Tranzystorowy przełącznik elektroniczny - zasada działania i schemat

W urządzeniach impulsowych często można znaleźć przełączniki tranzystorowe. Przełączniki tranzystorowe znajdują się w przerzutnikach, przełącznikach, multiwibratorach, generatorach blokujących i innych obwodach elektronicznych. W każdym obwodzie przełącznik tranzystorowy spełnia swoją funkcję iw zależności od trybu pracy tranzystora obwód przełącznika jako całości może się zmieniać, ale podstawowy schemat przełącznika tranzystorowego jest następujący:

Istnieje kilka podstawowych trybów pracy przełącznika tranzystorowego: normalny tryb aktywny, tryb nasycenia, tryb odcięcia i aktywny tryb odwrócony. Chociaż obwód przełącznika tranzystorowego jest w zasadzie obwodem wzmacniacza tranzystorowego ze wspólnym emiterem, obwód ten różni się funkcją i trybem od typowego wzmacniacza.

W kluczowym zastosowaniu tranzystor służy jako szybki przełącznik, a główne stany statyczne to dwa: tranzystor jest wyłączony i tranzystor jest włączony. Stan zatrzaśnięty — Stan otwarty, gdy tranzystor jest w trybie odcięcia.Stan zamknięty - stan nasycenia tranzystora lub stan zbliżony do nasycenia, w którym tranzystor jest otwarty. Kiedy tranzystor przełącza się z jednego stanu do drugiego, jest to tryb aktywny, w którym procesy w kaskadzie są nieliniowe.

Stany statyczne są opisane zgodnie z charakterystyką statyczną tranzystora. Istnieją dwie charakterystyki: rodzina wyjściowa — zależność prądu kolektora od napięcia kolektor-emiter oraz rodzina wejść — zależność prądu bazy od napięcia baza-emiter.

Tryb odcięcia charakteryzuje się polaryzacją dwóch złącz pn tranzystora w przeciwnym kierunku i występuje głębokie odcięcie i płytkie odcięcie. Głębokie przebicie ma miejsce, gdy napięcie przyłożone do złączy jest 3-5 razy wyższe niż próg i ma biegunowość przeciwną do roboczej. W tym stanie tranzystor jest otwarty, a prądy na jego elektrodach są bardzo małe.

W przypadku przerwy płytkiej napięcie przyłożone do jednej z elektrod jest niższe, a prądy elektrodowe wyższe niż w przypadku przerwy głębokiej, w wyniku czego prądy są już zależne od przyłożonego napięcia zgodnie z dolną krzywą rodziny charakterystyk wyjściowych , ta krzywa nazywana jest „charakterystyką graniczną”…

Na przykład wykonamy uproszczone obliczenia dla trybu klucza tranzystora, który będzie działał na obciążeniu rezystancyjnym. Tranzystor pozostanie przez długi czas tylko w jednym z dwóch podstawowych stanów: całkowicie otwarty (nasycenie) lub całkowicie zamknięty (odcięcie).

Niech obciążeniem tranzystora będzie cewka przekaźnika SRD-12VDC-SL-C, którego rezystancja cewki przy nominalnym napięciu 12 V wyniesie 400 omów.Ignorujemy indukcyjny charakter cewki przekaźnika, pozwalamy programistom zapewnić tłumik chroniący przed emisjami przejściowymi, ale będziemy obliczać na podstawie faktu, że przekaźniki włączą się raz i na bardzo długi czas. Prąd kolektora znajdujemy według wzoru:

Ik = (Upit-Ukenas) / Rn.

gdzie: Ik — prąd stały kolektora; Usup — napięcie zasilania (12 woltów); Ukenas — napięcie nasycenia tranzystora bipolarnego (0,5 V); Rn — rezystancja obciążenia (400 omów).

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

Dla wierności weźmy tranzystor z marginesem dla ograniczającego prądu i ograniczającego napięcia. BD139 w obudowie SOT-32 wystarczy. Ten tranzystor ma parametry Ikmax = 1,5 A, Ukemax = 80 V. Będzie dobry margines.

Aby zapewnić prąd kolektora 28,7 mA należy zapewnić odpowiedni prąd bazowy Prąd bazowy określa wzór: Ib = Ik / h21e, gdzie h21e jest statycznym współczynnikiem przenoszenia prądu.

Nowoczesne multimetry pozwalają zmierzyć ten parametr, aw naszym przypadku było to 50. Więc Ib = 0,0287 / 50 = 574 μA. Jeśli wartość współczynnika h21e jest nieznana, dla niezawodności można wziąć minimum z dokumentacji tego tranzystora.

Aby określić wymaganą wartość rezystora bazowego. Napięcie nasycenia głównego emitera wynosi 1 wolt. Oznacza to, że jeśli sterowanie odbywa się za pomocą sygnału z wyjścia mikroukładu logicznego, którego napięcie wynosi 5 V, to aby zapewnić niezbędny prąd podstawowy 574 μA, ze spadkiem przy przejściu 1 V, otrzymujemy :

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

Wybierzmy mniejszą stronę (tak, aby prąd był w pełni wystarczający) standardowego rezystora serii 6,8 kOhm.

ALE aby tranzystor przełączał się szybciej i praca była niezawodna, zastosujemy dodatkowy rezystor R2 między bazą a emiterem i spadnie na niego trochę mocy, co oznacza, że ​​konieczne jest zmniejszenie rezystancji rezystor R1. Weźmy R2 = 6,8 kΩ i dostosujmy wartość R1:

R1 = (Uin-Ubenas) / (Ib + I (przez rezystor R2) = (Uin-Ubenas) / (Ib + Ubenas / R2)

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

Niech R1 = 5,1 kΩ i R2 = 6,8 kΩ.

Obliczmy straty przełączania: P = Ik * Ukenas = 0,0287 * 0,5 = 0,014 W. Tranzystor nie potrzebuje radiatora.