Електронен ключ на транзистор — принцип на работа и схема

В импулсните устройства често можете да намерите транзисторни ключове. Транзисторните ключове се намират в джапанки, ключове, мултивибратори, блокиращи генератори и други електронни схеми. Във всяка схема транзисторният превключвател изпълнява своята функция и в зависимост от режима на работа на транзистора, веригата на превключвателя като цяло може да се промени, но основната схематична схема на транзисторния превключвател е следната:

Има няколко основни режима на работа на транзисторен превключвател: нормален активен режим, режим на насищане, режим на прекъсване и активен обратен режим. Въпреки че веригата на транзисторния превключвател по принцип е транзисторна усилвателна верига с общ излъчвател, тази схема се различава по функция и режим от типичен усилвател.

В ключово приложение транзисторът служи като бърз превключвател, а основните статични състояния са две: транзисторът е изключен и транзисторът е включен. Заключено състояние — отворено състояние, когато транзисторът е в режим на прекъсване. Затворено състояние — състоянието на насищане на транзистора или състояние, близко до насищането, в това състояние транзисторът е отворен. Когато транзисторът превключва от едно състояние в друго, това е активен режим, при който процесите в каскадата са нелинейни.

Статичните състояния се описват според статичните характеристики на транзистора. Има две характеристики: изходното семейство — зависимостта на тока на колектора от напрежението колектор -емитер и входното семейство — зависимостта на базовия ток от напрежението на базовия емитер.

Режимът на прекъсване се характеризира с изместването на двата pn прехода на транзистора в обратна посока и има дълбоко прекъсване и плитко прекъсване. Дълбоко прекъсване е, когато напрежението, приложено към преходите, е 3-5 пъти по-високо от прага и има полярност, противоположна на работната. В това състояние транзисторът е отворен, а токовете на неговите електроди са изключително малки.

При плитко прекъсване напрежението, приложено към един от електродите, е по -ниско, а токовете на електрода са по -високи, отколкото при дълбоко прекъсване, в резултат на което токовете вече зависят от приложеното напрежение в съответствие с долната крива от семейството на изходни характеристики, тази крива се нарича «гранична характеристика» …

Например, ще извършим опростено изчисление за ключовия режим на транзистора, който ще работи на резистивен товар. Транзисторът ще остане дълго време само в едно от двете основни състояния: напълно отворен (насищане) или напълно затворен (прекъсване).

Нека натоварването на транзистора е намотката на релето SRD-12VDC-SL-C, чието съпротивление на бобината при номинални 12 V ще бъде 400 ома. Пренебрегваме индуктивния характер на намотката на релето, оставяме разработчиците да осигурят шумозаглушител за защита срещу преходни емисии, но ще изчислим въз основа на факта, че релетата ще се включат веднъж и за много дълго време. Намираме тока на колектора по формулата:

Iк = (Upit-Ukenas) / Rн.

Където: Iк — постоянен ток на колектора; Usup — захранващо напрежение (12 волта); Ukenas — напрежение на насищане на биполярния транзистор (0,5 волта); Rн — съпротивление на натоварване (400 Ohm).

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

За вярност, нека вземем транзистор с марж за ограничаващия ток и ограничаващото напрежение. BD139 в пакета SOT-32 ще свърши работа. Този транзистор има параметри Ikmax = 1,5 A, Ukemax = 80 V. Ще има добър марж.

За да се осигури ток на колектора от 28,7 mA, трябва да се осигури подходящ базов ток.Базовият ток се определя по формулата: Ib = Ik / h21e, където h21e е коефициентът на пренос на статичен ток.

Съвременните мултиметри ви позволяват да измерите този параметър, а в нашия случай той беше 50. Така че Ib = 0,0287 / 50 = 574 μA. Ако стойността на коефициента h21e е неизвестна, за надеждност можете да вземете минимума от документацията за този транзистор.

За да се определи необходимата стойност на базовия резистор. Напрежението на насищане на основния излъчвател е 1 волта. Това означава, че ако управлението се осъществява чрез сигнал от изхода на логическа микросхема, чието напрежение е 5 V, тогава за осигуряване на необходимия базов ток от 574 μA, с ​​спад при 1 V преход, получаваме :

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

Нека да изберем по -малката страна (така че токът да е напълно достатъчен) от стандартната серия 6,8 kOhm резистор.

НО, за да може транзисторът да превключи по -бързо и работата да е надеждна, ще използваме допълнителен резистор R2 между основата и емитер, като върху него ще падне известна мощност, което означава, че е необходимо да се намали съпротивлението на резистора R1. Да вземем R2 = 6,8 kΩ и да коригираме стойността на R1:

R1 = (Uin-Ubenas) / (Ib + I (чрез резистор R2) = (Uin-Ubenas) / (Ib + Ubenas / R2)

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

Нека R1 = 5,1 kΩ и R2 = 6,8 kΩ.

Нека изчислим загубите по ключа: P = Ik * Ukenas = 0,0287 * 0,5 = 0,014 W. Транзисторът не се нуждае от радиатор.