Схема транзистор в ключевом режиме: Работа транзистора в ключевом режиме

Работа транзистора в ключевом режиме

Для рассмотрения вопроса работы транзистора в ключевом режиме заменим, полупроводниковый элемент на переменный резистор. В качестве регулятора для изменения сопротивления (проводимости у транзистора) служит та самая ручка, которую можно крутить. Таким элементом у транзистора является база, воздействие на которую вызывает изменение сопротивления участка эмиттер-коллектор.

Транзистор может находиться в закрытом состоянии (режим отсечки) или в открытом состоянии (режим насыщения). Насыщение транзистора характеризуется его полным открытым состоянием. Сопротивление перехода коллектор-эмиттер в режиме насыщения транзистора практически равно нулю и его включение в таком режиме без нагрузки приведет к выходу полупроводникового элемента из строя. Ток базы в режиме насыщения транзистора достигает большой величины, а напряжение на переходе база-эмиттер составляет 0,6…0,7В, что для данного перехода очень велико. Входная характеристика транзистора приведена ниже.

Состояния транзистора отсечка и насыщения применяются для работы транзистора в ключевом режиме (аналог контакта реле). Определяющим понятием работы транзистора в ключевом режиме является то, что ток базы транзистора небольшой величины (ток управления) управляет большим током коллектора (нагрузки), который может превосходить ток базы в десятки раз. Для определения коэффициента усиления транзистора при ключевом режиме применяют понятие «коэффициента усиления по току в режиме большого сигнала» (β «бетта»), рассчитываемый через отношение максимального тока коллектора к минимальному току базы. Для современных полупроводниковых транзисторов коэффициент β лежит в пределах от 10 до 20.

Помимо одиночных транзисторов для работы в ключевом режиме применяют «дарлингтоновские» или составные транзисторы. Коэффициент усиления таких схем может достигать 1000. Пример схемы ключевого каскада приведен ниже.

В качестве нагрузки, включаемой транзистором, используется лампочка. Назначение резистора Rбэ – перевести транзистор в закрытое состояние при размыкании контакта за счет выравнивания потенциалов базы и эмиттера. Основной задачей для такой схемы является правильный подбор сопротивления в цепи базы Rб, которое позволит обеспечить работу лампочки с максимальным накалом.

Исходные данные для расчета:
— номинальное напряжение лампочки 12В; номинальный ток – 100 мА;
— коэффициент β=10;
— падение напряжение база-эмиттерUбэ=0,6 В.

Для начала рассчитаем ток в базе: Iб = Iк / β = 100 / 10 = 10(мА). Напряжение на переходе база-эмиттер: Uбэ = 5В – 0,6В = 4,4В. Из закона Ома находим сопротивление резистора: Rб = Uбэ / Iб = 4,4В / 0,01А = 440 Ом. Из стандартного ряда сопротивлений выбираем резистор Rбэ=430 Ом.

Всего комментариев: 0

Транзисторы работающие как реле в ключевом режиме

Если нужно использовать транзистор в качестве «реле», то есть чтоб он или был полностью открыт, или полностью закрыт (не проводил ток совсем), лучше всего подключить его в конфигурации с общим эмиттером (если это биполярный транзистор) или с общим истоком, если используем полевой МОП-транзистор. В зависимости от того как требуется управлять нагрузкой и надо выбрать соответствующий транзистор:

• NPN (биполярный) или с каналом N-типа (MOSFET), если отрицательный кабель должен быть отключен, а положительный — подключен постоянно,
• PNP (биполярный) или с каналом P-типа (MOSFET), если положительный кабель должен быть отключен, а отрицательный подключен постоянно.

Все четыре варианта включения показаны на схемах ниже:

Чтобы включить такой транзистор, на его базу или затвор должно подаваться напряжение:

• выше, чем на эмиттер или исток (для транзисторов NPN или с каналом N)
• ниже, чем на эмиттер или исток (для транзисторов PNP или с каналом P).

Напряжение может поступать от микроконтроллера, оптрона или другой схемы управления, например компаратора. Вот как это делается на практике.

В случае биполярных транзисторов надо установить соответствующий высокий базовый ток. Только тогда транзистор может насыщаться и нормально функционировать как реле. А двухпозиционное транзисторное управление ограничит потери рассеиваемой мощности.

Если нужно использовать MOSFET, значение этого управляющего напряжения должно превышать пороговое напряжение UGSth транзистора в несколько раз. Затвор полевого МОП-транзистора не потребляет ток, когда он полностью открыт. Для перезарядки пропускной способности затвора требуется протекание тока. Также обратите внимание на максимальное напряжение затвор-исток, которое обычно составляет 12 — 20 В — подробности в даташите для данного транзистора. Превышение этого значения может привести к выходу из строя радиоэлемента.

Транзистор выключается путем приведения его напряжения база-эмиттер (или затвор-исток) к нулю. Самый простой способ сделать это — подключить управляющий вход к линии, к которой подключен эмиттер (или исток). Остерегайтесь PNP или P-канальных транзисторов — если схема управления запитана от напряжения ниже чем транзистор, его нельзя будет выключить. Тут необходимо использовать дополнительную схему управления или брать транзистор типа NPN (или с каналом N).

Резисторы R1 в каждом из решений отключают транзистор, когда управляющий сигнал не подан. Его сопротивление не критично, обычно принимают в пределах 10 — 100 кОм. Резисторы R2 ограничивают ток, протекающий через базы биполярных транзисторов, и их сопротивление можно рассчитать по формуле:

R2 = ((USTER — UBE) · bMIN) / (Icmax · k)

• Icmax — максимальный ток, который может потреблять нагрузка.
• bMIN — минимальное значение коэффициента усиления по току данного транзистора.
• USTER — базовое управляющее напряжение от цепи управления.
• UBE — напряжение в открытом состоянии база-эмиттер (около 0,7 В для обычных биполярных транзисторов, около 1,5 В для транзисторов Дарлингтона).
• k — коэффициент ограничения, определяющий степень насыщения транзистора. Предполагается, что должен быть 2 и более.

Резисторы R3 играют аналогичную роль — ограничивают ток затвора. Однако их значение не так критично, потому что они ограничивают ток только при переключении транзистора. Обычно можно использовать тоже 10 — 100 Ом.

Биполярный транзистор или полевой

Когда следует выбирать биполярный транзистор, а когда — полевой МОП-транзистор? В подавляющем большинстве устройств MOSFET победит — у него низкие потери мощности. Биполярный же транзистор стоит рассмотреть при низком управляющем напряжении (например, 1,8 В).

В схемах с биполярными транзисторами резисторы R1 подключались непосредственно рядом с управляющим выходом, а в случае полевых МОП-транзисторов — между затвором и истоком. В связи с этим они не принимают базовый ток биполярных транзисторов, необходимый для их надлежащего насыщения. С другой стороны, в случае полевых МОП-транзисторов резисторы R1 не оказывают такого большого влияния на их работу, потому что сопротивления R1 и R3 существенно различаются, R1 больше R3.

Далее приведены 4 примера управления Arduino нагрузкой, потребляющей ток до 0,5 А. Все питаются от 5 В.

Если данная нагрузка включает в себя катушку или двигатель, соответствующий защитный диод должен быть обязательно подключен параллельно к ней. Это защитит транзистор от повреждения во время его выключения при возникновении перенапряжения на индуктивности.

Управление полевым транзистором от микроконтроллера

При управлении полевыми МОП-транзисторами непосредственно с выхода микроконтроллера следует помнить о нескольких вещах: пороговое напряжение транзистора UGSth, входная емкость транзистора, уровень напряжения, если стоит P-канальный.

Резистор R2 (схема выше) удерживает транзистор закрытым при выключении микроконтроллера. Его сопротивление не критично, обычно его принимают в пределах 10 кОм — 100 кОм. С другой стороны, резистор R1 снижает ток потребляемый с выхода микроконтроллера, при изменении логического состояния. Точное значение определить сложно, поэтому оно может быть в диапазоне от 10 Ом до 100 Ом. Схема для MOSFET-P будет работать только тогда, когда напряжение питания микроконтроллера и схемы, управляемой транзистором, одинаковы.

Для полного открытия полевого МОП-транзистора требуется напряжение затвор-исток, в 2 — 3 раза превышающее пороговое напряжение. Если производитель указывает, что например у BUZ11, пороговое напряжение UGSth не более 4 В, то полное открытие произойдет при UGS = 8 — 12 В. Так что управление им с микроконтроллера на 5 В точно будет некорректным. Понадобится использовать транзистор с более низким пороговым напряжением, например IRLML0030, где максимальное UGSth = 2,3 В.

Входная емкость полевого МОП-транзистора составляет от нескольких сотен пикофарад до нескольких нанофарад. Выход микроконтроллера может проводить ток в несколько десятков миллиампер. Это означает, что время перезарядки затвора значительно. Например, току 20 мА требуется 1 мкс, чтобы перезарядить емкость 4 нФ на 5 В.

Ещё одна проблема возникнет только с транзисторами с каналом P-типа. Для их выключения необходимо довести напряжение затвор-исток до нуля, что предполагает уравнивание потенциала затвора с потенциалом истока. Следовательно, в такой схеме транзисторный исток может быть подключен к тому же напряжению, от которого запитан микроконтроллер, то есть 5 В. Управление транзистором (отключение) будет некорректным, если напряжение затвор-исток слишком сильно отличается от нуля.

Так что если: транзистор с высоким пороговым напряжением UGSth должен быть активирован, напряжение питания микроконтроллера очень низкое (например 1,8 В), сигнал ШИМ имеет высокую частоту, или транзистор с каналом P подключен к гораздо более высокому напряжение (например, 24 В), тогда необходимо использовать драйвер MOSFET. На рынке есть множество таких типов микросхем. Они обеспечат соответствующую скорость переключения и регулируют уровни напряжения. Пример — TC4426. Он работает с напряжением до 18 В и хорошо поддерживает выходы микроконтроллеров даже от 3,3 В.

Расчет биполярного транзистора в ключевом режиме с резистивной нагрузкой

Расчет биполярного транзистора в ключевом режиме с резистивной нагрузкой

Упрощенный расчет транзистора для
работы в ключевом режиме на резистивную нагрузку.

Ключевой режим работы характеризуется тем, что транзистор
находится в одном из двух состояний: в полностью открытом (режим насыщения), или
полностью закрытом (состояние отсечки).

Рассмотрим пример, где в
качестве нагрузки выступает контактор типа КНЕ030 на напряжение 27В с катушкой
сопротивлением 150 Ом. Индуктивным характером катушки в данном примере
пренебрежем, считая, что реле будет включено раз и надолго.

Рассчитываем ток коллектора:

Ik=(Ucc—Uкэнас)/Rн    ,
где

Ik –ток коллектора

     
Ucc-
напряжение питания (27В)

     
Uкэнас-
напряжение насыщения биполярного транзистора (типично от 0.2 до 0.8В, хотя и
может прилично различаться для разных транзисторов), в нашем случае примем 0.4В

     
Rн-
сопротивление нагрузки (150 Ом)

Итак,

Ik= (27-0.4)/150 =
0.18A = 180мА

На практике из соображений
надежности элементы всегда необходимо выбирать с запасом. Возьмем коэффициент
1.5

Таким образом, нужен транзистор
с допустимым током коллектора не менее 1. 5*0.18=0.27А и максимальным напряжением
коллектор-эмиттер не менее 1.5*27=40В.

Открываем
справочник по биполярным транзисторам . 
По заданным параметрам подходит
КТ815А (Ikмакс=1.5А
Uкэ=40В)

     
Следующим этапом рассчитываем ток базы, который нужно создать, чтобы
обеспечить ток коллектора 0.18А.

     
Как известно, ток коллектора связан с током базы соотношением

     

Ik=Iб*h21э,

где
h31э – статический
коэффициент передачи тока.

 При отсутствии дополнительных данных
можно взять табличное гарантированное минимальное значение для КТ815А (40). Но
для КТ815 есть график зависимости
h31э от тока
эмиттера. В нашем случае ток эмиттера 180мА, этому значению соответствует
h31э=60. Разница
невелика, но для чистоты эксперимента возьмем графические данные.

Итак,

           
Iб=180/60=3мА

Для
расчета базового резистора R1
смотрим второй график, где приведена зависимость напряжения насыщения
база-эмиттер (Uбэнас)
от тока коллектора. При токе коллектора 180мА напряжение насыщения базы будет
0.78В (При отсутствии такого графика можно использовать допущение, что ВАХ
перехода база-эмиттер подобна ВАХ диода и в диапазоне рабочих токов напряжение
база-эмиттер находится в пределах 0.6-0.8 В)

Следовательно, сопротивление резистора
R1 должно быть равно:

R1=(Uвх-Uбэнас)/Iб
= (5-0.78)/0.003 = 1407 Ом = 1.407 кОм.

Из
стандартного ряда сопротивлений выбираем ближайшее в меньшую сторону (1.3 кОм)

Если к
базе подключен шунтирующий резистор (вводится для более быстрого выключения
транзистора или для повышения помехоустойчивости) нужно учитывать, что часть входного тока уйдет в этот резистор, и
тогда формула примет вид:

R1= (Uвх-Uбэнас)/(Iб+I_R2)
= (Uвх-Uбэнас)/(Iб+

Uбэнас/R2)

Так, если
R2=1 кОм, то

R1=
(5-0. 78)/(0.003+0.78/1000) = 1116 Ом = 1.1 кОм

Рассчитываем потери мощности на транзисторе:

           

P=Ik*Uкэнас

Uкэнас берем из
графика: при 180мА оно составляет 0.07В

           
P= 0.07*0.18=
0.013 Вт

Мощность
смешная, радиатора не потребуется.

Биполярный транзистор — принцип работы для чайников!

Приветствую вас дорогие друзья! Сегодня речь пойдет о биполярных транзисторах и информация будет полезна прежде всего новичкам. Так что, если вам интересно что такое транзистор, его принцип работы  и вообще с чем его едят, то берем  стул по удобнее и подходим поближе.

Продолжим, и у нас тут есть содержание,  будет удобнее ориентироваться в статье 🙂

[contents]

Виды транзисторов

Транзисторы бывают в основном двух видов: биполярные транзисторы и полевые транзисторы.  Конечно можно было рассмотреть все виды транзисторов в одной статье, но мне не хочется варить кашу  у вас в голове. Поэтому в этой статье мы рассмотрим исключительно биполярные транзисторы а о полевых транзисторах я расскажу в одной из следующих статей. Не будем все мешать в одну кучу  а уделим внимание каждому, индивидуально.

Биполярный транзистор

Биполярный транзистор это потомок ламповых триодов, тех что стояли в телевизорах 20 -го века. Триоды ушли в небытие и уступили дорогу более функциональным собратьям — транзисторам, а точнее биполярным транзисторам.

