiem spriegumiem starp vārtiem un noteci.
Statiskā stāvoklī FET slēdzis patērē ļoti maz vadības strāvas. Tomēr šī strāva palielinās, palielinoties pārslēgšanas frekvencei. Ļoti liela lauka efekta tranzistora taustiņu ieejas pretestība faktiski nodrošina ieejas un izejas ķēžu galvanisko izolāciju. Tas novērš nepieciešamību pēc transformatoriem vadības ķēdēs.
Uz att. 14.7 parāda MIS tranzistora ar inducētu kanālu digitālās atslēgas diagrammu n-tipa un pretestības slodzes un atbilstošās laika diagrammas.
Rīsi. 14.7. FET digitālā atslēga
Diagramma parāda kravnesību NO n, modelējot ar tranzistora slēdzi savienoto ierīču kapacitāti. Acīmredzot, kad ieejas signāls ir nulle, tranzistors ir izslēgts un u si =E Ar. Ja spriegums uin ir lielāks par sliekšņa spriegumu U z.slieksnis tranzistors, tas atveras un spriegums u si samazinās.
Loģiskie elementi
Loģiskais elements (loģiskie vārti) ir elektroniska shēma, kas veic kādu vienkāršu loģisku darbību. Uz att. 14.8 parāda parasto grafisko simbolu piemērus dažiem loģiskiem elementiem.
Rīsi. 14.8. Loģiskie elementi
Loģisko elementu var realizēt kā atsevišķu integrālo shēmu. Bieži vien integrālā shēma satur vairākus loģiskos elementus.
Loģiskie vārti tiek izmantoti digitālajās elektronikas ierīcēs (loģiskās ierīcēs), lai veiktu vienkāršu loģisko signālu pārveidošanu.
Loģisko elementu klasifikācija. Izšķir šādas loģisko elementu klases (tā sauktās loģikas):
rezistoru-tranzistoru loģika (TRL);
diode-tranzistoru loģika (DTL);
tranzistoru-tranzistoru loģika (TTL);
emitera-tranzistoru loģika (ESL);
tranzistoru-tranzistoru loģika ar Šotkija diodēm (TTLSh);
R(R- TIR);
Uz MOSFET balstīta loģika ar tipa kanāliem n(n- TIR);
loģika, kuras pamatā ir MIS tranzistoru (CMOS, CMOS) komplementāras atslēgas;
integrālā iesmidzināšanas loģika I 2 L;
loģika, kuras pamatā ir GaAs gallija arsenīda pusvadītājs.
Šobrīd visplašāk tiek izmantotas šādas loģikas: TTL, TTLSH, CMOS, ESL. Loģiskie elementi un citas digitālās elektroniskās ierīces tiek ražotas kā daļa no mikroshēmu sērijas: 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.
Svarīgākie loģisko elementu parametri:
Veiktspēju raksturo signāla izplatīšanās aizkaves laiks t sp un maksimālā darba frekvence F Maks. Aizkaves laiku parasti nosaka līmeņu atšķirības 0,5 U iekšā un 0,5Δ U Izeja. Maksimālā darba frekvence F Maks ir frekvence, kādā ķēde turpina darboties.
Kravnesību raksturo ievades apvienošanas koeficients Uz par (dažreiz tiek lietots termins "izejas apvienošanas koeficients"). Vērtība Uz par ir loģisko ieeju skaits, vērtība Uz vienreiz – maksimālais skaits līdzīgi loģiskie elementi, kurus var savienot ar šī loģiskā elementa izvadi. To tipiskās nozīmes ir: Uz par =2…8,Uz vienreiz= 4…10. Elementiem ar paaugstinātu kravnesību Uz vienreiz =20…30.
Trokšņu imunitāti statiskā režīmā raksturo spriegums U pst, ko sauc par statiskā trokšņa imunitāti. Tas ir maksimālais pieļaujamais statiskā trokšņa spriegums ieejā, pie kura joprojām nemainās loģiskā elementa izejas līmeņi.
Jauda, ko patērē mikroshēma no strāvas avota. Ja šī jauda ir atšķirīga diviem loģiskiem stāvokļiem, tad bieži tiek norādīts vidējais enerģijas patēriņš šiem stāvokļiem.
Barošanas spriegums.
