Comutator electronic cu tranzistori - Principiul de funcționare și schematică

În dispozitivele cu impulsuri puteți găsi adesea comutatoare cu tranzistori. Comutatoarele cu tranzistori se găsesc în flip-flop, întrerupătoare, multivibratoare, generatoare de blocare și alte circuite electronice. În fiecare circuit, comutatorul tranzistorului își îndeplinește funcția și, în funcție de modul de funcționare al tranzistorului, circuitul comutatorului în ansamblu se poate schimba, dar schema de bază a comutatorului tranzistorului este următoarea:

Există mai multe moduri de bază de funcționare a unui comutator tranzistor: modul activ normal, modul de saturație, modul de oprire și modul invers activ. Deși circuitul comutatorului tranzistorului este practic un circuit amplificator cu tranzistor cu emițător comun, acest circuit diferă ca funcție și mod de un amplificator tipic.

Într-o aplicație cheie, tranzistorul servește ca un comutator rapid, iar principalele stări statice sunt două: tranzistorul este oprit și tranzistorul este pornit. Stare blocată — Stare deschisă când tranzistorul este în modul de întrerupere.Stare închisă - starea de saturație a tranzistorului sau o stare apropiată de saturație, în care stare tranzistorul este deschis. Când tranzistorul trece de la o stare la alta, este un mod activ în care procesele din cascadă sunt neliniare.

Stările statice sunt descrise în funcție de caracteristicile statice ale tranzistorului. Există două caracteristici: familia de ieșire — dependența curentului colectorului de tensiunea colector-emițător și familia de intrare — dependența curentului de bază de tensiunea bază-emițător.

Modul de tăiere este caracterizat prin polarizarea celor două joncțiuni pn ale tranzistorului în direcția opusă și există o tăietură profundă și o tăietură superficială. O defecțiune profundă este atunci când tensiunea aplicată joncțiunilor este de 3-5 ori mai mare decât pragul și are polaritatea opusă celei de funcționare. În această stare, tranzistorul este deschis, iar curenții la electrozii săi sunt extrem de mici.

Într-o pauză superficială, tensiunea aplicată unuia dintre electrozi este mai mică, iar curenții electrozilor sunt mai mari decât într-o pauză adâncă, astfel încât curenții sunt deja dependenți de tensiunea aplicată conform curbei inferioare a familiei caracteristice de ieșire. , această curbă se numește „caracteristică limită”...

De exemplu, vom efectua un calcul simplificat pentru modul cheie al tranzistorului care va funcționa pe o sarcină rezistivă. Un tranzistor va rămâne mult timp doar într-una dintre cele două stări de bază: complet deschis (saturație) sau complet închis (decuplare).

Fie ca sarcina tranzistorului să fie bobina releului SRD-12VDC-SL-C, a cărui rezistență a bobinei la 12 V nominale va fi de 400 ohmi.Ignorăm natura inductivă a bobinei releului, lăsăm dezvoltatorii să ofere un amortizor pentru a proteja împotriva emisiilor tranzitorii, dar vom calcula pe baza faptului că releele se vor porni o dată și pentru foarte mult timp. Găsim curentul colectorului prin formula:

Ik = (Upit-Ukenas) / Rn.

Unde: Ik — curent continuu al colectorului; Usup — tensiune de alimentare (12 volți); Ukenas — tensiunea de saturație a tranzistorului bipolar (0,5 volți); Rn — rezistența la sarcină (400 Ohm).

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

Pentru fidelitate, să luăm un tranzistor cu o marjă pentru curentul limită și tensiunea limită. Un BD139 într-un pachet SOT-32 va funcționa. Acest tranzistor are parametrii Ikmax = 1,5 A, Ukemax = 80 V. Va fi o marjă bună.

Pentru a asigura un curent de colector de 28,7 mA, trebuie asigurat un curent de bază adecvat.Curentul de bază este determinat de formula: Ib = Ik / h21e, unde h21e este coeficientul de transfer al curentului static.

Multimetrele moderne vă permit să măsurați acest parametru, iar în cazul nostru a fost 50. Deci Ib = 0,0287 / 50 = 574 μA. Dacă valoarea coeficientului h21e este necunoscută, pentru fiabilitate puteți lua minimul din documentația pentru acest tranzistor.

Pentru a determina valoarea necesară a rezistenței de bază. Tensiunea de saturație a emițătorului principal este de 1 volt. Aceasta înseamnă că, dacă controlul este efectuat de un semnal de la ieșirea unui microcircuit logic, a cărui tensiune este de 5 V, atunci pentru a furniza curentul de bază necesar de 574 μA, cu o scădere la o tranziție de 1 V, obținem :

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

Să alegem partea mai mică (astfel încât curentul să fie pe deplin suficient) a rezistenței standard de 6,8 kOhm.

DAR, pentru ca tranzistorul să comute mai repede și ca funcționarea să fie fiabilă, vom folosi un rezistor suplimentar R2 între bază și emițător și o oarecare putere va cădea asupra acestuia, ceea ce înseamnă că este necesar să reducem rezistența rezistenta R1. Să luăm R2 = 6,8 kΩ și să ajustem valoarea lui R1:

R1 = (Uin-Ubenas) / (Ib + I (prin rezistorul R2) = (Uin-Ubenas) / (Ib + Ubenas / R2)

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

Fie R1 = 5,1 kΩ și R2 = 6,8 kΩ.

Să calculăm pierderile de comutare: P = Ik * Ukenas = 0,0287 * 0,5 = 0,014 W. Tranzistorul nu are nevoie de radiator.