Триоды за редким исключением применяют в аппаратуре для меломанов.

Биполярные транзисторы выглядеть могут  так.

Как вы можете видеть биполярные транзисторы имеют три вывода и конструктивно они могут выглядеть совершенно по разному. Но на электрических схемах они выглядят простенько и всегда одинаково. И все это графическое великолепие,  выглядит как-то так.

Это изображение транзисторов еще называют УГО (Условное графическое обозначение).

Причем биполярные транзисторы могут иметь различный тип проводимости. Есть транзисторы NPN типа и PNP типа.

Отличие n-p-n транзистора от p-n-p транзистора состоит лишь в том что является «переносчиком» электрического заряда (электроны или «дырки» ). Т.е. для p-n-p транзистора электроны перемещаются от эмиттера к коллектору и управляются базой. Для n-p-n транзистора электроны идут уже от коллектора к эмиттеру и управляются базой.    В итоге приходим к тому, что для того чтобы в схеме заменить транзистор одного типа проводимости на другой достаточно изменить полярность приложенного напряжения. Или тупо поменять полярность источника питания.

У биполярных транзисторов есть три вывода: коллектор, эмиттер и база. Думаю, что по УГО будет сложно запутаться, а вот в реальном транзисторе запутаться проще простого.

Обычно где какой вывод определяют по справочнику, но можно просто  прозвонить транзистор мультиметром. Выводы транзистора звонятся как два диода, соединенные в общей точке (в области базы транзистора).

Слева изображена картинка для транзистора p-n-p типа,  при прозвонке  создается ощущение (посредством показаний мультиметра ), что перед вами два диода которые соединены в одной точке своими катодами. Для транзистора  n-p-n типа  диоды в точке базы соединены своими анодами. Думаю после экспериментов с мультиметром будет более понятно.

 Принцип работы биполярного транзистора

А сейчас мы попробуем разобраться как работает транзистор. Я не буду вдаваться в подробности внутреннего устройства транзисторов так как эта информация только запутывает. Лучше взгляните на этот рисунок.

Это изображение лучше всего объясняет принцип работы  транзистора. На этом изображении человек посредством реостата управляет током коллектора. Он смотрит на ток базы, если ток базы растет то человек так же увеличивает ток коллектора с учетом коэффициента усиления транзистора h31Э. Если ток базы падает, то ток коллектора также будет снижаться — человек подкорректирует его посредством реостата.

Эта аналогия не имеет ничего общего с реальной работой транзистора, но она облегчает понимание принципов его работы.

Для транзисторов можно отметить правила, которые призваны помочь облегчить понимание. (Эти правила взяты из книги П. Хоровица У.Хилла «Искусство схемотехники»).

1. Коллектор имеет более положительный потенциал , чем эмиттер
2. Как я уже говорил цепи база — коллектор и база -эмиттер работают как диоды
3. Каждый транзистор характеризуется предельными значениями, такими как ток коллектора, ток базы и напряжение коллектор-эмиттер.
4. В том случае если правила 1-3 соблюдены то ток коллектора Iк прямо пропорционален току базы Iб. Такое соотношение можно записать в виде формулы.

Из этой формулы можно выразить основное свойство транзистора — небольшой ток базы управляет большим током коллектора.

-коэффициент усиления по току.

Его также обозначают как 

Исходы из выше сказанного транзистор может работать в четырех режимах:

1. Режим отсечки транзистора — в этом режиме переход база-эмиттер закрыт, такое может произойти когда напряжение база-эмиттер недостаточное. В результате  ток базы  отсутствует и следовательно ток коллектора тоже будет отсутствовать.
2. Активный режим транзистора — это нормальный режим работы транзистора.  В этом режиме напряжение база-эмиттер достаточное для того, чтобы переход база-эмиттер открылся. Ток базы достаточен и ток коллектора тоже имеется. Ток коллектора равняется току базы умноженному на коэффициент усиления.
3. Режим насыщения транзистора — в этот режим транзистор переходит тогда, когда ток базы становится настолько большим, что мощности источника питания просто не хватает для дальнейшего увеличения тока коллектора. В этом режиме ток коллектора не может увеличиваться вслед за увеличением тока базы.
4. Инверсный режим транзистора — этот режим используется крайне редко. В этом режиме коллектор и эмиттер транзистора меняют местами. В результате таких манипуляций коэффициент усиления транзистора очень сильно страдает. Транзистор изначально проектировался не для того, чтобы он работал в таком особенном режиме.

Для понимания того как работает транзистор нужно рассматривать конкретные схемные примеры, поэтому давайте рассмотрим некоторые из них.

Транзистор в ключевом режиме

Транзистор в ключевом режиме это один из случаев транзисторных схем с общим эмиттером. Схема транзистора в ключевом режиме применяется очень часто. К этой транзисторной схеме прибегают к примеру когда нужно управлять мощной нагрузкой посредством микроконтроллера. Ножка контроллера не способна тянуть мощную нагрузку, а транзистор может. Получается контроллер управляет транзистором, а транзистор мощной нагрузкой. Ну а обо всем по порядку.

Основная суть этого режима заключается в том, что ток базы управляет током коллектора. Причем ток коллектора гораздо больше тока базы. Здесь невооруженным взглядом видно, что происходит усиление сигнала по току. Это усиление осуществляется за счет энергии источника питания.

На рисунке изображена схема работы транзистора в ключевом режиме.

Для транзисторных схем напряжения не играют большой роли, важны лишь токи.  Поэтому, если отношение тока коллектора к току базы меньше коэффициента усиления транзистора то все окей.

В этом случае даже если к базе у нас приложено напряжение в 5 вольт а в цепи коллектора 500 вольт, то ничего страшного не произойдет, транзистор будет покорно переключать высоковольтную нагрузку.

Главное чтобы  эти напряжения не превышали предельные значения для конкретного транзистора (задается в характеристиках транзистора).

Чтож, теперь давайте попробуем рассчитать значение базового резистора.

На сколько мы знаем, что значение тока это характеристика нагрузки.

Т.е. I=U/R

Мы не знаем сопротивления лампочки, но мы знаем рабочий ток лампочки 100 мА. Чтобы транзистор открылся и обеспечил протекание такого тока, нужно подобрать соответствующий ток базы. Ток базы мы можем корректировать меняя номинал базового резистора.

Так как минимальное значение коэффициента усиления транзистора равно 10, то для открытия транзистора ток базы должен стать 10 мА.

Ток который нам нужен известен. Напряжение на базовом резисторе будет Такое значение напряжения на резисторе получилось из-зи  того, что на переходе база-эмиттер высаживается 0,6В-0,7В и это надо не забывать учитывать.

В результате  мы вполне можем найти сопротивление резистора

Осталось выбрать из ряда резисторов конкретное значение и дело в шляпе.

Теперь вы наверное думаете, что транзисторный ключ будет работать так как нужно? Что когда базовый резистор подключается к +5 В лампочка загорается, когда отключается -лампочка гаснет? Ответ может быть да а может и нет.

Все дело в том, что здесь есть небольшой нюанс.

Лампочка в том случае погаснет, когда потенциал резистора будет равен потенциалу земли. Если же резистор просто отключен от источника напряжения, то здесь не все так однозначно. Напряжение на базовом резисторе  может возникнуть чудесным образом в результате наводок или еще какой потусторонней нечисти 🙂

Чтобы такого эффекта не происходило делают следующее. Между базой и эмиттером подключают еще один резистор  Rбэ. Этот резистор выбирают номиналом как минимум в 10 раз больше базового резистора Rб (В нашем случае  мы взяли резистор 4,3кОм).

Когда база подключена к какому-либо напряжению, то транзистор работает как надо, резистор Rбэ ему не мешает. На этот резистор расходуется лишь малая часть базового тока.

В случае, когда напряжение к базе не приложено, происходит подтяжка базы к потенциалу земли, что избавляет нас от всяческих наводок.

Вот в принципе мы разобрались с работой транзистора в ключевом режиме, причем как вы могли убедиться ключевой режим работы это своего рода усиление сигнала по напряжению. Ведь мы с помощью малого напряжения в 5В управляли напряжением в 12 В.

Эмиттерный повторитель

Эмиттерный повторитель является частным случаем транзисторных схем с общим коллектором.

Отличительной чертой схемы с общим коллектором от схемы с общим эмиттером (вариант с транзисторным ключем) является то, что эта схема не усиливает сигнал по напряжению. Что вошло через базу, то и вышло через эмиттер, с тем же самым напряжением.

Действительно допустим приложили к базе мы 10 вольт, при этом мы знаем что на переходе база-эмиттер высаживается где-то 0,6-0,7В. Выходит что на выходе (на эмиттере, на нагрузке Rн) будет напряжение базы минус 0,6В.

Получилось 9,4В, одним словом почти сколько вошло столько и вышло. Убедились, что по напряжению эта схема нам сигнал не увеличит.

«В чем же смысл тогда таком включении транзистора?»- спросите вы. А вот оказывается эта схема обладает другим очень важным свойством.  Схема включения транзистора с общим коллектором усиливает сигнал по мощности. Мощность это произведение тока на напряжение, но так как напряжение не меняется то мощность увеличивается только за счет тока! Ток в нагрузке складывается из тока базы плюс ток коллектора. Но если сравнивать ток базы и ток коллектора то ток базы очень мал по сравнению с током коллектора. Получается ток нагрузки равен току коллектора.  И в результате получилась вот такая формула.

Теперь я думаю понятно в чем суть  схемы эмиттерного повторителя, только это еще не все.

Эмиттерный повторитель обладает еще одним очень ценным качеством — высоким входным сопротивлением. Это означает, что эта транзисторная схема почти не потребляет ток входного сигнала и не создает нагрузки для схемы -источника сигнала.

Для понимания принципа работы транзистора этих двух транзисторных схем будет вполне достаточно. А если вы еще поэкспериментируете с паяльником в руках то прозрение просто не заставит себя ждать, ведь теория теорией а практика и личный опыт ценнее в сотни раз!

Где транзисторы купить?

Как и все другие радиокомпоненты транзисторы можно купить в  любом ближайшем  магазине радиодеталей. Если вы живете где-нибудь на окраине и о подобных магазинах не слышали (как я раньше) то остается последний вариант — заказать транзисторы в интернет- магазине. Я сам частенько заказываю радиодетали через интернет-магазины ведь в обычном оффлайн магазине может чего-нибудь просто не оказаться.

Впрочем если вы собираете устройство чисто для себя то можно не париться а добыть из старой, отслужившей свое техники и так сказать вдохнуть в старый радиокомпонет новую жизнь.

Чтож друзья, а на этом у меня все. Все, что планировал я сегодня вам рассказал. Если остались какие-либо вопросы, то задавайте их в комментариях, если вопросов нет то все равно пишите комментарии, мне всегда важно ваше мнение. Кстати не забывайте, что каждый кто впервые оставит комментарий получит подарок.

Также обязательно подпишитесь на новые статьи, потому что дальше вас ждет много интересного и полезного.

Желаю вам удачи, успехов  и солнечного настроения!

С н/п Владимир Васильев

P.S. Друзья, обязательно подписывайтесь на обновления! Подписавшись вы будете получать новые материалы себе прямо на почту! И кстати каждый подписавшийся получит полезный подарок!

Ключевой режим работы биполярного транзистора

Рассмотрим подробнее ключевой режим работы транзистора. На рис. 6.4 по­казана простейшая схема включения транзистора в таком режиме, для на­глядности— с лампочкой в качестве коллекторной нагрузки. Попробуем рассчитать необходимую величину резистора в базе.

Для почти любых схем с биполярными транзисторами характерно, что на­пряжения в схеме никакой роли не играют, только токи. Можно подключить коллекторную нагрузку хоть к напряжению 200 В, а базовый резистор питать от 5-вольтового источника— если соотношение ²>IJh соблюдается, то транзистор (при условии, конечно, что он рассчитан на такое высокое напря­жение) будет послушно переключать 200-вольтовую нагрузку, управляясь от источника 5 В. То есть налицо и усиление сигнала по напряжению!

В нашем примере используется небольшая автомобильная лампочка 12 В, 100 мА (примерно, как для подсветки приборной доски в «Жигулях»), а цепь базы питается от источника 5 В (например, через контакты реле). Расчет та­кой схемы элементарно прост: при токе в коллекторе 100 мА, в базе должно быть минимум 10 мА (рассчитываем на самый «дубовый» транзистор, реаль­но можно и меньше). О падении между базой и эмиттером забывать не еле­дует, поэтому считаем, что напряжение на базовом резисторе Re составит 5 В – 0,6 В = 4,4 В, то есть нужное сопротивление будет 440 Ом. Выбираем ближайшее меньшее из стандартного ряда и получаем 430 Ом. Все?

Рис. 6.4. Включение биполярного транзистора в ключевом режиме

Нет, не все. Схема еще не совсем доделана. Она будет работать нормально, если вы поступите так: подключите базовый резистор к напряжению 5 В (лампочка горит), а затем переключите его к «земле» (лампочка гаснет). Но довольно часто встречается случай, когда напряжение на базовый резистор подается-то нормально, а вот при отключении его резистор не присоединяет­ся к «земле», а просто «повисает в воздухе» (именно этот случай и показан на схеме в виде контактов). Так мы не договаривались — чтобы транзистор был в режиме отсечки, надо, чтобы база и эмиттер имели один и тот же потенци­ал, а какой потенциал у базы, если она «в воздухе»? Это только формально, что ноль, а на самом деле всякие наводки и внутренние процессы в транзи­сторе формируют небольшой базовый ток. И транзистор не закроется полно­стью — лампочка будет слабо светиться! Это раздражающий и очень непри­ятный эффект, который даже может привести к выходу транзистора из строя (а старые германиевые транзисторы приводил с гарантией).

Избежать такого эффекта просто: надо замкнуть базу и эмиттер еще одним резистором Кбэ. Самое интересное, что рассчитывать его практически не на­до — лишь бы падение напряжения на нем при подаче напряжения на базу не составило меньше чем 0,6 В. Чем он больше, тем лучше, но все же сопротив­ление не должно быть слишком велико. Обычно его выбирают примерно в 10 раз больше, чем резистор Re, но если вы здесь поставите не 4,3 кОм, как ука­зано на схеме, а, к примеру, 10 кОм, тоже не ошибетесь. Работать этот рези­стор будет так: если включающее напряжение на Re подано, то он не оказы­вает никакого влияния на работу схемы, так как напряжение между базой и эмиттером все равно 0,6 В, и он только отбирает на себя очень небольшую часть базового тока (легко подсчитать какую — примерно 0,15 мА из 10 мА). А если напряжения нет, то R63 надежно обеспечивает равенство потенциалов базы и эмиттера, независимо от того, подключен ли базовый резистор к «зем­ле» или «висит в воздухе».

