Tranzistorový elektronický spínač - princip činnosti a schéma

V pulzních zařízeních často najdete tranzistorové spínače. Tranzistorové spínače se nacházejí v klopných obvodech, spínačích, multivibrátorech, blokovacích generátorech a dalších elektronických obvodech. V každém obvodu plní svou funkci tranzistorový spínač a v závislosti na provozním režimu tranzistoru se obvod spínače jako celku může měnit, ale základní schéma tranzistorového spínače je následující:

Existuje několik základních režimů činnosti tranzistorového spínače: normální aktivní režim, režim saturace, režim cut-off a aktivní reverzní režim. Ačkoli je obvod tranzistorového spínače v podstatě obvodem zesilovače tranzistoru se společným emitorem, tento obvod se liší funkcí a režimem od typického zesilovače.

V klíčové aplikaci slouží tranzistor jako rychlý spínač a hlavní statické stavy jsou dva: tranzistor je vypnutý a tranzistor zapnutý. Latched State — Otevřený stav, když je tranzistor v režimu cutoff.Sepnutý stav - stav saturace tranzistoru nebo stav blízký saturaci, ve kterém je tranzistor otevřený. Když se tranzistor přepne z jednoho stavu do druhého, jedná se o aktivní režim, ve kterém jsou procesy v kaskádě nelineární.

Statické stavy jsou popsány podle statických charakteristik tranzistoru. Existují dvě charakteristiky: skupina výstupů — závislost kolektorového proudu na napětí kolektor-emitor a skupina vstupů — závislost proudu báze na napětí báze-emitor.

Režim cutoff je charakterizován předpětím dvou pn přechodů tranzistoru v opačném směru a existuje hluboké omezení a mělké omezení. Hluboký průraz je, když napětí aplikované na přechody je 3-5krát vyšší než prahová hodnota a má opačnou polaritu než provozní. V tomto stavu je tranzistor otevřený a proudy na jeho elektrodách jsou extrémně malé.

Při mělkém přerušení je napětí aplikované na jednu z elektrod nižší a elektrodové proudy jsou vyšší než při hlubokém přerušení, takže proudy jsou již závislé na použitém napětí podle spodní křivky skupiny výstupních charakteristik. , tato křivka se nazývá «limitní charakteristika» ...

Provedeme například zjednodušený výpočet pro klíčový režim tranzistoru, který bude pracovat na odporové zátěži. Tranzistor zůstane po dlouhou dobu pouze v jednom ze dvou základních stavů: plně otevřený (saturace) nebo plně uzavřený (cutoff).

Tranzistorovou zátěží nechť je cívka relé SRD-12VDC-SL-C, jejíž odpor cívky při jmenovitých 12 V bude 400 ohmů.Ignorujeme indukčnost cívky relé, necháme vývojáři poskytnout tlumič na ochranu před přechodovými emisemi, ale budeme počítat na základě skutečnosti, že relé sepnou jednou a na velmi dlouhou dobu. Kolektorový proud najdeme podle vzorce:

Ik = (Upit-Ukenas) / Rn.

Kde: Ik — stejnosměrný proud kolektoru; Usup — napájecí napětí (12 voltů); Ukenas — saturační napětí bipolárního tranzistoru (0,5 voltu); Rn — zátěžový odpor (400 Ohm).

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

Pro věrnost si vezměme tranzistor s rezervou pro omezovací proud a omezující napětí. Postačí BD139 v balení SOT-32. Tento tranzistor má parametry Ikmax = 1,5 A, Ukemax = 80 V. Bude tam dobrá rezerva.

Aby byl zajištěn kolektorový proud 28,7 mA, musí být zajištěn vhodný proud báze. Proud báze je určen vzorcem: Ib = Ik / h21e, kde h21e je koeficient statického přenosu proudu.

Moderní multimetry umožňují měřit tento parametr a v našem případě to bylo 50. Takže Ib = 0,0287 / 50 = 574 μA. Pokud je hodnota koeficientu h21e neznámá, pro spolehlivost si můžete vzít minimum z dokumentace k tomuto tranzistoru.

K určení požadované hodnoty základního odporu. Saturační napětí hlavního emitoru je 1 volt. To znamená, že pokud je řízení prováděno signálem z výstupu logického mikroobvodu, jehož napětí je 5 V, pak pro zajištění potřebného základního proudu 574 μA s poklesem při přechodu 1 V dostaneme :

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

Zvolme menší stranu (aby proud plně postačoval) rezistoru standardní řady 6,8 kOhm.

ALE, aby tranzistor rychleji spínal a provoz byl spolehlivý, použijeme mezi bází a emitorem přídavný rezistor R2 a dopadne na něj nějaký výkon, to znamená, že je potřeba snížit odpor el. rezistor R1. Vezměme R2 = 6,8 kΩ a upravíme hodnotu R1:

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

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

Nechť R1 = 5,1 kΩ a R2 = 6,8 kΩ.

Spočítejme ztráty spínače: P = Ik * Ukenas = 0,0287 * 0,5 = 0,014 W. Tranzistor nepotřebuje chladič.