Ieejas sliekšņa spriegumi augstu un zems līmenis U in.1 slieksnis un U ievade.0 slieksnis, kas atbilst loģiskā elementa stāvokļa izmaiņām.
Augsts un zems izejas spriegums U ārā1 un U out0 .
Tiek izmantoti arī citi parametri.
Dažādu loģiku loģisko elementu iezīmes. Konkrētu mikroshēmu sēriju raksturo tipiskas elektroniskas montāžas - pamata loģikas elementa - izmantošana. Šis elements ir pamats visdažādāko digitālo elektronisko ierīču veidošanai.
Bāzes elements TTL satur vairāku emiteru tranzistoru, kas veic loģisko UN darbību, un komplekso invertoru (14.9. att.).
Rīsi. 14.9. Bāzes elements TTL
Ja vienai vai abām ieejām vienlaikus tiek pielikts zems sprieguma līmenis, tad vairāku emiteru tranzistors ir piesātināts un tranzistors T 2 ir aizvērts, un tāpēc arī tranzistors T 4 ir aizvērts, t.i., izejā būs augsts sprieguma līmenis. . Ja abās ieejās vienlaikus darbojas augsts sprieguma līmenis, tad tranzistors T 2 atveras un pāriet piesātinājuma režīmā, kas noved pie tranzistora T 4 atvēršanas un piesātinājuma un tranzistora T 3 bloķēšanas, t.i. tiek īstenota funkcija UN-NOT. Lai palielinātu TTL elementu ātrumu, tiek izmantoti tranzistori ar diodēm vai Schottky tranzistori.
Pamata loģikas elements TTLSH (uz K555 sērijas piemēra). Kā bāzes elements mikroshēmu sērija K555 lietots elements
UN-NOT (14.10. att., a), un attēlā. 14.10, b parādīts Šotkija tranzistora grafiskais attēlojums.
Rīsi. 14.10. Loģiskais elements TTLSH
Tranzistors VT4 ir parasts bipolārs tranzistors. Ja abi ieejas spriegumi u in1 un u vx2 ir augsts līmenis, tad diodes VD3 un VD4 ir aizvērtas, tranzistori VT1, VT5 ir atvērti un izejas spriegums ir zems. Ja vismaz vienai ieejai ir zema līmeņa spriegums, tad tranzistori VT1 un VT5 ir aizvērti, un tranzistori VT3 un VT4 ir atvērti, un ieejā rodas zema līmeņa spriegums. K555 sērijas TTLSh mikroshēmas raksturo šādi parametri:
barošanas spriegums +5 AT;
zema līmeņa izejas spriegums ne vairāk kā 0,4 AT;
izejas spriegums augsts līmenis vismaz 2,5 AT;
trokšņu noturība - ne mazāka par 0,3 V;
vidējais izplatīšanās aizkaves laiks 20 ns;
maksimālā darba frekvence 25 MHz.
Citu loģiku iezīmes. ESL loģiskā pamata elementa pamatā ir strāvas slēdzis, kura ķēde ir līdzīga diferenciālā pastiprinātāja ķēdei. ESL mikroshēmu darbina negatīvs spriegums (-4 AT K1500 sērijai). Šīs mikroshēmas tranzistori neieslēdzas piesātinājuma režīmā, kas ir viens no ESL elementu lielā ātruma iemesliem.
Mikroshēmās n-MOS un lpp-MOS slēdži tiek izmantoti attiecīgi MOSFET ar n-kanāli un dinamiskā slodze un MOSFET ar lpp- kanāls. Papildu MIS loģiskie elementi (CMOS vai CMOS loģika) tiek izmantoti, lai izslēgtu loģiskā elementa enerģijas patēriņu statiskā stāvoklī.
Loģika, kuras pamatā ir GaAs gallija arsenīda pusvadītājs, raksturojas ar vislielāko ātrumu, kas ir lielas elektronu mobilitātes sekas (3...6 reizes lielāka salīdzinājumā ar silīciju). Mikroshēmas, kuru pamatā ir GaA, var darboties ar frekvencēm, kas ir aptuveni 10 GHz.
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: izolētu vārtu bipolāri tranzistori - 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.
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.
būtība elektroniskā atslēga ir kontrolēt to ar lielu jaudu zemas jaudas signālam.
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.
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 - padomju tranzistors šedevrs, 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.
Maksimālais mikrokontrollera 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 novietot 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.