Я так подробно остановился на этом моменте потому, что о необходимости наличия резистора R63 при работе в ключевом режиме часто забывают — да­же в очень интересной во всех отношениях книге [16] повсеместно встреча­ется эта ошибка.

Простейшая ключевая схема есть вариант т. н. схемы включения транзистора с общим эмиттером (о. э.). В наших примерах есть два момента, на которые стоит обратить внимание. Во-первых, это подключение базовой цепи к пита­нию от 5 В. Это очень часто встречающийся случай, с которым и в этой кни­ге вам придется иметь дело. Напряжением 5 В обычно питаются распростра­ненные типы контроллеров и логических микросхем, и управление таким напряжением устройствами, которым требуется более высокое питание, чаще всего осуществляется именно по схеме рис. 6.4.

Во-вторых, обратите внимание, что сигнал на коллекторе транзистора инвер­тирован (то есть противоположен по фазе) по отношению к входному сигна­лу. То есть, если на базе (точнее, на базовом резисторе) напряжение имеет­ся — на коллекторе оно равно нулю, и наоборот! Это и имеют в виду, когда говорят, что транзисторный каскад в схеме с общим эмиттером инвертиру­ет сигнал (это относится не только к ключевому, но и к усилительному ре­жиму работы, о котором будет рассказано). При этом на нагрузке (лампочке), которая подключена к питанию, а не к общей для входа и выхода каскада «земле», все в порядке — то есть она горит, когда на входе сигнал есть, так что визуальный сигнал не инвертирован.

Поговорим немного о дарлингтоновских транзисторах. Транзистор Дарлинг­тона (его часто называют транзистор с «супербетой», мы будем называть его и так, и так) есть две транзисторные структуры, включенные каскадно, как показано на рис. 6.5, а. Разумеется, можно соорудить такую структуру само­стоятельно (левый транзистор обычно меньшей мощности, чем правый), но существуют и приборы, выпускаемые промышленно (на рис. 6.5, а общий корпус показан пунктиром). Величина Р для них равна произведению коэф­фициентов усиления для каждого из транзисторов и может составлять до не­скольких тысяч. При использовании таких «супербета»-транзисторов обяза­тельно следует иметь в виду то обстоятельство, что рабочее напряжение ме­жду базой и эмиттером у них будет составлять примерно удвоенную величи­ну от обычного транзистора — то есть 1,2—1,4 В. Сопротивление резистора, как сказано ранее, принципиального значения не имеет и для мощных тран­зисторов может составлять несколько килоом.

Рис. 6.5. Другие схемы подключения: а — транзистор Дарлингтона; б — параллельное включение транзисторов

На рис. 6.5, б приведена редко требующаяся, но весьма полезная схема па­раллельного включения мощных транзисторов с целью увеличения допусти­мого коллекторного тока и рассеиваемой мощности (см. далее). Она немного напоминает схему Дарлингтона, но никакого умножения «бет» там, естест­венно, не происходит— суммируются только предельно допустимые показатели. Так как транзисторы всегда немного отличаются друг от друга, то для выравнивания токов через них в этой схеме служат резисторы в эмиттерных цепях, которые нужно выбирать так, чтобы падение напряжения на них при максимальном токе составляло примерно 0,2 В. Естественно, эти резисторы ухудшают КПД, поэтому для таких целей удобнее использовать мощные полевые транзисторы, для которых в аналогичном включении использования резисторов не требуется.

Применение биполярных транзисторов с микроконтроллерами / Хабр

В современном цифровом мире микроконтроллерам часто требуется выполнять какие-то действия в физическом мире людей с помощью различных механических, оптических, акустических и других внешних устройств. Транзисторы призваны согласовать микроконтроллер с исполнительными устройствами. В статье рассмотрим применение биполярных транзисторов в ключевых режимах.

Биполярный транзистор является по сути токовым прибором, током управляется и током управляет. По типу проводимости биполярные транзисторы бывают pnp и npn типа.

Наиболее часто используется схема включения с общим эмиттером. В этой схеме управление подается на базу через токоограничивающий резистор относительно эмиттера. Нагрузка подключается в цепь коллектора.

Схема управления светодиодом с рабочим током 50 мА

Светодиодом с рабочим током 50 мА нельзя управлять непосредственно от микроконтроллера, так как допустимый выходной ток с ножки обычно ограничен значением 10 мА – 20 мА.

Например, нам нужно включать/выключать инфракрасный светодиод BL-L513IRBC которым мы планируем управлять кондиционером.

Рисунок 1. Управление светодиодом через эмиттерный повторитель

Резистор R1 задает ток базы транзистора при включении и при выключении. Транзистор BC847C довольно маломощный и при токе 50 мА на коллекторе в режиме насыщения будет падать около 200 мВ. Падение на светодиоде составит 2. 0 В. Резистор R2 нужно выбрать таким, чтобы ток через светодиод был равен 50 мА. При питании 12 В, и суммарном падении напряжения на транзисторе и светодиоде 2.2 В на резисторе будет напряжение 9.8 В. Чтобы получить ток 50 мА сопротивление резистора R2 должно быть 196 Ом.

Если взять более мощный транзистор, например, BC817-25, то напряжение насыщения коллектора у него будет меньше, около 40 мВ при токе коллектора 50 мА, но у более мощных транзисторов, как правило, меньше коэффициент усиления.

При питании коллекторной цепи от 12 В мы можем соединить несколько светодиодов последовательно и управлять ими одновременно (например, чтобы увеличить дальность работы нашего пульта управления) соответственным образом пересчитав токоограничивающий резистор R2.

Как выбрать резистор в базе транзистора? Транзистор BC847C имеет коэффициент передачи по току h_FE = 400 – 800. В линейном режиме это будет означать что ток базы (управляющий ток) во столько раз меньше тока коллектора (управляемый ток). Так как схема у нас работает в ключевом режиме, то ток базы необходимо установить больше. Чем больше ток базы, тем быстрей транзистор включится. Коэффициент во сколько раз ток базы превышает минимальный называется коэффициентом насыщения. Минимальный ток базы (с коэффициентом насыщения единица) который полностью откроет транзистор будет 50 мА / 400 = 0.125 мА. Так как характеристики транзистора меняются со временем, при изменении температуры, при изменении тока коллектора, от партии к партии, у разных производителей, правильным решением будет задавать коэффициент насыщения больше единицы, иначе может возникнуть ситуация при которой транзистор будет открываться не полностью и схема будет работать при этом не верно. Верхнее значение тока базы ограничено либо максимальным током базы по документации на транзистор, либо максимально допустимым током который может выдать выход микроконтроллера. Пусть максимальный ток базы у нас будет 10 мА.

Рассчитаем базовый резистор для схемы на рисунке 1. Напряжение на базе при насыщении принято считать 0.7 В. При питании микроконтроллера 3.3 В на базовом резисторе будет напряжение 2.6 В. Минимальный базовый ток 0.125 мА будет обеспечен сопротивлением 20800 Ом. Максимальный базовый ток 10 мА будет обеспечен сопротивлением 260 Ом. В данном случае у нас довольно широкий диапазон выбора сопротивления, можем взять 1 кОм.

Рассмотрим схему с другой нагрузкой

Рисунок 2. Управление мощной нагрузкой

Нам нужно включать мотор с рабочим током 0.7 А. Для включения нам потребуется более мощный транзистор. Возьмем транзистор SS8050 с максимально допустимым током коллектора 1.5 А. У этого транзистора минимальный коэффициент передачи тока 120. При токе коллектора 0.7 А, нам необходимо обеспечить минимальный ток базы 5.8 мА. С учетом того что необходимо реализовать коэффициент насыщения больше единицы, у нас остается рабочий вариант для тока базы 10 мА. При заданном токе коллектора 0.7 А напряжение насыщения базы этого транзистора составит около 1. 2 В (по документации на транзистор). Напряжение на базовом резисторе получится 2.1 В, Минимальное сопротивление базового резистора получается 2.1 В / 0.010 А = 210 Ом. Максимальное сопротивление базового резистора получается 2.1 В / 0.0058 А = 360 Ом. Если мы поставим базовый резистор больше 360 Ом, транзистор заведомо не будет открываться полностью и не обеспечит ток на выходе в 0.7 А.

При токе коллектора 0.7 А напряжение насыщения коллектора составит около 0.2 В. Мощность рассеиваемая на коллекторе транзистора составит около 0.14 Вт, транзистор при этом будет заметно теплым.

Дополнительно отмечу, что электродвигатель постоянного тока является индуктивной нагрузкой и параллельно ему обязательно нужно ставить защитный диод который защитит транзистор от ЭДС самоиндукции при выключении транзистора. Номинальный ток этого диода должен быть равен или больше рабочего тока индуктивной нагрузки. Рабочее напряжение диода должно быть больше напряжения питания нагрузки.

Нужно указать на важный момент. Чем больше ток базы, тем быстрей включится транзистор, тем больше коэффициент насыщения. Чем больше коэффициент насыщения, там медленней транзистор будет выключаться. Задержка выключения может достигать нескольких сотен наносекунд. На первый взгляд эта величина кажется слишком маленькой чтобы обращать на нее внимание. Фактически, если вы станете управлять током через нагрузку с помощью ШИМ, или постараетесь увеличить скорость передачи данных через инфракрасный канал, вы увидите что задержка выключения транзистора будет очень сильно искажать сигнал.

Например, возьмем ШИМ частотой 20 кГц с разрешением 8 бит. Период ШИМ-а будет 50 микросекунд, разрешение одного шага составит около 200 наносекунд. Задержка выключения транзистора на 400 наносекунд поглотит разрешение двух младших бит и оставит от разрешения 8 бит всего 6 бит динамического диапазона.

Для увеличения скорости выключения транзистора есть способы которые мы рассмотрим позже.

Рассмотрим еще одну схему, которая обладает рядом интересных свойств

Рисунок 3. Схема стабилизации тока

Эта схема также с общим эмиттером. В ней отсутствует резистор в цепи базы, и ток базы задается сопротивлением резистора в цепи эмиттера. Через этот резистор течет ток базы и ток коллектора (ток управления и ток нагрузки). Получается отрицательная обратная связь: при увеличении тока нагрузки, будет увеличиваться ток через эмиттерный резистор и при этом будет увеличиваться падение напряжения на эмиттерном резисторе. Так как напряжение на базе у нас фиксированное, 3.3 В, то при увеличении напряжения на эмиттерном резисторе напряжение на эмиттерном переходе транзистора будет уменьшаться, при этом будет уменьшаться ток базы и транзистор будет закрываться. Таким образом, будет стабилизироваться эмиттерный ток транзистора. Так как базовый ток в коэффициент усиления раз меньше коллекторного, то его влияние на напряжение эмиттерного резистора незначительное и, при первом приближении, его можно не учитывать при расчете и считать что ток эмиттера приблизительно равен току коллектора .

Сопротивление эмиттерного резистора рассчитать довольно просто. При управляющем напряжении 3.3 В, и падении на эмиттерном переходе 0.7 В напряжение на эмиттерном резисторе получается 2.6 В. При целевом токе в нагрузке 50 мА, сопротивление эмиттерного резистора должно быть около 52 Ом.

Эта схема позволяет стабилизировать ток нагрузки, то есть, при изменении напряжения питания нагрузки (или при изменении сопротивления нагрузки) ток через нагрузку останется постоянным. Мы можем поставить один светодиод, два или три при этом эмиттерный резистор менять не придется и ток через светодиоды будет один и тот же. При этом нужно отметить, что в этой схеме избыточное напряжение падает на транзисторе и нужно учитывать мощность рассеиваемую на транзисторе.

Транзистор в этой схеме работает в линейном режиме и не входит в насыщение. Это позволяет транзистору быстро открываться и быстро закрываться.

В этой схеме только один резистор вместо двух, что так же может иметь важное значение в практическом применении.

Важно чтобы напряжение управления базы было стабильным, так как оно является опорным для стабилизации тока.

Для питания коллекторной цепи этой схемы требуется напряжение большее чем напряжение управляющего сигнала.

Способы сократить время выключения транзистора

Если у нас стоит базовый резистор и мы управляем транзистором от вывода микроконтроллера с питанием 3.3 В, то получается что мы включаем транзистор током с 3.3 В , а выключаем транзистор током через тот же резистор, но током с напряжения 0.7 В, то есть ток базы на выключение транзистора получится меньше.

Рисунок 4. Время выключения транзистора 1200 нсек

Это одна из причин почему выключается транзистор медленней. Для увеличения скорости выключения транзистора мы можем применить такую схему.

Рисунок 5. Время выключения транзистора 400 нсек

В схеме на рисунке 5, при выключении, когда выходной сигнал с микроконтроллера становится равным 0 В, получается что оба резистора 300 Ом и 200 Ом соединяются параллельно и суммарное сопротивление становится меньше, что приводит к увеличению тока базы транзистора при выключении. Это увеличивает скорость выключения транзистора.

Еще один способ увеличить скорость выключения транзистора, это сократить глубину насыщения транзистора при включении. Диод подключенный от базы на коллектор уменьшит глубину насыщения. Вначале включения на коллекторе высокое напряжение, диод закрыт и весь ток базового резистора течет через эмиттерный переход транзистора. Когда напряжение на коллекторе станет ниже напряжения базы, этот диод начнет шунтировать эмиттерный переход и часть тока базового резистора потечет через диод при этом ток через эмиттерный переход уменьшится и это сократит глубину насыщения транзистора.

Рисунок 6. Задержка выключения транзистора составляет около 20 нсек

Каскад увеличения выходного тока на биполярных транзисторах.

Эта схема позволяет увеличить ток на выходе. Это полумостовая схема. В ней используется два транзистора различной проводимости, комплементарная пара транзисторов. Оба транзистора, и верхний и нижний, в этой схеме включены по схеме с общим коллектором. Включение с общим коллектором обладает такой особенностью, что выходное напряжение не может быть больше входного напряжения, при этом происходит усиление тока.

Рисунок 7. Схема увеличения выходного тока

При построении полумоста на полевых транзисторах нужно особым образом проектировать схему управления, и если оба транзистора управлять от одного сигнала, то в момент переключения будет течь сквозной ток с питания на землю, так как один транзистор уже включился, а другой еще не успел выключиться.

Сквозной ток плох тем, что он будет увеличивать потребление, сквозной ток будет создавать мощную помеху и может вывести транзисторы из строя. Для устранения этого для управления полумостом полевых транзисторов используют два сигнала, на один транзистор подается сигнал отключения, затем пауза на время отключения транзистора (мертвое время, deadtime), затем подается сигнал на включение второго транзистора. Такой способ заметно усложняет схему управления и требует два различных сигнала управления. Полумостовая схема на биполярных транзисторах включенных с общим эмиттером тоже требует мертвое время при переключении для исключения сквозного тока.

