Transistor elektronische schakelaar - werkingsprincipe en schema

In pulsapparaten vind je vaak transistorschakelaars. Transistorschakelaars zijn te vinden in flip-flops, schakelaars, multivibrators, blokkeergeneratoren en andere elektronische circuits. In elk circuit vervult de transistorschakelaar zijn functie en afhankelijk van de werkingsmodus van de transistor kan het circuit van de schakelaar als geheel veranderen, maar het basisschema van de transistorschakelaar is als volgt:

Er zijn verschillende basismodi van een transistorschakelaar: normale actieve modus, verzadigingsmodus, uitschakelmodus en actieve omgekeerde modus. Hoewel het transistorschakelcircuit in wezen een versterkercircuit met een gemeenschappelijke emittertransistor is, verschilt dit circuit qua functie en modus van een typische versterker.

In een sleuteltoepassing dient de transistor als een snelle schakelaar en zijn de belangrijkste statische toestanden twee: de transistor is uit en de transistor is aan. Latched State - Open status wanneer de transistor in de uitschakelmodus staat.Gesloten toestand - de verzadigingstoestand van de transistor of een toestand die dicht bij verzadiging ligt, in welke toestand de transistor open is. Wanneer de transistor van de ene toestand naar de andere overschakelt, is dit een actieve modus waarin de processen in de cascade niet-lineair zijn.

Statische toestanden worden beschreven volgens de statische eigenschappen van de transistor. Er zijn twee kenmerken: de uitgangsfamilie - de afhankelijkheid van de collectorstroom van de collector-emitterspanning en de ingangsfamilie - de afhankelijkheid van de basisstroom van de basis-emitterspanning.

De afsnijmodus wordt gekenmerkt door de voorspanning van de twee pn-overgangen van de transistor in de tegenovergestelde richting, en er is een diepe afsnijding en een ondiepe afsnijding. Een diepe storing is wanneer de spanning die op de knooppunten wordt toegepast 3-5 keer hoger is dan de drempel en de tegenovergestelde polariteit heeft dan de werkende. In deze toestand is de transistor open en zijn de stromen bij de elektroden extreem klein.

Bij een ondiepe breuk is de spanning op een van de elektroden lager en zijn de elektrodestromen hoger dan bij een diepe breuk, met als resultaat dat de stromen al afhankelijk zijn van de aangelegde spanning volgens de onderste curve van de uitgangskarakteristiekenfamilie , wordt deze curve de «begrenzingskarakteristiek» genoemd ...

We zullen bijvoorbeeld een vereenvoudigde berekening uitvoeren voor de sleutelmodus van de transistor die op een weerstandsbelasting zal werken. Een transistor blijft lange tijd in slechts één van de twee basistoestanden: volledig open (verzadiging) of volledig gesloten (cutoff).

Laat de transistorbelasting de spoel zijn van het relais SRD-12VDC-SL-C, waarvan de spoelweerstand bij nominale 12 V 400 ohm zal zijn.We negeren de inductieve aard van de relaisspoel, laten de ontwikkelaars een geluiddemper leveren om te beschermen tegen voorbijgaande emissies, maar we zullen berekenen op basis van het feit dat de relais een keer en voor een zeer lange tijd zullen worden ingeschakeld. We vinden de collectorstroom met de formule:

Ik = (Upit-Ukenas) / Rn.

Waar: Ik — gelijkstroom van de collector; Usup — voedingsspanning (12 volt); Ukenas - verzadigingsspanning van de bipolaire transistor (0,5 volt); Rn — belastingsweerstand (400 Ohm).

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

Laten we voor de getrouwheid een transistor nemen met een marge voor de beperkende stroom en de beperkende spanning. Een BD139 in een SOT-32-pakket is voldoende. Deze transistor heeft parameters Ikmax = 1,5 A, Ukemax = 80 V. Er zal een goede marge zijn.

Om een ​​collectorstroom van 28,7 mA te leveren, moet een geschikte basisstroom worden geleverd.De basisstroom wordt bepaald door de formule: Ib = Ik / h21e, waarbij h21e de statische stroomoverdrachtscoëfficiënt is.

Met moderne multimeters kun je deze parameter meten, en in ons geval was het 50. Dus Ib = 0,0287 / 50 = 574 μA. Als de waarde van de coëfficiënt h21e onbekend is, kunt u voor betrouwbaarheid het minimum uit de documentatie voor deze transistor halen.

Om de vereiste waarde van de basisweerstand te bepalen. De verzadigingsspanning van de hoofdzender is 1 volt. Dit betekent dat als de besturing wordt uitgevoerd door een signaal van de uitgang van een logische microschakeling, waarvan de spanning 5 V is, om de noodzakelijke basisstroom van 574 μA te leveren, met een daling bij een overgang van 1 V, krijgen we :

R1 = (Uin-Ubenas) / Ib = (5-1) / 0.000574 = 6968 Ohm

Laten we de kleinere kant kiezen (zodat de stroom volledig voldoende is) van de standaard serie 6,8 kOhm-weerstand.

MAAR, om de transistor sneller te laten schakelen en de werking betrouwbaar te laten zijn, zullen we een extra weerstand R2 gebruiken tussen de basis en de emitter, en er zal wat stroom op vallen, wat betekent dat het nodig is om de weerstand van de weerstand R1. Laten we R2 = 6,8 kΩ nemen en de waarde van R1 aanpassen:

R1 = (Uin-Ubenas) / (Ib + I (via weerstand R2) = (Uin-Ubenas) / (Ib + Ubenas / R2)

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

Laat R1 = 5,1 kΩ en R2 = 6,8 kΩ.

Laten we de schakelverliezen berekenen: P = Ik * Ukenas = 0,0287 * 0,5 = 0,014 W. De transistor heeft geen koellichaam nodig.