Transistori elektroninen kytkin - Toimintaperiaate ja kaavio

Pulssilaitteista löytyy usein transistorikytkimiä. Transistorikytkimiä löytyy kiikkuista, kytkimistä, multivibraattoreista, estogeneraattoreista ja muista elektronisista piireistä. Jokaisessa piirissä transistorikytkin suorittaa tehtävänsä, ja transistorin toimintatilasta riippuen kytkimen piiri kokonaisuudessaan voi muuttua, mutta transistorikytkimen peruskaavio on seuraava:

Transistorikytkimen perustoimintatiloja on useita: normaali aktiivinen tila, kyllästystila, katkaisutila ja aktiivinen käänteinen tila. Vaikka transistorikytkinpiiri on pohjimmiltaan yleinen emitteritransistorivahvistinpiiri, tämä piiri eroaa toiminnaltaan ja tilaltaan tyypillisestä vahvistimesta.

Avainsovelluksessa transistori toimii nopeana kytkimenä, ja staattisia päätiloja on kaksi: transistori on pois päältä ja transistori päällä. Lukitustila — Avoin tila, kun transistori on katkaisutilassa.Suljettu tila - transistorin kyllästystila tai lähellä kylläisyyttä oleva tila, jossa transistori on auki. Kun transistori vaihtaa tilasta toiseen, se on aktiivinen tila, jossa kaskadin prosessit ovat epälineaarisia.

Staattiset tilat kuvataan transistorin staattisten ominaisuuksien mukaan. Ominaisuuksia on kaksi: lähtöperhe — kollektorivirran riippuvuus kollektori-emitterijännitteestä ja tuloperhe — kantavirran riippuvuus kanta-emitterijännitteestä.

Katkaisumoodille on tunnusomaista transistorin kahden pn-liitoksen esijännitys vastakkaiseen suuntaan, ja siinä on syvä katkaisu ja matala katkaisu. Syvä rikkoutuminen on, kun liitoksiin syötetty jännite on 3-5 kertaa suurempi kuin kynnys ja sen napaisuus on päinvastainen kuin käyttöjännite. Tässä tilassa transistori on auki, ja sen elektrodien virrat ovat erittäin pieniä.

Matalan katkoksen aikana yhteen elektrodista syötetty jännite on pienempi ja elektrodivirrat suurempia kuin syvässä katkossa, jolloin virrat ovat jo riippuvaisia ​​käytetystä jännitteestä lähtöominaiskäyrän alemman käyrän mukaan. , tätä käyrää kutsutaan "rajoittavaksi ominaispiirteeksi" ...

Suoritamme esimerkiksi yksinkertaistetun laskelman resistiivisellä kuormalla toimivan transistorin avainmoodille. Transistori pysyy pitkään vain toisessa kahdesta perustilasta: täysin auki (saturaatio) tai täysin kiinni (cutoff).

Olkoon transistorikuorma releen SRD-12VDC-SL-C käämi, jonka kelan resistanssi nimellisjännitteellä 12 V on 400 ohmia.Jätämme huomiotta relekelan induktiivisen luonteen, anna kehittäjien tarjota äänenvaimennin, joka suojaa ohimeneviltä päästöiltä, ​​mutta laskemme sen perusteella, että releet käynnistyvät kerran ja erittäin pitkään. Löydämme kollektorivirran kaavasta:

Ik = (Upit-Ukenas) / Rn.

Missä: Ik — kollektorin tasavirta; Usup — syöttöjännite (12 volttia); Ukenas - bipolaarisen transistorin kyllästysjännite (0,5 volttia); Rn — kuormitusvastus (400 ohm).

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

Otetaan tarkkuuden vuoksi transistori, jolla on marginaali rajoitusvirralle ja rajajännitteelle. SOT-32-paketissa oleva BD139 käy. Tämän transistorin parametrit Ikmax = 1,5 A, Ukemax = 80 V. Siellä on hyvä marginaali.

28,7 mA:n kollektorivirran aikaansaamiseksi on oltava sopiva kantavirta, joka määritetään kaavalla: Ib = Ik / h21e, jossa h21e on staattinen virransiirtokerroin.

Nykyaikaisten yleismittarien avulla voit mitata tämän parametrin, ja meidän tapauksessamme se oli 50. Joten Ib = 0,0287 / 50 = 574 μA. Jos kertoimen h21e arvoa ei tunneta, luotettavuuden vuoksi voit ottaa tämän transistorin dokumentaatiosta vähimmäisarvon.

Vaaditun kantavastuksen arvon määrittäminen. Pääemitterin kyllästysjännite on 1 voltti. Tämä tarkoittaa, että jos ohjaus suoritetaan signaalilla loogisen mikropiirin lähdöstä, jonka jännite on 5 V, niin tarvittavan 574 μA:n perusvirran saamiseksi 1 V:n siirtymävaiheessa saadaan :

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

Valitaan standardisarjan 6,8 kOhm vastuksen pienempi puoli (jotta virta on täysin riittävä).

MUTTA, jotta transistori muuttuisi nopeammin ja toiminta olisi luotettavaa, käytämme ylimääräistä vastusta R2 kannan ja emitterin välissä, ja siihen putoaa jonkin verran tehoa, mikä tarkoittaa, että on tarpeen pienentää resistanssia. vastus R1. Otetaan R2 = 6,8 kΩ ja säädetään R1:n arvoa:

R1 = (Uin-Ubenas) / (Ib + I (vastuksen R2 kautta) = (Uin-Ubenas) / (Ib + Ubenas / R2)

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

Olkoon R1 = 5,1 kΩ ja R2 = 6,8 kΩ.

Lasketaan kytkinhäviöt: P = Ik * Ukenas = 0,0287 * 0,5 = 0,014 W. Transistori ei tarvitse jäähdytyselementtiä.