Схема изображенная на рисунке 7 с биполярными транзисторами включенными по схеме с общим коллектором лишена такого недостатка, и полумост может управляться одним сигналом. То есть сквозной ток через оба транзистора при переключении в схеме на рисунке 7 отсутствует.

Дополнительным достоинством этой схемы, является отсутствие резисторов.

Так же, транзисторы в этой схеме работают без насыщения, то есть максимально быстро включаются и отключаются, что позволяет применять эту схему как усилитель ШИМ.

Недостатком этой схемы является падение на транзисторах. На примере нижнего транзистора. Когда мы переводим сигнал управления на базе с 3.3 В на 0 В, нижний транзистор начинает включаться. При этом напряжение на эмиттере транзистора не может стать равным нулю, так как в этом случае через эмиттерный переход будет отсутствовать ток открывающий транзистор. Таким образом минимальное напряжение на выходе этого каскада составит около 0.7 В. Аналогичная ситуация и с верхним транзистором, максимальное напряжение на выходе каскада не может быть больше чем напряжение питания минус 0.7 В.

Как можно использовать каскад усиления тока

Если взять два таких полумоста с питанием равным напряжению питания микроконтроллера, сделать сигнал ШИМ и его инверсию (либо отдельным инвертором, либо конфигурацией выходов в микроконтроллере) и подать каждый сигнал на свой полумост, то получится довольно мощный усилитель, например для генерации звука.

Рисунок 8

При питании усилителя от 3.3 В Размах напряжения на выходе составит 3.3 В — 2 * 0.7 В = 1.9 В. При использовании динамической головки сопротивлением 4 Ом ток через нее составит около 0.4 А и максимальная мощность на нагрузке получится чуть больше половины Ватта. Что довольно таки хорошо для такого простейшего усилителя ШИМ. Питание этой схемы усилителя нужно качественно фильтровать, так как любое изменение напряжения питания будет отражаться на изменении тока через нагрузку.

При применении микроконтроллера с питанием 5 В так же можно увеличить напряжение питания усилителя до 5 В, при этом выходная мощность на нагрузке сопротивлением 4 Ом получится около 3 Вт. При этом нужно взять транзисторы с большим допустимым током коллектора, например комплементарную пару SS8550 (pnp) и SS8050 (npn), они допускают ток коллектора до 1.5 А, транзисторы придется дополнительно охлаждать.

Эту же схему можно использовать для управления коллекторными моторами с применением ШИМ. Схема позволяет менять направление вращения электромотора. При использовании более высокого напряжения питания этого усилителя тока требуется также увеличить напряжение управляющего сигнала.

Рисунок 9. Мост управления коллекторным двигателем

Для приведения уровня управляющего сигнала с 3.3 В до 15 В применен транзистор.

В этой схеме для управления каждым полумостом используется логическая микросхема 4069 (CD4069UB). В этой микросхеме шесть логических инверторов, питание микросхемы может осуществляться от 3 В до 18 В. Для управления мостом необходимо подать питание на эту микросхему от того же напряжения питания что и мост. Эта же микросхема используется для формирования инверсного сигнала для второго полумоста. Для того чтобы на нагрузку можно было подать максимальное напряжение 12 В с учетом падения на транзисторах, увеличено напряжение питания моста до 15 В. В этой схеме реализован режим управления током нагрузки fast decay. Для реализации режима slow decay потребуется отдельное управление для каждого полумоста.

Для упрощения понимания в статье рассматриваются только основные параметры, и характеристики реальных каскадов будут несколько отличаться. Все схемы приведенные в статье промоделированы в LTspice

Раз вы дочитали до этого момента – значит статья вас заинтересовала. Поддержите автора донатом!

https://donate.stream/ya4100117341489066

Теория работы транзистора в ключевом режиме

Механика Теория работы транзистора в ключевом режиме

просмотров — 467

Схема включения транзистора в ключевом режиме

Основные определœения

Ключевым принято называть такой режим работы, при котором транзистор может находиться в двух устойчивых состояниях:

а) закрытом;

б) открытом.

В эти состояния транзистор переходит под действием входных сигналов, которые, как правило, имеют импульсную форму.

Механическим аналогом транзистора при работе его в КР является ключ.

Рис. 9.1 Механический аналог работы транзистора в ключевом режиме в области отсечки (а) и в области насыщения (б)

Рис. 9.2 – Форма входного сигнала (а) и схема импульсного усилителя (б) с отдельным источником смещения

В данной схеме транзистор нормально на участке 0…1 закрыт, в связи с этим I_Э = I_К = 0 за счет напряжения Е_СМ, подключенного к базе в непроводящем направлении. Открытие транзистора производится входным сигналом φ_ВХ = U_ВХ, подаваемым в проводящем направлении. Для четкого открытия и закрытия транзистора напряжение U_ВХ подается в импульсной форме.

Эта схема может быть преобразована в нормально открытую. Для этого крайне важно изменить полярность смещения, тогда для закрытия транзистора напряжение U_ВХ подается в непроводящем направлении.

9.3 Выбор рабочей точки на входной и выходной динамической характеристике

Рис. 9.3 Рабочие точки транзистора в ключевом режиме на входной (а) и выходной (б) характеристиках

Согласно схеме при отсутчтвии входного сигнала φн транзистор закрыт, ᴛ.ᴇ. находится в области отсечки I, в связи с этим рабочая точка А расположена на характеристике при I_Б = 0, и, как видно из входной характеристики, закрытое состояние обеспечивается напряжением смещения Есм.

Для перевода транзистора в открытое состояние в точку В на вход подается входной импульс φ_Н, который переводит транзистор в точку В, ᴛ.ᴇ. в область насыщения II.При этом через базу протекает ток I_{Б НАС}, а через коллектор I_{К MAX}.

Рассмотрим процесс переключения транзистора из закрытого состояния в открытое по временным диаграммам. Стоит сказать, что для наглядности примем, что входной сигнал u_ВХ имеет трапециидальную форму.

Согласно схеме на вход подается напряжение смещения (рис. 9.4, б) и входной сигнал (рис. 9.4, а), в связи с этим результирующее напряжение между эмиттером и базой:

u_{ВХ РЕЗ} = Е_СМ + u_ВХ.

Так как напряжения Е_СМ и u_ВХ имеют разные знаки, то диаграмма u_{ВХ РЕЗ} имеет вид (рис. 9.4, в).

Рассмотрим процесс переключения транзистора.

Видно, что на участке 0-1′ u_{ВХ РЕЗ}>0, ᴛ.ᴇ. на базу подается “+”. Следовательно, транзистор закрыт, в связи с этим I_К=0 и на выходе U_R=0, а U_ЭК=Е_К.

В момент 1′ uВХ РЕЗстанет равным нулю (рис. 9.4, в). Транзистор начнет открываться (рис. 9.4, г), ᴛ.ᴇ. переходить из области отсечки в область насыщения через активную область (от точки А к точке В на рис. 9.3, в).

Допустим, что в момент 2′ напряжение uВХ РЕЗ стало достаточным для создания IБ=IБ НАС.Транзистор полностью открывается и переходит в область насыщения.

UВХрез=UЭБ= ECМ+uВХ;

IК=IКMAX= EК/RК; IБ=IБНАС; IЭ= IЭMAX.

Пока транзистор будет открыт (рис. 9.4, д), (рис. 9.4, е):

UR= IK∙RK = EK.

В момент 3 uВХначнет увеличиваться. Но до момента 3′ IБ ≥ IБ НАС, в связи с этим транзистор остается в области насыщения. В момент 3′ транзистор начнет закрываться и в момент 4′ полностью закроется. Для этого состояния транзистора можно записать:

Τᴀᴋᴎᴍ ᴏϬᴩᴀᴈᴏᴍ, на участке 0-1′ транзистор работает как разомкнутый ключ а, на участке 1′-3′ как замкнутый ключ и после 3′ переходит вновь в разомкнутое состояние.

Все вышесказанное справедливо и для импульсного усилителя по рисунку 9.6.

Временные диаграммы напряжений входа

Рис. 9.4 – Диаграммы напряжений на элементах схемы импульсного усилителя с источником смещения

Временные диаграммы напряжений выхода

Рис. 9.4 – Диаграммы напряжений на элементах схемы импульсного усилителя с источником смещения

Читайте также

Схема транзисторного переключателя — Информация по электронике от PenguinTutor

Транзистор — это усилитель, который может увеличить силу тока, протекающего по цепи. Его можно использовать в качестве переключателя, используя только транзистор в выключенном состоянии или во включенном состоянии, используя область насыщения транзистора. В качестве переключателя транзистор часто используется для получения сигнала от цифровой схемы и его использования для переключения больших нагрузок, чем может обеспечить интегральная схема (ИС).

На приведенной ниже схеме показана обычная простая конфигурация схемы транзисторного переключателя.Он состоит из одного NPN-транзистора и изображает два резистора. Резистор R _L не обязательно является резистором, но представляет значение сопротивления переключаемого устройства. Это может быть лампа, реле или какое-либо другое устройство, которому требуется больший ток, чем вход может напрямую управлять. Резистор может понадобиться, если переключаемое устройство не имеет собственного достаточного сопротивления (например, светодиоды). Резистор на базе R _b — это резистор, используемый для предотвращения повреждения базы транзистора. Он должен быть достаточно большим, чтобы предотвратить повреждение транзистора, но при этом должен обеспечивать достаточный ток для включения транзистора. Подробности о том, как определить размер резистора, объясняются ниже.

Как работает схема

Чтобы транзистор действовал как переключатель, его необходимо активировать как область насыщения. При включении в режиме насыщения транзистор действует так, как если бы он был замкнутым переключателем, пропускающим ток через нагрузку.

Если коммутируемая нагрузка представляет собой индуктивное устройство, такое как двигатель, соленоид или реле, то диод должен быть подключен в обратном направлении к нагрузке, чтобы предотвратить повреждение транзистора любой обратной ЭДС.

Хотя цель этого состоит в том, чтобы свести математику к минимуму, нам нужно использовать простую формулу, чтобы определить подходящее значение для базового резистора R _b . Ключевым уравнением, используемым здесь, является закон Ома.

Расчеты

Чтобы определить соответствующий уровень резистора, вам необходимо рассчитать соответствующий входной ток для насыщения транзистора.Вход обычно управляется гораздо более высоким током, чтобы гарантировать, что он находится в этой области насыщения (например, в 10 раз больше минимального базового входного тока насыщения).

Сначала нам нужно определить ток, протекающий через резистор R _L . В зависимости от типа устройства это может быть возможно взять из таблицы данных на основе тока, необходимого для активации или работы устройства. Если это неизвестно — или нам нужно ограничить этот ток для защиты устройства, тогда сопротивление можно рассчитать по закону Ома.

V _cc — напряжение питания, V _ce — падение напряжения между коллектором и эмиттером при насыщении. Значение V _ce можно найти в паспорте транзистора.

Необходимо проверить паспорт транзистора, чтобы убедиться, что максимальный ток проходит через транзистор. На маломощном транзисторе он может быть довольно низким, например, 100 мА на BC546, но на высокомощном транзисторе он может достигать 15 А на TIP3055. Если значение I _{c max} слишком низкое, то необходимо либо использовать другой транзистор, либо добавить резистор для ограничения этого тока (если остальная часть схемы может работать с уменьшенным током).

После определения тока коллектора можно определить минимальный ток базы, взглянув на коэффициент усиления транзистора. Коэффициент усиления указан в техпаспорте как hFE или β

.

Формула соотношения между током коллектора и током базы:

, которую мы транспонируем как:

Коэффициент усиления для транзистора непостоянен, но для ключа, использующего наименьшее значение, транзистор находится в области насыщения. Примеры значений усиления: от 200 до 450 для транзистора BC546 или 45 для транзистора TIP3055.

Чтобы убедиться, что транзистор полностью включен даже при изменении нагрузки, мы обычно умножаем базовый ток на коэффициент 10. Если базовый ток, в десять раз превышающий требуемый базовый ток, превышает максимальный базовый ток, тогда значение ниже максимального вместо этого следует использовать базовый ток.

Чтобы получить резистор соответствующего размера, мы используем следующую формулу.

Где V _I — входное напряжение на базовом резисторе.

Практический пример

См. мои примеры проектов с использованием транзисторных ключей

Транзистор с биполярным переходом (BJT) в качестве переключателя | Биполярные переходные транзисторы

Биполярные переходные транзисторы (также известные как BJT) могут использоваться в качестве усилителя , фильтра, выпрямителя, генератора или даже переключателя , пример которого мы рассмотрим в первом разделе.Транзистор будет работать как усилитель или другая линейная схема, если транзистор смещен в линейную область. Транзистор можно использовать в качестве переключателя, если он смещен в областях насыщения и отсечки. Это позволяет току течь (или нет) в других частях цепи.

Поскольку ток коллектора транзистора пропорционально ограничен током его базы, его можно использовать в качестве своего рода переключателя, управляемого током. Относительно небольшой поток электронов, проходящий через базу транзистора, может контролировать гораздо больший поток электронов через коллектор.

Использование BJT в качестве переключателя: пример

Предположим, у нас есть лампа, которую мы хотим включать и выключать с помощью выключателя. Такая схема была бы предельно простой, как на рисунке ниже (а).

Для иллюстрации давайте вставим транзистор вместо переключателя, чтобы показать, как он может управлять потоком электронов через лампу. Помните, что управляемый ток через транзистор должен проходить между коллектором и эмиттером.

Поскольку мы хотим контролировать ток через лампу, мы должны расположить коллектор и эмиттер нашего транзистора там, где были два контакта переключателя. Мы также должны убедиться, что ток лампы будет перемещаться на против в направлении символа стрелки эмиттера, чтобы обеспечить правильное смещение перехода транзистора, как показано на рисунке ниже (b).

(a) механический переключатель, (b) транзисторный переключатель NPN, (c) транзисторный переключатель PNP.

Для этой работы можно было бы также выбрать PNP-транзистор. Его применение показано на рисунке выше (c).

Выбор между NPN и PNP действительно произвольный.Все, что имеет значение, это то, что правильное направление тока сохраняется ради правильного смещения перехода (поток электронов идет против , стрелка символа транзистора).

На приведенных выше рисунках база любого биполярного транзистора не подключена к подходящему напряжению, и через базу не протекает ток. Следовательно, транзистор не может включиться. Пожалуй, проще всего было бы подключить переключатель между проводами базы и коллектора транзистора, как показано на рисунке (а) ниже.

Транзистор: (а) отсечка, лампа выключена; (b) насыщенный, лампа горит.

