Tranzistorinis elektroninis jungiklis – veikimo principas ir schema

Impulsiniuose įrenginiuose dažnai galite rasti tranzistorių jungiklius. Tranzistoriniai jungikliai randami šlepetėse, jungikliuose, multivibratoriuose, blokavimo generatoriuose ir kitose elektroninėse grandinėse. Kiekvienoje grandinėje tranzistoriaus jungiklis atlieka savo funkciją, o priklausomai nuo tranzistoriaus veikimo režimo, visa jungiklio grandinė gali keistis, tačiau pagrindinė tranzistoriaus jungiklio schema yra tokia:

Yra keli pagrindiniai tranzistoriaus jungiklio veikimo režimai: įprastas aktyvusis režimas, prisotinimo režimas, išjungimo režimas ir aktyvus atvirkštinis režimas. Nors tranzistoriaus jungiklio grandinė iš esmės yra įprasta tranzistoriaus stiprintuvo grandinė, ši grandinė savo funkcijomis ir režimu skiriasi nuo įprasto stiprintuvo.

Pagrindinėje programoje tranzistorius tarnauja kaip greitas jungiklis, o pagrindinės statinės būsenos yra dvi: tranzistorius išjungtas ir tranzistorius įjungtas. Užfiksuota būsena – atidaryta būsena, kai tranzistorius veikia išjungimo režimu.Uždaroji būsena – tranzistoriaus prisotinimo būsena arba artima soties būsena, kurioje tranzistorius yra atviras. Kai tranzistorius persijungia iš vienos būsenos į kitą, tai yra aktyvus režimas, kuriame procesai kaskadoje yra netiesiniai.

Statinės būsenos aprašomos pagal statines tranzistoriaus charakteristikas. Yra dvi charakteristikos: išėjimo šeima - kolektoriaus srovės priklausomybė nuo kolektoriaus-emiterio įtampos ir įvesties šeima - bazinės srovės priklausomybė nuo bazinės emiterio įtampos.

Atjungimo režimui būdingas dviejų tranzistoriaus pn sandūrų poslinkis priešinga kryptimi, taip pat yra gilus ir seklus atjungimas. Gilus gedimas yra tada, kai jungčių įtampa yra 3-5 kartus didesnė už slenkstį ir turi priešingą poliškumą nei veikianti. Šioje būsenoje tranzistorius yra atviras, o srovės jo elektroduose yra labai mažos.

Seklios pertraukos metu vieno iš elektrodų įtampa yra mažesnė, o elektrodų srovės didesnės nei gilaus lūžio metu, todėl srovės jau priklauso nuo naudojamos įtampos pagal apatinę išėjimo charakteristikų šeimos kreivę. , ši kreivė vadinama "ribine charakteristika" ...

Pavyzdžiui, atliksime supaprastintą tranzistoriaus, kuris veiks esant varžinei apkrovai, raktinio režimo skaičiavimą. Tranzistorius ilgą laiką išliks tik vienoje iš dviejų pagrindinių būsenų: visiškai atidarytas (sotumas) arba visiškai uždarytas (atjungimas).

Tegul tranzistoriaus apkrova yra relės SRD-12VDC-SL-C ritė, kurios ritės varža esant vardinei 12 V įtampai bus 400 omų.Ignoruojame indukcinį relės ritės pobūdį, tegul kūrėjai pateikia duslintuvą, apsaugantį nuo trumpalaikių emisijų, bet skaičiuosime pagal tai, kad relės įsijungs vieną kartą ir labai ilgam. Kolektoriaus srovę randame pagal formulę:

Ik = (Upit-Ukėnas) / Rn.

Kur: Ik — kolektoriaus nuolatinė srovė; Usup — maitinimo įtampa (12 voltų); Ukėnas — bipolinio tranzistoriaus soties įtampa (0,5 volto); Rn — atsparumas apkrovai (400 omų).

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

Tikslumui paimkime tranzistorių su ribinės srovės ir ribinės įtampos marža. Tiks BD139 SOT-32 pakuotėje. Šis tranzistorius turi parametrus Ikmax = 1,5 A, Ukemax = 80 V. Bus gera marža.

Norint užtikrinti 28,7 mA kolektoriaus srovę, reikia numatyti tinkamą bazinę srovę Bazinė srovė nustatoma pagal formulę: Ib = Ik / h21e, kur h21e yra statinės srovės perdavimo koeficientas.

Šiuolaikiniai multimetrai leidžia išmatuoti šį parametrą, o mūsų atveju jis buvo 50. Taigi Ib = 0,0287 / 50 = 574 μA. Jei koeficiento h21e reikšmė nežinoma, dėl patikimumo galite paimti minimumą iš šio tranzistoriaus dokumentacijos.

Norint nustatyti reikiamą bazinio rezistoriaus vertę. Pagrindinio emiterio soties įtampa yra 1 voltas. Tai reiškia, kad jei valdymas atliekamas signalu iš loginės mikroschemos, kurios įtampa yra 5 V, išvesties, tada, norint užtikrinti reikiamą 574 μA bazinę srovę, su kritimu prie 1 V perėjimo, gauname :

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

Standartinės serijos 6,8 kOhm rezistoriaus renkamės mažesnę pusę (kad srovės pilnai užtektų).

BET, kad tranzistorius greičiau persijungtų ir veikimas būtų patikimas, tarp pagrindo ir emiterio naudosime papildomą rezistorių R2 ir ant jo kris tam tikra galia, vadinasi, reikia sumažinti rezistorius R1. Paimkime R2 = 6,8 kΩ ir pakoreguokite R1 reikšmę:

R1 = (Uin-Ubenas) / (Ib + I (per rezistorių R2) = (Uin-Ubenas) / (Ib + Ubenas / R2)

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

Tegu R1 = 5,1 kΩ ir R2 = 6,8 kΩ.

Apskaičiuokime jungiklio nuostolius: P = Ik * Ukėnas = 0,0287 * 0,5 = 0,014 W. Tranzistoriui nereikia radiatoriaus.