Tranzistorový elektronický spínač - princíp činnosti a schéma

V impulzných zariadeniach často nájdete tranzistorové spínače. Tranzistorové spínače sa nachádzajú v klopných obvodoch, spínačoch, multivibrátoroch, blokovacích generátoroch a iných elektronických obvodoch. V každom obvode plní svoju funkciu tranzistorový spínač a v závislosti od prevádzkového režimu tranzistora sa obvod spínača ako celku môže meniť, ale základná schéma tranzistorového spínača je nasledovná:

Existuje niekoľko základných režimov činnosti tranzistorového spínača: normálny aktívny režim, režim nasýtenia, režim cut-off a aktívny reverzný režim. Hoci obvod tranzistorového spínača je v podstate obvod zosilňovača tranzistora so spoločným emitorom, tento obvod sa líši vo funkcii a režime od typického zosilňovača.

V kľúčovej aplikácii tranzistor slúži ako rýchly spínač a hlavné statické stavy sú dva: tranzistor je vypnutý a tranzistor je zapnutý. Latched State — Otvorený stav, keď je tranzistor v režime cutoff.Uzavretý stav - stav saturácie tranzistora alebo stav blízky saturácii, v ktorom je tranzistor otvorený. Keď sa tranzistor prepne z jedného stavu do druhého, ide o aktívny režim, v ktorom sú procesy v kaskáde nelineárne.

Statické stavy sú opísané podľa statických charakteristík tranzistora. Existujú dve charakteristiky: výstupná skupina — závislosť kolektorového prúdu od napätia kolektor-emitor a vstupná skupina — závislosť základného prúdu od napätia báza-emitor.

Režim cutoff je charakterizovaný predpätím dvoch pn prechodov tranzistora v opačnom smere a existuje hlboké obmedzenie a plytké obmedzenie. Hlboké zlyhanie je, keď napätie aplikované na križovatky je 3-5 krát vyššie ako prahová hodnota a má opačnú polaritu ako prevádzková. V tomto stave je tranzistor otvorený a prúdy na jeho elektródach sú extrémne malé.

Pri plytkom prerušení je napätie aplikované na jednu z elektród nižšie a elektródové prúdy sú vyššie ako pri hlbokom prerušení, takže prúdy sú už závislé od použitého napätia podľa spodnej krivky skupiny výstupných charakteristík. Táto krivka sa nazýva „obmedzujúca charakteristika“ ...

Napríklad vykonáme zjednodušený výpočet pre kľúčový režim tranzistora, ktorý bude pracovať na odporovej záťaži. Tranzistor zostane dlhý čas iba v jednom z dvoch základných stavov: úplne otvorený (saturácia) alebo úplne zatvorený (cutoff).

Nech je záťažou tranzistora cievka relé SRD-12VDC-SL-C, ktorej odpor cievky pri nominálnom napätí 12 V bude 400 ohmov.Ignorujeme indukčný charakter cievky relé, vývojári nech poskytnú tlmič na ochranu pred prechodnými emisiami, ale budeme počítať na základe skutočnosti, že relé sa zopnú raz a na veľmi dlhú dobu. Kolektorový prúd nájdeme podľa vzorca:

Ik = (Upit-Ukenas) / Rn.

Kde: Ik - jednosmerný prúd kolektora; Usup — napájacie napätie (12 voltov); Ukenas — saturačné napätie bipolárneho tranzistora (0,5 voltu); Rn — záťažový odpor (400 Ohm).

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

Pre vernosť si zoberme tranzistor s rezervou pre obmedzujúci prúd a obmedzujúce napätie. Postačí BD139 v balení SOT-32. Tento tranzistor má parametre Ikmax = 1,5 A, Ukemax = 80 V. Bude tam dobrá rezerva.

Na zabezpečenie kolektorového prúdu 28,7 mA je potrebné zabezpečiť vhodný prúd bázy. Základný prúd je určený vzorcom: Ib = Ik / h21e, kde h21e je koeficient prenosu statického prúdu.

Moderné multimetre umožňujú merať tento parameter av našom prípade to bolo 50. Takže Ib = 0,0287 / 50 = 574 μA. Ak je hodnota koeficientu h21e neznáma, pre spoľahlivosť si môžete vziať minimum z dokumentácie k tomuto tranzistoru.

Na určenie požadovanej hodnoty základného odporu. Saturačné napätie hlavného vysielača je 1 volt. To znamená, že ak sa riadenie vykonáva signálom z výstupu logického mikroobvodu, ktorého napätie je 5 V, potom na zabezpečenie potrebného základného prúdu 574 μA s poklesom pri prechode 1 V dostaneme :

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

Vyberme si menšiu stranu (aby prúd plne postačoval) rezistora štandardnej série 6,8 kOhm.

ALE, aby tranzistor rýchlejšie spínal a chod bol spoľahlivý, použijeme medzi bázou a emitorom prídavný rezistor R2 a dopadne naň nejaký výkon, čiže je potrebné znížiť odpor tl. odpor R1. Vezmime R2 = 6,8 kΩ a upravíme hodnotu R1:

R1 = (Uin-Ubenas) / (Ib + I (cez odpor R2) = (Uin-Ubenas) / (Ib + Ubenas / R2)

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

Nech R1 = 5,1 kΩ a R2 = 6,8 kΩ.

Vypočítajme straty spínača: P = Ik * Ukenas = 0,0287 * 0,5 = 0,014 W. Tranzistor nepotrebuje chladič.