Отсечка по сравнению с насыщенными транзисторами

Если переключатель разомкнут, как показано на рисунке (а), базовый провод транзистора останется «плавающим» (ни к чему не подключен) и через него не будет протекать ток. В этом состоянии транзистор называется отсечкой .

Если ключ замкнут, как на рисунке (b), ток сможет протекать от базы к эмиттеру транзистора через ключ.Этот базовый ток позволит гораздо большему току течь от коллектора к эмиттеру, тем самым зажигая лампу. В этом состоянии максимального тока цепи транзистор называется насыщенным .

Конечно, использование транзистора в этом качестве для управления лампой может показаться бессмысленным. Вместо транзистора будет достаточно обычного переключателя.

Зачем использовать транзистор для управления током?

Здесь можно указать два момента. Во-первых, это тот факт, что при таком использовании контакты переключателя должны выдерживать только тот небольшой базовый ток, который необходим для включения транзистора; сам транзистор обрабатывает большую часть тока лампы. Это может быть важным преимуществом, если переключатель имеет низкий номинальный ток: небольшой переключатель может использоваться для управления относительно сильноточной нагрузкой.

Что еще более важно, поведение транзистора по управлению током позволяет нам использовать что-то совершенно другое для включения или выключения лампы.Рассмотрим рисунок ниже, где пара солнечных элементов обеспечивает 1 В для преодоления 0,7 В напряжения база-эмиттер транзистора, чтобы вызвать протекание тока базы, который, в свою очередь, управляет лампой.

Солнечная батарея служит датчиком освещенности.

Или мы могли бы использовать термопару (многие из которых соединены последовательно), чтобы обеспечить необходимый базовый ток для включения транзистора, как показано на рисунке ниже.

Одна термопара обеспечивает менее 40 мВ.Многие последовательно соединенные транзисторы V _BE могут выдавать напряжение, превышающее 0,7 В, чтобы вызвать протекание тока базы и, как следствие, тока коллектора лампы.

Даже микрофон (см. рисунок ниже) с достаточным выходным напряжением и током (от усилителя) может включить транзистор, при условии, что его выход выпрямлен из переменного тока в постоянный, так что PN-переход эмиттер-база внутри транзистора всегда будет прямое смещение:

Усиленный микрофонный сигнал выпрямляется до постоянного тока для смещения базы транзистора, обеспечивающего больший ток коллектора.

Теперь это должно быть совершенно очевидно. Для включения транзистора можно использовать любой достаточный источник постоянного тока, и этот источник тока должен составлять лишь часть тока, необходимого для питания лампы.

Здесь мы видим, что транзистор работает не только как переключатель, но и как усилитель t : используя относительно маломощный сигнал для управления относительно большой мощностью. Обратите внимание, что фактическая мощность для освещения лампы поступает от батареи справа от схемы.Дело не в том, что слабый ток сигнала от солнечной батареи, термопары или микрофона волшебным образом преобразуется в большее количество энергии. Скорее, эти небольшие источники энергии просто контролируют мощность батареи, чтобы зажечь лампу.

BJT как переключатель ОБЗОР:

• Транзисторы могут использоваться в качестве переключающих элементов для управления подачей постоянного тока на нагрузку. Коммутируемый (управляемый) ток проходит между эмиттером и коллектором; управляющий ток проходит между эмиттером и базой.
• Когда через транзистор проходит нулевой ток, говорят, что он находится в состоянии отсечки (полностью непроводящий).
• Когда через транзистор проходит максимальный ток, говорят, что он находится в состоянии насыщения (полностью проводящий).

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

Падение напряжения на открытом транзисторе.

Ключевой режим работы биполярных транзисторов

Транзисторная импульсно-цифровая технология основана на работе транзистора в качестве ключа.Замыкание и размыкание цепи нагрузки является основным назначением транзистора, работающего в ключевом режиме. По аналогии с механическим переключателем (реле, контактором) качество транзисторного ключа определяется прежде всего падением напряжения (остаточным напряжением) на транзисторе в закрытом (открытом) состоянии, а также остаточным током транзистора в выключенное (закрытое) состояние.

Важность рассмотрения свойств транзисторного ключа для понимания последующего материала вытекает из того, что при изменении состояний транзистора в последовательной цепи с резистором и источником питания, по сути, формируются импульсные сигналы , а также различные преобразования импульсных сигналов в цепях и узлах импульсной техники.Транзистор также используется в качестве бесконтактного переключателя в цепях переменного и постоянного тока для регулирования мощности, подаваемой на нагрузку.

В основе всех узлов и схем импульсной и цифровой техники лежит так называемая ключевая схема — каскад на транзисторе, работающий в ключевом режиме. Создание ключевой схемы похоже на усилительный каскад. Транзистор в ключевой схеме может быть включен с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором. Наибольшее распространение получила схема ОЭ. Этот тип включения биполярного транзистора используется далее при рассмотрении ключевого режима его работы.

Рисунок 4.3 – Схема ключа на транзисторе и графическое определение режимов открытого и закрытого состояний транзистора

Цепь ключа на транзисторе типа п-п-п показана на рис. 4.3, а … Транзистор Т выполняет роль ключа последовательно с резистором Р К и источником питания.

Для удобства рассмотрения процессов в схеме в режимах открытого и закрытого состояний транзистора воспользуемся графоаналитическим методом, основанным на построении линии нагрузки а — б на постоянном токе (рис. 4.3, б ).

Линия нагрузки описывается соотношением U ke = — ( E к — I К R j) и выполняется так же, как и для усилительного каскада. Точки пересечения линии нагрузки с ВАХ транзистора определяют напряжения на элементах и ​​ток в последовательной цепи.

Режим запирания (режим отсечки) транзистора осуществляется подачей на его вход напряжения положительной полярности ( U в > 0), показанного на рисунке 4.3, и без скоб. Под действием входного напряжения эмиттерный переход транзистора заперт ( U э > 0 ) и его ток I э = 0. При этом через резистор R б обратный (тепловой ) ток коллекторного перехода протекает I к0. Закрытое состояние транзистора соответствует точке М ч (см. рис. 4.3, б ).

Тепловой поток через нагрузку I к0 обусловлен тем, что транзистор в закрытом состоянии не обеспечивает полного отключения нагрузочного резистора R к от источника питания. Небольшое значение I к0 является одним из критериев выбора транзистора для ключевого режима работы.

Значение запирающего входного напряжения U в. с ан выбрано таким, чтобы при протекании через резистор R б теплового тока обеспечивалось выполнение условия:

U bae = U в. с ан — I k0 R b> 0.

Напряжение U 6e для германиевых транзисторов равно 0.5…2,0 В.

Режим открытого состояния транзистора достигается изменением полярности входного напряжения ( U inM o на линии нагрузки.

Определяем необходимые условия для создания открытого состояния транзистора. Для этого примем, что для U inI b увеличивается постепенно. Увеличение тока базы будет соответствовать увеличению тока коллектора и смещению рабочей точки от положения М ч вверх по линии нагрузки.Напряжение U кэ транзистора постепенно уменьшается. До определенного предельного значения базового тока I б. гр известна пропорциональная зависимость между I к и I б.

Мы вникли в основы усилителей, и мало что было сказано о том, что такое обратная связь и усиление. Приведен расчет схемы на операционном усилителе. Теперь мы готовы заглянуть немного глубже, чтобы понять основы основ.

Транзистор можно рассматривать как переменное сопротивление.Положение регулятора зависит от тока, подаваемого на базу. Если ток не подается, сопротивление перехода коллектор-эмиттер очень велико. При подаче на базу малого тока сопротивление переменного резистора уменьшится, и по цепочкам К-Е потечет ток в h31 раз больше тока базы. h31 — величина коэффициента усиления транзистора, найденная в справочнике.

Если ток базы постепенно увеличивается, сопротивление перехода будет постепенно уменьшаться, пока не станет близким к нулю.В этот момент транзистор будет полностью открыт, именно такой режим мы рассматривали в статье о подключении нагрузки с помощью транзистора.

В этот раз нас интересует промежуточное состояние, так как вход и выход взаимосвязаны, выходной сигнал будет копией входного, но усиленным в несколько раз. Теперь посмотрим на выигрыш. Дело в том, что h31 имеет довольно большой разброс для одного типа транзистора, может быть в пределах от 400 до 1000. Также он зависит от температуры.Поэтому существует типовая схема усиления, учитывающая все эти недостатки. Но для общего развития стоит рассказать, какие они вообще бывают.

Вспомним, что мы представляли себе усилитель в виде черного ящика — две входные ноги и две выходные ноги. В случае с транзистором одна из ветвей будет постоянно общей для входа и выхода. В зависимости от этого транзистор может включаться по схеме с общей базой, с общим коллектором и общим эмиттером.

Каждая из этих схем имеет свои преимущества и недостатки.Нашей целью является рассмотрение включения по схеме с общим эмиттером, т.к. эта схема позволяет усиливать как ток, так и напряжение.

На самом деле в интернете много информации по расчету схемы с общим эмиттером, но на мой взгляд, она не подходит для человека, который с трудом представляет, как выглядит транзистор. Здесь мы рассмотрим максимально упрощенный вариант, который позволит получить весьма приблизительный, но, на мой взгляд, понятный результат.Поэтому постараемся во всем разобраться пошагово.

Настоящий транзистор имеет несколько особенностей, которые необходимо учитывать при разработке схемы. Например, если на базу подать сигнал малой амплитуды, то на выходе ничего не будет — транзистор просто не откроется. Чтобы на выходе появился сигнал, его надо немного приоткрыть, т.е. подать на базу напряжение смещения, порядка 0,7В. Обычно это напряжение подается с помощью делителя напряжения. На номиналы резисторов пока не обращаем внимания, расчет будет чуть дальше.

В следующий момент, когда транзистор откроется, по цепи коллектор-эмиттер будет протекать ток, а когда транзистор будет полностью открыт, ток будет ограничен только источником питания. Поэтому транзистор может сгореть. Значение максимального тока указано в инструкции, поэтому для ограничения тока в коллекторную цепь ставится токоограничивающий резистор (как у светодиода).

Осталось добавить резистор в цепь эмиттера.Смысл его в том, что при изменении напряжения на выходе под влиянием температуры окружающей среды изменяется и ток коллектора. Поскольку токи коллектора и эмиттера одинаковы, меняется и напряжение на эмиттерном резисторе. Напряжения базы и эмиттера связаны формулой U be = U b — U e. получается, что если напряжение на выходе увеличится, то на базе уменьшится, при этом транзистор закроется и наоборот.Таким образом, транзистор регулирует сам себя, не допуская изменения напряжения под воздействием внешних факторов, т.е. эмиттерный резистор выполняет роль отрицательной обратной связи.

Напомним, что коэффициент усиления находится в довольно широком диапазоне. Поэтому эмиттерный резистор, кроме того, за счет обратной связи позволяет управлять величиной коэффициента усиления схемы. Отношение сопротивления коллектора к сопротивлению эмиттера примерно равно Ku.

Любой источник сигнала имеет свое внутреннее сопротивление, поэтому для предотвращения протекания тока от внешнего источника VCC через источник V1 установлен блокировочный конденсатор С1. В итоге мы получили схему усилителя с общим эмиттером.

Во избежание искажения сигнала на базу необходимо подать напряжение смещения, т.е. транзистор должен быть постоянно открыт, поэтому даже при отсутствии сигнала на входе по цепи коллектор-эмиттер будет постоянно протекать ток. Этот ток называется током покоя, его рекомендуемое значение 1-2мА. Остановимся на 1 мА.

Теперь нужно подобрать резисторы R3 и R4, Их величина будет определять ток покоя, но надо учитывать, что транзистор не сможет усилить напряжение ниже 0.7В, поэтому выходной сигнал обычно колеблется вокруг точки, которая обычно выбирается как половина напряжения питания. Следовательно, половина напряжения должна падать на этих резисторах, а другая половина — на транзисторе.

R3 + R4 = (Uпит/2)/Ik=2,5В/0,001=2,5кОм.
Требуемый коэффициент усиления равен 10, т.е. R3 должен быть в 10 раз больше, чем R4. Исходя из этого есть два условия:
R3 + R4 = 2500
R3 = 10 * R4

Подставляем второе выражение в первую формулу
10R4 + R4 = 2500
11R4 = 2500
R4 = 227 Ом ближайший фактический номинал 220 Ом
R3 = 10 * R4 = 2270 ближайший номинал 2. 2кОм

Пересчитаем среднее напряжение на выходе с учетом подобранных резисторов:
Uк = Usup- (Rk * Ik) = 5-2,2 * 0,001 = 2,8В

Теперь необходимо рассчитать ток базы, для транзистора ВС547С h31мин = 420
Iб = (Uпит / (Rк + Re)) / h31 = (5 / (2200 + 220)) / 420 = 0,00000492А

Ток делителя R1, R2 должен быть в 5-10 раз больше тока базы, чтобы не влиять на него
Id = Ib * 10 = 0,0000492А

Рассчитаем общее сопротивление делителя R1, R2
R12 = Uпит / Iд = 5 / 0.0000492 = 101 692 Ом

Напряжение Ube типично для всех транзисторов, оно находится в пределах 0,55-0,7В. По знакомой формуле вычисляем напряжение на базе:
Uб = Uэ + Uбэ = 0,22 + 0,66 = 0,88В

Отсюда вычисляем сопротивление R2:
Rb2 = (Rb1 + Rb2) * Ub / Ep = (101 * 0,88) / 5 = 17 776 или 18 кОм по номинальному ряду

Из их суммы R1, R2 можно найти R1
R1 = R12-R2 = 101-18 = 83кОм или 82кОм из существующих

Остался только блокировочный конденсатор, его номинал должен быть больше
C >> 1/2 * pi * f * R2 || R1 f — нижняя граница усиливаемой частоты, принимаем 20Гц
С=1/(6. 28*20*82000) = 0,09мкФ, можно поставить 0,47мкФ

В итоге у нас получилась следующая схема:

Как видим, выходной вольтметр показывает 432мВ, т.е. коэффициент усиления схемы получился Ку=432/50~8,5. Чуть меньше ожидаемого, но в целом неплохо. И еще, на графиках видно, что сигнал, как уже было сказано, смещен относительно нуля, можно убрать постоянную составляющую, поставив на выходе конденсатор. Также обратите внимание, что усиленный сигнал смещен на 180 градусов относительно входного сигнала.

Страшное слово — Транзистор

Ну, собственно, пройдя семь скучных и бесполезных глав про всякую чушь =), мы наконец-то добрались до самого интересного и захватывающего. Перед транзистором.

Современная электроника не могла бы существовать, если бы не этот элемент! Ведь даже самая навороченная микросхема где-то в глубине своей силиконовой души состоит из одних и тех же транзисторов. Только очень маленькие.

