Tranzistorsko elektronsko stikalo - princip delovanja in shema

V impulznih napravah pogosto najdete tranzistorska stikala. Tranzistorska stikala najdemo v flip-flopih, stikalih, multivibratorjih, blokirnih generatorjih in drugih elektronskih vezjih. V vsakem tokokrogu tranzistorsko stikalo opravlja svojo funkcijo in glede na način delovanja tranzistorja se lahko spreminja celotno vezje stikala, vendar je osnovna shema tranzistorskega stikala naslednja:

Obstaja več osnovnih načinov delovanja tranzistorskega stikala: običajni aktivni način, način nasičenja, način izklopa in aktivni obratni način. Čeprav je vezje s tranzistorskim stikalom v bistvu običajno vezje ojačevalnika tranzistorjev z oddajnikom, se to vezje po funkciji in načinu razlikuje od običajnega ojačevalnika.

V ključni aplikaciji tranzistor služi kot hitro stikalo, glavni statični stanji pa sta dve: tranzistor je izklopljen in tranzistor je vklopljen. Zapahnjeno stanje — Odprto stanje, ko je tranzistor v načinu izklopa.Zaprto stanje - stanje nasičenosti tranzistorja ali stanje blizu nasičenosti, v katerem stanju je tranzistor odprt. Ko tranzistor preklopi iz enega stanja v drugo, gre za aktivni način, v katerem so procesi v kaskadi nelinearni.

Statična stanja so opisana glede na statične karakteristike tranzistorja. Obstajata dve značilnosti: izhodna družina — odvisnost kolektorskega toka od napetosti kolektor-emiter in vhodna družina — odvisnost baznega toka od napetosti baza-emiter.

Za način izklopa je značilno prednapetje dveh pn-stikov tranzistorja v nasprotni smeri, obstaja pa globoko in plitvo izrezovanje. Globoka razčlenitev je, ko je napetost, ki se uporablja na stičiščih, 3-5-krat višja od praga in ima nasprotno polarnost od delovne. V tem stanju je tranzistor odprt in tokovi na njegovih elektrodah so izjemno majhni.

V plitvem prelomu je napetost, uporabljena na eni od elektrod, nižja in elektrodni tokovi so višji kot pri globokem prelomu, zaradi česar so tokovi že odvisni od uporabljene napetosti glede na spodnjo krivuljo družine izhodnih karakteristik. , se ta krivulja imenuje "mejna karakteristika" ...

Na primer, izvedli bomo poenostavljen izračun za ključni način tranzistorja, ki bo deloval na uporovno obremenitev. Tranzistor bo dolgo časa ostal samo v enem od dveh osnovnih stanj: popolnoma odprt (nasičenost) ali popolnoma zaprt (cutoff).

Naj bo obremenitev tranzistorja tuljava releja SRD-12VDC-SL-C, katere upor tuljave pri nazivni napetosti 12 V bo 400 ohmov.Zanemarjamo induktivno naravo relejske tuljave, pustimo, da razvijalci zagotovijo dušilec zvoka za zaščito pred prehodnimi emisijami, vendar bomo izračunali na podlagi dejstva, da se bodo releji vklopili enkrat in za zelo dolgo časa. Kolektorski tok najdemo po formuli:

Ik = (Upit-Ukenas) / Rn.

Kje: Ik - enosmerni tok kolektorja; Usup — napajalna napetost (12 voltov); Ukenas - napetost nasičenja bipolarnega tranzistorja (0,5 volta); Rn - odpornost na obremenitev (400 Ohm).

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

Za zvestobo vzemimo tranzistor z rezervo za omejevalni tok in omejevalno napetost. Primeren bo BD139 v paketu SOT-32. Ta tranzistor ima parametre Ikmax = 1,5 A, Ukemax = 80 V. Tam bo dobra marža.

Za zagotovitev kolektorskega toka 28,7 mA je treba zagotoviti ustrezen bazni tok, ki ga določimo s formulo: Ib = Ik / h21e, kjer je h21e statični koeficient prehoda toka.

Sodobni multimetri vam omogočajo merjenje tega parametra, v našem primeru pa je bil 50. Torej Ib = 0,0287 / 50 = 574 μA. Če vrednost koeficienta h21e ni znana, lahko za zanesljivost vzamete najmanjšo vrednost iz dokumentacije za ta tranzistor.

Za določitev zahtevane vrednosti osnovnega upora. Napetost nasičenja glavnega oddajnika je 1 volt. To pomeni, da če se krmiljenje izvaja s signalom iz izhoda logičnega mikrovezja, katerega napetost je 5 V, potem za zagotovitev potrebnega osnovnega toka 574 μA, s padcem pri prehodu 1 V, dobimo :

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

Izberimo manjšo stran (da bo tok popolnoma zadostoval) standardnega serijskega upora 6,8 kOhm.

AMPAK, da bo tranzistor preklopil hitreje in bo delovanje zanesljivo, bomo med bazo in emiterjem uporabili dodaten upor R2, na katerega bo padla nekaj moči, kar pomeni, da je treba zmanjšati upornost tranzistorja. upor R1. Vzemimo R2 = 6,8 kΩ in prilagodimo vrednost R1:

R1 = (Uin-Ubenas) / (Ib + I (preko upora R2) = (Uin-Ubenas) / (Ib + Ubenas / R2)

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

Naj bo R1 = 5,1 kΩ in R2 = 6,8 kΩ.

Izračunajmo stikalne izgube: P = Ik * Ukenas = 0,0287 * 0,5 = 0,014 W. Tranzistor ne potrebuje hladilnega telesa.