Транзистор — усилительный элемент. Он усиливает слабую энергию подаваемого на него сигнала за счет энергии дополнительного источника питания.

Позвольте мне объяснить. Все мы хоть раз ездили поездом, поездом или хотя бы трамваем. Когда поезд замедляет ход, всегда слышно характерное шипение. Это пневматический тормозной привод. Другими словами, сжатый воздух поступает из бака в тормоза. Тормозные колодки соединены с поршнем. Когда сжатый воздух начинает давить на поршень, поршень движется вперед и плотно прижимает колодки к колесу.Поезд тормозит… И почему воздух начинает поступать к поршню? Наверное, этого хочет водитель. Он открывает клапан в своей кабине, и воздух течет. Все до неприличия просто!

Маленькая пояснительная картинка:

Теперь зададимся вопросом, мог ли машинист остановить поезд, если бы тормозной рычаг был напрямую связан с тормозными колодками? Возможно нет. Как бы он ни был качен, человек не может остановить поезд. А сжатый воздух делает это легко, просто откройте вентиль.

Посмотрим, что получилось: водитель тратит мало энергии, чтобы нажать на рычаг тормоза. Клапан открывается, и мощный поток сжатого воздуха с гораздо большей энергией давит на тормозные колодки. То есть клапан можно назвать усилительным элементом, усиливающим слабую энергию, затрачиваемую человеком за счет сильной энергии сжатого воздуха.

Могу заверить, что в транзисторе все точно так же. Только через него проходит не сжатый воздух, а электричество… Транзистор имеет три вывода: коллектор, эмиттер и базу.

Между коллектором и эмиттером протекает сильный ток, он называется током коллектора (Iк), между базой и эмиттером — слабый ток управления базы (Iб). Величина тока коллектора зависит от величины тока базы, так же как давление сжатого воздуха зависит от того, насколько открыт клапан. При этом ток коллектора всегда больше тока базы в определенное число раз.Эта величина называется коэффициентом усиления по току, обозначается х31е, … У разных типов транзисторов эта величина колеблется от единиц до сотен раз.

Итак, коэффициент усиления по току равен отношению тока коллектора к току базы:

h31e = Ik/Ib

Для расчета тока коллектора необходимо умножить ток базы на коэффициент усиления:

Ik = Ib * h31e

Рисуем схему.

В этой схеме транзистор управляет яркостью лампочки.Другими словами, он регулирует ток, протекающий через лампочку. Поскольку лампочка подключена к коллектору транзистора, то ток, протекающий через нее, является током коллектора.

Ток базового привода ограничен резистором R1. Зная этот ток и коэффициент усиления транзистора (х31э), можно легко узнать ток коллектора. С другой стороны, зная, какой ток коллектора нам нужен, мы всегда можем рассчитать ток базы и подобрать соответствующий резистор.

Давайте посчитаем 🙂

.

Пусть наша лампочка потребляет ток 0,33 А,
и транзистор имеет h31e = 100.
Какой ток базы необходим, чтобы лампочка горела при полном накале?
А какое сопротивление R1 будет?

Полное накаливание — это когда потребляемый ток равен номинальному.
Номинальный — 0,33 А. Таким образом, требуемый ток коллектора равен 0,33 А.
Ток базы должен быть меньше тока коллектора в h31e раз.То есть в 100 раз. То есть он должен быть равен 0,33/100 = 0,0033А = 3,3 мА.
Ура, мы решили!!!

Как работают электронные компоненты

Электронные гаджеты прочно вошли в нашу жизнь. Они сделали нашу жизнь комфортнее и удобнее. Электронные гаджеты имеют широкий спектр применения в современном мире, от авиации до медицины и здравоохранения. На самом деле, электронная революция и компьютерная революция идут рука об руку.

Большинство устройств имеют крошечные электронные схемы, которые могут управлять машинами и обрабатывать информацию. Проще говоря, электронные схемы — это спасательные круги различных электроприборов. В этом руководстве подробно рассказывается об общих электронных компонентах, используемых в электронных схемах, и о том, как они работают.

В этой статье я представлю обзор электронных схем. Затем я предоставлю дополнительную информацию о 7 различных типах компонентов. Для каждого типа я расскажу о составе, о том, как он работает, а также о функции и значении компонента.

1. Конденсатор
2. Резистор
3. Диод
4. Транзистор
5. Индуктор
6. Реле
7. Кристалл кварца

Обзор электронной схемы

Электронная схема представляет собой структуру, которая направляет и контролирует электрический ток для выполнения различных функций, включая усиление сигнала, вычисления и передачу данных. Он состоит из нескольких различных компонентов, таких как резисторы, транзисторы, конденсаторы, катушки индуктивности и диоды.Токопроводящие провода или дорожки используются для соединения компонентов друг с другом. Однако цепь завершена только в том случае, если она начинается и заканчивается в одной и той же точке, образуя петлю.

Элементы электронной схемы

Сложность и количество компонентов в электронной схеме могут меняться в зависимости от ее применения. Однако простейшая схема состоит из трех элементов, включая проводящую дорожку, источник напряжения и нагрузку.

Элемент 1: токопроводящая дорожка

Электрический ток протекает по проводящему пути.Хотя в простых цепях используются медные провода, их быстро заменяют проводящими дорожками. Токопроводящие дорожки представляют собой не что иное, как медные листы, наклеенные на непроводящую подложку. Они часто используются в небольших и сложных схемах, таких как печатные платы (PCB).

Элемент 2: Источник напряжения

Основная функция цепи — обеспечить безопасное прохождение электрического тока через нее. Итак, первым ключевым элементом является источник напряжения.Это устройство с двумя клеммами, такое как батарея, генераторы или энергосистемы, которые обеспечивают разность потенциалов (напряжение) между двумя точками в цепи, чтобы через нее мог протекать ток.

Элемент 3: нагрузка

Нагрузка — это элемент цепи, который потребляет энергию для выполнения определенной функции. Лампочка — самая простая нагрузка. Однако сложные схемы имеют разные нагрузки, такие как резисторы, конденсаторы, транзисторы и транзисторы.

Факты об электронных схемах

Факт 1: Обрыв цепи

Как упоминалось ранее, цепь всегда должна образовывать петлю, чтобы по ней мог протекать ток.Однако, когда дело доходит до разомкнутой цепи, ток не может протекать, так как один или несколько компонентов отключаются либо преднамеренно (с помощью переключателя), либо случайно (сломанные детали). Другими словами, любая цепь, которая не образует петлю, является разомкнутой цепью.

Факт 2: замкнутый цикл

Замкнутая цепь — это цепь, которая образует петлю без каких-либо прерываний. Таким образом, это полная противоположность разомкнутой цепи. Однако полная схема, не выполняющая никакой функции, все равно остается замкнутой.Например, цепь, подключенная к разряженной батарее, может не выполнять никакой работы, но все же это замкнутая цепь.

Факт 3: Короткое замыкание

В случае короткого замыкания между двумя точками электрической цепи образуется низкоомное соединение. В результате ток имеет тенденцию течь через это вновь образованное соединение, а не по намеченному пути. Например, если есть прямое соединение между отрицательной и положительной клеммой батареи, ток будет протекать через нее, а не через цепь.

Однако короткие замыкания обычно приводят к серьезным авариям, поскольку ток может протекать на опасно высоких уровнях. Следовательно, короткое замыкание может повредить электронное оборудование, привести к взрыву аккумуляторов и даже вызвать пожар в коммерческих и жилых зданиях.

Факт 4: Печатные платы (PCBs)

Для большинства электронных устройств требуются сложные электронные схемы. Вот почему дизайнерам приходится располагать крошечные электронные компоненты на печатной плате.Он состоит из пластиковой платы с соединительными медными дорожками на одной стороне и множеством отверстий для крепления компонентов. Когда макет печатной платы химически печатается на пластиковой плате, она называется печатной платой или печатной платой.

Рис. 1:  Печатная плата. [Источник изображения]

Факт 5: Интегральные схемы (ИС)

Хотя печатные платы могут предложить множество преимуществ, большинство современных инструментов, таких как компьютеры и мобильные устройства, требуют сложных схем, содержащих тысячи и даже миллионы компонентов.Вот тут-то и появляются интегральные схемы. Это крошечные электронные схемы, которые могут поместиться внутри небольшого кремниевого чипа. Джек Килби изобрел первую интегральную схему в 1958 году в компании Texas Instruments. Единственной целью ИС является повышение эффективности электронных устройств при одновременном уменьшении их размера и стоимости производства. С годами интегральные схемы становятся все более сложными по мере развития технологий. Вот почему персональные компьютеры, ноутбуки, мобильные телефоны и другая бытовая электроника с каждым днем ​​становятся все дешевле и лучше.

Рисунок 2:  Интегральные схемы. [Источник изображения]

Электронные компоненты

Благодаря современным технологиям процесс сборки электронных схем был полностью автоматизирован, особенно при сборке интегральных схем и печатных плат. Количество и расположение компонентов в схеме может варьироваться в зависимости от ее сложности. Однако он построен с использованием небольшого количества стандартных компонентов.

Следующие компоненты используются для создания электронных схем.

Компонент 1: Конденсатор

Конденсаторы

широко используются для построения различных типов электронных схем.Конденсатор представляет собой пассивный электрический компонент с двумя выводами, который может накапливать энергию в электрическом поле электростатически. Проще говоря, он работает как небольшая перезаряжаемая батарея, которая накапливает электричество. Однако, в отличие от батареи, он может заряжаться и разряжаться за долю секунды.

Рисунок 3:  Конденсаторы [Источник изображения]

A. Состав

Конденсаторы

бывают разных форм и размеров, но обычно они состоят из одних и тех же основных компонентов. Есть два электрических проводника или пластины, разделенные диэлектриком или изолятором, уложенным между ними.Пластины состоят из проводящего материала, такого как тонкие пленки металла или алюминиевой фольги. Диэлектрик, с другой стороны, представляет собой непроводящий материал, такой как стекло, керамика, пластиковая пленка, воздух, бумага или слюда. Вы можете вставить два электрических контакта, выступающих из пластин, чтобы зафиксировать конденсатор в цепи.

B. Как это работает?

Когда вы подаете напряжение на две пластины или подключаете их к источнику, на изоляторе возникает электрическое поле, в результате чего одна пластина накапливает положительный заряд, а отрицательный заряд накапливается на другой.Конденсатор продолжает удерживать заряд, даже если вы отключите его от источника. В тот момент, когда вы подключаете его к нагрузке, накопленная энергия будет течь от конденсатора к нагрузке.

Емкость – это количество энергии, хранящейся в конденсаторе. Чем выше емкость, тем больше энергии он может хранить. Увеличить емкость можно, сдвинув пластины ближе друг к другу или увеличив их размеры. Кроме того, вы также можете улучшить изоляционные качества, чтобы увеличить емкость.

C. Назначение и значение

Хотя конденсаторы выглядят как батареи, они могут выполнять различные функции в цепи, например, блокировать постоянный ток, пропуская переменный ток, или сглаживать выходной сигнал источника питания. Они также используются в системах передачи электроэнергии для стабилизации напряжения и потока мощности. Одной из наиболее важных функций конденсатора в системах переменного тока является коррекция коэффициента мощности, без которой невозможно обеспечить достаточный пусковой момент для однофазных двигателей.

Конденсаторы для фильтров

Если вы используете микроконтроллер в схеме для запуска определенной программы, вы не хотите, чтобы его напряжение падало, так как это приведет к сбросу контроллера. Вот почему конструкторы используют конденсатор. Он может снабжать микроконтроллер необходимым питанием на долю секунды, чтобы избежать перезагрузки. Другими словами, он отфильтровывает шум в линии электропередачи и стабилизирует питание.

Применение удерживающих конденсаторов

В отличие от батареи, конденсатор быстро разряжается.Вот почему он используется для подачи питания на цепь на короткое время. Аккумуляторы вашей камеры заряжают конденсатор, прикрепленный к вспышке. Когда вы делаете снимок со вспышкой, конденсатор высвобождает свой заряд за долю секунды, создавая вспышку света.

Таймерные конденсаторы

В резонансной или зависящей от времени цепи конденсаторы используются вместе с резистором или катушкой индуктивности в качестве синхронизирующего элемента. Время, необходимое для зарядки и разрядки конденсатора, определяет работу схемы.

Компонент 2: Резистор

Резистор представляет собой пассивное электрическое устройство с двумя клеммами, которое сопротивляется протеканию тока. Вероятно, это самый простой элемент электронной схемы. Это также один из наиболее распространенных компонентов, поскольку сопротивление является неотъемлемым элементом почти всех электронных схем. Обычно они имеют цветовую маркировку.

Рисунок 4:  Резисторы [Источник изображения]

A. Состав

Резистор — это вовсе не причудливое устройство, потому что сопротивление — это естественное свойство, которым обладают почти все проводники.Итак, конденсатор состоит из медной проволоки, обернутой вокруг изоляционного материала, такого как керамический стержень. Количество витков и толщина медного провода прямо пропорциональны сопротивлению. Чем больше число витков и тоньше провод, тем выше сопротивление.

Вы также можете найти резисторы, изготовленные из углеродной пленки в виде спирали. Отсюда и название углеродные пленочные резисторы. Они предназначены для маломощных цепей, потому что резисторы из углеродной пленки не такие точные, как их аналоги с проволочной обмоткой. Однако они дешевле проводных резисторов. Клеммы проводов присоединены к обоим концам. Поскольку резисторы слепы к полярности в цепи, ток может течь в любом направлении. Таким образом, нет необходимости беспокоиться о том, чтобы прикрепить их вперед или назад.

B. Как это работает?

Резистор может выглядеть не очень. Можно подумать, что он ничего не делает, кроме как потребляет энергию. Тем не менее, он выполняет жизненно важную функцию: контролирует напряжение и ток в вашей цепи.Другими словами, резисторы дают вам контроль над конструкцией вашей схемы.

Когда по проводу начинает течь электрический ток, все электроны начинают двигаться в одном направлении. Это как вода течет по трубе. Через тонкую трубу потечет меньшее количество воды, потому что меньше места для ее движения.

Точно так же, когда ток проходит через тонкую проволоку в резисторе, электронам становится все труднее двигаться через нее. Короче говоря, количество электронов, протекающих через резистор, уменьшается по мере увеличения длины и толщины провода.

C. Назначение и значение

Резисторы

имеют множество применений, но три наиболее распространенных из них — это управление протеканием тока, деление напряжения и резисторно-конденсаторные сети.

Ограничение протекания тока

Если вы не добавите резисторы в цепь, ток будет протекать на опасно высоком уровне. Это может привести к перегреву других компонентов и возможному их повреждению. Например, если вы подключите светодиод напрямую к батарее, он все равно будет работать.Однако через некоторое время светодиод нагреется как огненный шар. В конечном итоге он сгорит, поскольку светодиоды менее устойчивы к нагреву.

Но, если ввести в цепь резистор, то он уменьшит протекание тока до оптимального уровня. Таким образом, вы можете дольше держать светодиод включенным, не перегревая его.

Разделение напряжения

Резисторы

также используются для снижения напряжения до нужного уровня. Иногда для определенной части схемы, такой как микроконтроллер, может потребоваться более низкое напряжение, чем для самой схемы.Здесь на помощь приходит резистор.

Допустим, ваша схема работает от 12-вольтовой батареи. Однако микроконтроллеру требуется только питание 6 В. Итак, чтобы разделить напряжение пополам, достаточно последовательно соединить два резистора с одинаковым сопротивлением. Провод между двумя резисторами уменьшит вдвое напряжение вашей схемы, к которой можно подключить микроконтроллер. Используя соответствующие резисторы, вы можете понизить напряжение в цепи до любого уровня.

Резисторно-конденсаторные сети

Резисторы

также используются в сочетании с конденсаторами для создания микросхем, содержащих массивы резисторов и конденсаторов в одном кристалле.Они также известны как RC-фильтры или RC-сети. Они часто используются для подавления электромагнитных помех (EMI) или радиочастотных помех (RFI) в различных инструментах, включая порты ввода/вывода компьютеров и ноутбуков, локальные сети (LAN) и глобальные сети (WAN) и другие. Они также используются в станках, распределительных устройствах, контроллерах двигателей, автоматизированном оборудовании, промышленных приборах, лифтах и ​​эскалаторах.

Компонент 3: Диод

Диод представляет собой двухконтактное устройство, позволяющее электрическому току течь только в одном направлении.Таким образом, это электронный эквивалент обратного клапана или улицы с односторонним движением. Он обычно используется для преобразования переменного тока (AC) в постоянный ток (DC). Он изготавливается либо из полупроводникового материала (полупроводниковый диод), либо из вакуумной трубки (ламповый диод). Однако сегодня большинство диодов изготавливаются из полупроводниковых материалов, особенно из кремния.

Рисунок 5:  Диод [Источник изображения]

A. Состав

Как упоминалось ранее, существует два типа диодов: вакуумные диоды и полупроводниковые диоды.Вакуумный диод состоит из двух электродов (катода и анода), помещенных в герметичную стеклянную вакуумную трубку. Полупроводниковый диод состоит из полупроводников p-типа и n-типа. Поэтому он известен как диод с p-n переходом. Обычно он изготавливается из кремния, но вы также можете использовать германий или селен.

B. Как это работает?

Вакуумный диод

Когда катод нагревается нитью накаливания, в вакууме образуется невидимое облако электронов, называемое объемным зарядом.Хотя электроны испускаются катодом, отрицательный объемный заряд отталкивает их. Поскольку электроны не могут достичь анода, ток по цепи не течет. Однако, когда анод становится положительным, объемный заряд исчезает. В результате ток начинает течь от катода к аноду. Таким образом, электрический ток внутри диода течет только от катода к аноду и никогда от анода к катоду.

Диод P-N перехода

Диод с p-n переходом состоит из кремниевых полупроводников p-типа и n-типа.Полупроводник p-типа обычно легируют бором, оставляя в нем дырки (положительный заряд). Полупроводник n-типа, с другой стороны, легирован сурьмой, добавляя в него несколько дополнительных электронов (отрицательный заряд). Таким образом, электрический ток может протекать через оба полупроводника.

Когда вы соединяете блоки p-типа и n-типа вместе, дополнительные электроны из n-типа объединяются с дырками в p-типе, создавая зону обеднения без каких-либо свободных электронов или дырок. Короче говоря, ток больше не может проходить через диод.

Когда вы подключаете отрицательную клемму батареи к кремнию n-типа, а положительную клемму к p-типу (прямое смещение), начинает течь ток, поскольку электроны и дырки теперь могут двигаться через соединение. Однако, если вы перепутаете клеммы (обратное смещение), через диод не будет течь ток, потому что дырки и электроны отталкиваются друг от друга, расширяя зону обеднения. Таким образом, как и вакуумный диод, диод-переходник также может пропускать ток только в одном направлении.

С.Функция и значение

Несмотря на то, что диоды являются одним из самых простых компонентов электронной схемы, они находят уникальное применение в различных отраслях.

Преобразование переменного тока в постоянный

Наиболее распространенным и важным применением диода является выпрямление переменного тока в постоянный. Обычно полуволновой (один диод) или двухполупериодный (четыре диода) выпрямитель используется для преобразования мощности переменного тока в мощность постоянного тока, особенно в бытовых источниках питания. Когда вы пропускаете источник переменного тока через диод, через него проходит только половина сигнала переменного тока.Поскольку этот импульс напряжения используется для зарядки конденсатора, он создает постоянный и непрерывный постоянный ток без каких-либо пульсаций. Различные комбинации диодов и конденсаторов также используются для создания различных типов умножителей напряжения для преобразования небольшого переменного напряжения в высокое постоянное напряжение.

Обходные диоды

Байпасные диоды

часто используются для защиты солнечных батарей. Когда ток от остальных элементов проходит через поврежденный или запыленный солнечный элемент, это вызывает перегрев. В результате общая выходная мощность снижается, создавая горячие точки. Диоды подключены параллельно солнечным элементам, чтобы защитить их от перегрева. Это простое устройство ограничивает напряжение на неисправном солнечном элементе, позволяя току проходить через неповрежденные элементы во внешнюю цепь.

Защита от скачков напряжения

При внезапном отключении питания в большинстве индуктивных нагрузок возникает высокое напряжение.Этот неожиданный скачок напряжения может повредить нагрузку. Однако вы можете защитить дорогостоящее оборудование, подключив диод параллельно индуктивным нагрузкам. В зависимости от типа защиты эти диоды известны под многими названиями, включая демпферный диод, обратноходовой диод, подавляющий диод и диод свободного хода, среди прочих.

Демодуляция сигнала

Они также используются в процессе модуляции сигнала, потому что диоды могут эффективно удалять отрицательный элемент сигнала переменного тока. Диод выпрямляет несущую, превращая ее в постоянный ток. Звуковой сигнал извлекается из несущей волны, этот процесс называется модуляцией звуковой частоты. Вы можете услышать звук после некоторой фильтрации и усиления. Следовательно, диоды обычно используются в радиоприемниках для извлечения сигнала из несущей волны.

Защита от обратного тока

Изменение полярности источника постоянного тока или неправильное подключение батареи может привести к протеканию значительного тока через цепь.Такое обратное подключение может повредить подключенную нагрузку. Вот почему защитный диод подключается последовательно с плюсовой клеммой аккумулятора. Диод становится смещенным в прямом направлении в случае правильной полярности, и ток течет по цепи. Однако в случае неправильного подключения он смещается в обратном направлении, блокируя ток. Таким образом, он может защитить ваше оборудование от возможных повреждений.

Компонент 4: Транзистор

Транзисторы, один из важнейших компонентов электронной схемы, произвели революцию в области электроники. Эти крошечные полупроводниковые устройства с тремя клеммами существуют уже более пяти десятилетий. Они часто используются в качестве усилителей и коммутационных устройств. Вы можете думать о них как о реле без каких-либо движущихся частей, потому что они могут включать или выключать что-либо без какого-либо движения.

Рисунок 6:  Транзисторы [Источник изображения]

A. Состав

Вначале германий использовался для изготовления транзисторов, чрезвычайно чувствительных к температуре. Однако сегодня они изготавливаются из кремния, полупроводникового материала, который можно найти в песке, потому что кремниевые транзисторы гораздо более устойчивы к температуре и дешевле в производстве.Существует два разных типа транзисторов с биполярным переходом (BJT): NPN и PNP. Каждый транзистор имеет три вывода: база (b), коллектор (c) и эмиттер (e). NPN и PNP относятся к слоям полупроводникового материала, используемого для изготовления транзистора.

B. Как это работает?

Если вы поместите пластину кремния p-типа между двумя стержнями n-типа, вы получите NPN-транзистор. Эмиттер присоединен к одному n-типу, а коллектор — к другому.Основание крепится к р-типу. Избыточные дырки в кремнии p-типа действуют как барьеры, блокируя прохождение тока. Однако если подать положительное напряжение на базу и коллектор и зарядить эмиттер отрицательно, электроны начнут течь от эмиттера к коллектору.

Расположение и количество блоков p-типа и n-типа остаются инвертированными в транзисторе PNP. В этом типе транзистора один транзистор n-типа зажат между двумя блоками p-типа. Поскольку распределение напряжения отличается, транзистор PNP работает по-другому.Транзистор NPN требует положительного напряжения на базу, а PNP требует отрицательного напряжения. Короче говоря, ток должен течь от базы, чтобы включить PNP-транзистор.

C. Назначение и значение

Транзисторы функционируют как переключатели и усилители в большинстве электронных схем. Конструкторы часто используют транзистор в качестве переключателя, потому что, в отличие от простого переключателя, он может превратить небольшой ток в гораздо больший. Хотя вы можете использовать простой переключатель в обычной цепи, в усовершенствованной схеме может потребоваться различное количество токов на разных этапах.

Транзисторы в слуховых аппаратах

Одним из самых известных применений транзисторов является слуховой аппарат. Обычно небольшой микрофон в слуховом аппарате улавливает звуковые волны, преобразуя их в флуктуирующие электрические импульсы или токи. Когда эти токи проходят через транзистор, они усиливаются. Затем усиленные импульсы проходят через динамик, снова преобразуя их в звуковые волны. Таким образом, вы можете услышать существенно более громкую версию окружающего шума.

Транзисторы в компьютерах и калькуляторах

Все мы знаем, что компьютеры хранят и обрабатывают информацию, используя бинарный язык «ноль» и «единица». Однако большинство людей не знают, что транзисторы играют решающую роль в создании так называемых логических вентилей, которые являются основой компьютерных программ. Транзисторы часто соединяют с логическими вентилями, чтобы создать уникальную часть схемы, называемую триггером. В этой системе транзистор остается «включенным», даже если вы убираете ток базы.Теперь он включается или выключается всякий раз, когда через него проходит новый ток. Таким образом, транзистор может хранить ноль, когда он выключен, или единицу, когда он включен, что является принципом работы компьютеров.

Транзисторы Дарлингтона

Транзистор Дарлингтона состоит из двух транзисторов с полярным переходом PNP или NPN, соединенных вместе. Он назван в честь его изобретателя Сидни Дарлингтона. Единственная цель транзистора Дарлингтона — обеспечить высокий коэффициент усиления по току при низком базовом токе.Вы можете найти эти транзисторы в приборах, которые требуют высокого коэффициента усиления по току на низкой частоте, таких как регуляторы мощности, драйверы дисплея, контроллеры двигателей, датчики света и прикосновения, системы сигнализации и аудиоусилители.

БТИЗ и МОП-транзисторы

Биполярные транзисторы с изолированным затвором (IGBT) часто используются в качестве усилителей и переключателей в различных приборах, включая электромобили, поезда, холодильники, кондиционеры и даже стереосистемы.С другой стороны, полевые транзисторы металл-оксид-полупроводник (MOSFET) обычно используются в интегральных схемах для управления уровнями мощности устройства или для хранения данных.

Компонент 5: Катушка индуктивности

Катушка индуктивности, также известная как реактор, представляет собой пассивный компонент цепи, имеющей две клеммы. Это устройство накапливает энергию в своем магнитном поле, возвращая ее в цепь при необходимости. Было обнаружено, что когда два индуктора расположены рядом, не касаясь друг друга, магнитное поле, создаваемое первым индуктором, воздействует на второй индуктор.Это был решающий прорыв, который привел к изобретению первых трансформаторов.

Рисунок 7:  Индукторы [Источник изображения]

A. Состав

Вероятно, это самый простой компонент, состоящий из катушки медного провода. Индуктивность прямо пропорциональна количеству витков в катушке. Однако иногда катушку наматывают на ферромагнитный материал, такой как железо, многослойное железо и порошковое железо, чтобы увеличить индуктивность. Форма этого сердечника также может увеличить индуктивность.Тороидальные (бубликовые) сердечники обеспечивают лучшую индуктивность по сравнению с соленоидальными (стержнеобразными) сердечниками при том же числе витков. К сожалению, катушки индуктивности сложно соединить в интегральную схему, поэтому их обычно заменяют резисторами.

B. Как это работает?

Всякий раз, когда ток проходит через провод, он создает магнитное поле. Однако уникальная форма индуктора приводит к созданию гораздо более сильного магнитного поля. Это мощное магнитное поле, в свою очередь, сопротивляется переменному току, но пропускает через себя постоянный ток. Это магнитное поле также хранит энергию.

Возьмем простую цепь, состоящую из батареи, выключателя и лампочки. Лампочка будет ярко светиться, как только вы включите выключатель. Добавьте в эту цепь катушку индуктивности. Как только вы включаете выключатель, лампочка меняется с яркой на тусклую. С другой стороны, когда переключатель выключен, он становится очень ярким, всего на долю секунды, прежде чем полностью погаснуть.

Когда вы включаете переключатель, индуктор начинает использовать электричество для создания магнитного поля, временно блокируя ток.Но только постоянный ток проходит через индуктор, как только магнитное поле завершено. Вот почему лампочка меняется с яркой на тусклую. Все это время индуктор запасает некоторую электрическую энергию в виде магнитного поля. Таким образом, когда вы выключаете выключатель, магнитное поле поддерживает постоянный ток в катушке. Таким образом, лампочка некоторое время ярко горит, прежде чем погаснуть.

C. Назначение и значение

Хотя катушки индуктивности полезны, их трудно включить в электронные схемы из-за их размера.Поскольку они более громоздки по сравнению с другими компонентами, они добавляют много веса и занимают много места. Поэтому их обычно заменяют резисторами в интегральных схемах (ИС). Тем не менее, индукторы имеют широкий спектр промышленного применения.

Фильтры в настроенных цепях

Одним из наиболее распространенных применений катушек индуктивности является выбор нужной частоты в настроенных цепях. Они широко используются с конденсаторами и резисторами, подключенными параллельно или последовательно, для создания фильтров.Импеданс катушки индуктивности увеличивается по мере увеличения частоты сигнала. Таким образом, отдельная катушка индуктивности может действовать только как фильтр нижних частот. Однако, когда вы комбинируете его с конденсатором, вы можете создать режекторный фильтр, потому что импеданс конденсатора уменьшается по мере увеличения частоты сигнала. Таким образом, вы можете использовать различные комбинации конденсаторов, катушек индуктивности и резисторов для создания различных типов фильтров. Они встречаются в большинстве электронных устройств, включая телевизоры, настольные компьютеры и радиоприемники.

Катушки индуктивности в качестве дросселей

Если через индуктор протекает переменный ток, он создает противоположный ток. Таким образом, он может преобразовывать источник переменного тока в постоянный. Другими словами, он блокирует источник переменного тока, но позволяет проходить через него постоянному току, отсюда и название «дроссель». Обычно они находятся в цепях питания, которым необходимо преобразовать источник переменного тока в источник постоянного тока.

Ферритовые шарики

Ферритовая шайба или ферритовый дроссель используются для подавления высокочастотных помех в электронных схемах.Некоторые из распространенных применений ферритовых шариков включают компьютерные кабели, телевизионные кабели и кабели для зарядки мобильных устройств. Эти кабели могут иногда действовать как антенны, взаимодействуя с аудио- и видеовыходами вашего телевизора и компьютера. Итак, катушки индуктивности используются в ферритовых шариках для уменьшения таких радиочастотных помех.

Катушки индуктивности в датчиках приближения

Большинство датчиков приближения работают по принципу индуктивности. Индуктивный датчик приближения состоит из четырех частей, включая индуктор или катушку, генератор, схему обнаружения и выходную цепь.Генератор генерирует флуктуирующее магнитное поле. Всякий раз, когда объект оказывается в непосредственной близости от этого магнитного поля, начинают накапливаться вихревые токи, уменьшающие магнитное поле датчика.

Цепь обнаружения определяет мощность датчика, а выходная цепь запускает соответствующую реакцию. Индуктивные датчики приближения, также называемые бесконтактными датчиками, ценятся за их надежность. Они используются на светофорах для определения плотности движения, а также в качестве датчиков парковки в легковых и грузовых автомобилях.

Асинхронные двигатели

Асинхронный двигатель, вероятно, является наиболее распространенным примером применения индукторов. Обычно в асинхронном двигателе катушки индуктивности располагают в фиксированном положении. Другими словами, им не разрешается выравниваться с ближайшим магнитным полем. Источник питания переменного тока используется для создания вращающегося магнитного поля, которое затем вращает вал. Входная мощность регулирует скорость вращения. Следовательно, асинхронные двигатели часто используются в приложениях с фиксированной скоростью.Асинхронные двигатели очень надежны и прочны, поскольку нет прямого контакта между двигателем и ротором.

Трансформаторы

Как упоминалось ранее, открытие катушек индуктивности привело к изобретению трансформаторов, одного из основных компонентов систем передачи электроэнергии. Вы можете создать трансформатор, объединив индукторы общего магнитного поля. Обычно они используются для повышения или понижения напряжения линий электропередач до желаемого уровня.

Аккумулятор энергии

Как и конденсатор, катушка индуктивности также может накапливать энергию. Однако, в отличие от конденсатора, он может хранить энергию в течение ограниченного времени. Поскольку энергия хранится в магнитном поле, она разрушается, как только отключается источник питания. Тем не менее, катушки индуктивности функционируют как надежные устройства накопления энергии в импульсных источниках питания, таких как настольные компьютеры.

Компонент 6: Реле

Реле представляет собой электромагнитный переключатель, который может размыкать и замыкать цепи электромеханическим или электронным способом.Вам нужен относительно небольшой ток для работы реле. Обычно они используются для регулирования малых токов в цепи управления. Однако вы также можете использовать реле для управления большими электрическими токами. Реле — это электрический эквивалент рычага. Вы можете включить его с небольшим током, чтобы включить (или использовать) другую цепь с большим током. Реле бывают либо электромеханическими, либо полупроводниковыми.

Рисунок 8:  Реле [Источник изображения]

A. Композиция

Электромеханическое реле (ЭМР) состоит из корпуса, катушки, якоря, пружины и контактов.Рама поддерживает различные части реле. Якорь — подвижная часть релейного выключателя. Катушка (чаще всего медная проволока), намотанная на металлический стержень, создает магнитное поле, которое перемещает якорь. Контакты — это проводящие части, которые размыкают и замыкают цепь.

Твердотельное реле (ТТР) состоит из входной цепи, цепи управления и выходной цепи. Входная цепь является эквивалентом катушки в электромеханическом реле. Цепь управления действует как связующее устройство между входной и выходной цепями, а выходная цепь выполняет ту же функцию, что и контакты в ЭМИ. Твердотельные реле становятся все более популярными, поскольку они дешевле, быстрее и надежнее по сравнению с электромеханическими реле.

B. Как это работает?

Независимо от того, используете ли вы электромеханическое реле или твердотельное реле, это либо нормально замкнутое (НЗ), либо нормально разомкнутое (НО) реле. В случае реле NC контакты остаются замкнутыми при отсутствии питания. Однако в нормально разомкнутом реле контакты остаются разомкнутыми при отсутствии питания.Короче говоря, всякий раз, когда через реле протекает ток, контакты либо размыкаются, либо замыкаются.

В ЭМИ источник питания подает питание на катушку реле, создавая магнитное поле. Магнитная катушка притягивает железную пластину, закрепленную на якоре. Когда ток прекращается, якорь возвращается в исходное положение под действием пружины. EMR также может иметь один или несколько контактов в одном пакете. Если в цепи используется только один контакт, она называется цепью с одним разрывом (SB). Цепь двойного разрыва (DB), с другой стороны, поставляется с двумя контактами.Обычно реле с одинарным разрывом используются для управления маломощными устройствами, такими как индикаторные лампы, а контакты с двойным разрывом используются для управления мощными устройствами, такими как соленоиды.

Когда дело доходит до работы твердотельного реле, вам необходимо подать напряжение выше, чем указанное напряжение срабатывания реле, чтобы активировать входную цепь. Вы должны подать напряжение меньше установленного минимального напряжения отключения реле, чтобы деактивировать входную цепь. Схема управления передает сигнал от входной цепи к выходной цепи.Выходная цепь включает нагрузку или выполняет желаемое действие.

C. Назначение и значение

Поскольку они могут управлять сильноточной цепью с помощью слаботочного сигнала, в большинстве процессов управления используются реле в качестве первичных защитных и коммутационных устройств. Они также могут обнаруживать неисправности и нарушения в системах распределения электроэнергии. Типичные области применения включают, среди прочего, телекоммуникации, автомобили, системы управления дорожным движением, бытовую технику и компьютеры.

Реле защиты

Защитные реле используются для отключения или изоляции цепи при обнаружении каких-либо нарушений. Иногда они также могут подавать сигнал тревоги при обнаружении неисправности. Типы реле защиты зависят от их функции. Например, реле максимального тока предназначено для определения тока, превышающего заданное значение. При обнаружении такого тока реле срабатывает, отключая автоматический выключатель, чтобы защитить оборудование от возможного повреждения.

Дистанционное реле или реле импеданса, с другой стороны, могут обнаруживать отклонения в соотношении тока и напряжения, а не контролировать их величину независимо друг от друга. Он начинает действовать, когда отношение V/I падает ниже заданного значения. Обычно защитные реле используются для защиты такого оборудования, как двигатели, генераторы, трансформаторы и т. д.

Реле автоматического повторного включения

Реле автоматического повторного включения предназначено для многократного повторного включения выключателя, который уже отключен защитным реле.Например, при внезапном падении напряжения в электрической цепи вашего дома может произойти несколько кратковременных отключений электроэнергии. Эти отключения происходят из-за того, что реле повторного включения пытается автоматически включить защитное реле. В случае успеха подача электроэнергии будет восстановлена. Если нет, то будет полное затемнение.

Тепловые реле

Тепловой эффект электрической энергии является принципом работы теплового реле. Короче говоря, он может обнаруживать повышение температуры окружающей среды и соответственно включать или выключать цепь.Он состоит из биметаллической пластины, которая нагревается, если через нее проходит сверхток. Нагретая полоса изгибается и замыкает контакт NO, отключая автоматический выключатель. Наиболее распространенным применением теплового реле является защита электродвигателя от перегрузки.

Компонент 7. Кристалл кварца

Кристаллы кварца

имеют несколько применений в электронной промышленности. Однако в основном они используются в качестве резонаторов в электронных схемах. Кварц — это природная форма кремния.Однако сейчас его производят синтетически, чтобы удовлетворить растущий спрос. Он проявляет пьезоэлектрический эффект. Если вы оказываете физическое давление на одну сторону, результирующие вибрации генерируют переменное напряжение на кристалле. Кварцевые резонаторы доступны во многих размерах в соответствии с требуемыми приложениями.

Рисунок 9:  Кварцевый кристалл [Источник изображения]

A. Состав

Как упоминалось ранее, кристаллы кварца либо производятся синтетическим путем, либо встречаются в природе. Они часто используются для изготовления кварцевых генераторов для создания электрического сигнала с точной частотой. Обычно кристаллы кварца имеют шестиугольную форму с пирамидами на концах. Однако для практических целей их разрезают на прямоугольные плиты. Наиболее распространенные типы форматов резки включают X-образный, Y-образный и AT-резец. Эта плита помещается между двумя металлическими пластинами, называемыми удерживающими пластинами. Внешняя форма кварцевого кристалла или кварцевого генератора может быть цилиндрической, прямоугольной или квадратной.

Б.Как это работает?

Если подать переменное напряжение на кристалл, это вызовет механические вибрации. Огранка и размер кристалла кварца определяют резонансную частоту этих колебаний или колебаний. Таким образом, он генерирует постоянный сигнал. Кварцевые генераторы дешевы и просты в изготовлении синтетическим путем. Они доступны в диапазоне от нескольких кГц до нескольких МГц. Поскольку они имеют более высокий коэффициент качества или добротность, кварцевые генераторы удивительно стабильны по отношению ко времени и температуре.

C. Назначение и значение

Исключительно высокая добротность позволяет использовать кристаллы кварца и резонансный элемент в генераторах, а также фильтры в электронных схемах. Вы можете найти этот высоконадежный компонент в радиочастотных приложениях, в качестве генератора тактовых импульсов в платах микропроцессора, а также в качестве элемента синхронизации в цифровых часах.

Кварцевые часы

Проблема с традиционными часами с винтовой пружиной заключается в том, что вам необходимо периодически заводить спираль.Часы с маятником, напротив, зависят от силы гравитации. Таким образом, они показывают время по-разному на разных уровнях моря и высотах из-за изменений в гравитационной силе. Однако на работу кварцевых часов ни один из этих факторов не влияет. Кварцевые часы работают от батареек. Обычно крошечный кристалл кварца регулирует шестерни, управляющие секундной, минутной и часовой стрелками. Поскольку кварцевые часы потребляют очень мало энергии, батарея часто может работать дольше.

Фильтры

Вы также можете использовать кристаллы кварца в электронной схеме в качестве фильтров.Они часто используются для фильтрации нежелательных сигналов в радио и микроконтроллерах. Большинство основных фильтров состоят из одного кристалла кварца. Однако усовершенствованные фильтры могут содержать более одного кристалла, чтобы соответствовать требованиям к производительности. Эти кварцевые фильтры намного превосходят фильтры, изготовленные с использованием ЖК-компонентов.

Заключение

От общения с близкими, живущими на разных континентах, до приготовления чашки горячего кофе — электронные гаджеты затрагивают почти все аспекты нашей жизни.Однако что заставляет эти электронные гаджеты выполнять, казалось бы, трудоемкие задачи всего за несколько минут? Крошечные электронные схемы являются основой всего электронного оборудования. Чтение о различных компонентах электронной схемы поможет вам понять их функции и значение. Поделитесь своими предложениями и мнениями по этому поводу в разделе комментариев ниже.

// Эта статья изначально была опубликована на ICRFQ.

Как переключать большие нагрузки с помощью микроконтроллера с использованием транзисторов

Микроконтроллеры

отлично подходят для реализации интеллектуальных функций данного продукта.Эта статья научит вас, как обойти некоторые из их основных ограничений.

Опубликовано в 12 февраля 2020 г. Джон Тил

Одна вещь, которую микроконтроллеры не могут сделать, это напрямую управлять чем-либо, кроме, может быть, одного светодиода. Это связано с тем, что выходной привод большинства микроконтроллеров может напрямую подавать или потреблять только около 10 мА.

Давайте рассмотрим несколько способов переключения более тяжелых нагрузок на нижнюю сторону с типичного выхода микроконтроллера. Для определения типичных значений компонентов требуется несколько простых математических расчетов, и они будут представлены в легкодоступных форматах.Тем не менее, этот подход означает, что некоторые вольности были приняты с технической строгостью.

Одним из самых простых подходов к управлению большими нагрузками, работающими от постоянного тока, является переключатель насыщения. Фактический элемент электронного переключателя представлен в двух вариантах: транзисторы с биполярным переходом или BJT и полевые МОП-транзисторы.

Прежде чем перейти к самому переключателю, давайте определим, что подразумевается под переключением нижнего плеча . На рис. 1 показан этот тип переключения нагрузки.

Рисунок 1 – Выключатель нагрузки на стороне низкого напряжения

Переключатель управляет отрицательной стороной нагрузки.Это означает, что, когда переключатель разомкнут, нагрузка фактически плавает относительно минуса источника питания, который обычно является заземлением в большинстве конструкций.

Если этот тип схемы переключения приемлем, то переключатель нижней стороны обычно является самым дешевым способом переключения нагрузки.

Переключатель нижней стороны BJT

BJT может использоваться в качестве переключателя нагрузки и выпускается в двух вариантах: NPN и PNP. Для переключения по нижнему полюсу используются NPN-транзисторы, а для переключения по верхнему — PNP.

Прежде чем перейти к фактическим методам, давайте определим некоторую номенклатуру, которая используется при работе с транзисторами NPN.

На рис. 2 показаны соответствующие соглашения по наименованию напряжения и тока. Начиная с тока, I _B является базовым током, и показано, что он входит в базу NPN. Те же аргументы применимы для I _C и I _E , где I _E показан на выходе из транзистора.

Видно, что: I _E = I _C + I _B

С напряжениями, V _CE — это напряжение между коллектором и эмиттером, и обычно это положительное значение для транзисторов NPN. Другими словами, для транзистора NPN напряжение коллектора обычно выше, чем напряжение эмиттера.

Следуя тому же соглашению, V _BE — это напряжение между базой и эмиттером. Обычно это положительно для NPN.

Рисунок 2 – Напряжение и ток NPN BJT

Ключом к пониманию того, как транзистор может управлять большой нагрузкой, является следующее уравнение:

I _C = βI _B, , где β — коэффициент усиления постоянного тока, который может составлять от 20 до 300 и более.

Это говорит о том, что ток коллектора равен значению β, умноженному на ток базы. Итак, если β = 100, то ток коллектора будет в 100 раз больше тока базы.

Значение β указано в техническом описании данного транзистора как h _FE. Для целей данной статьи они означают одно и то же. Обратите внимание, что это не фиксированное значение для данного транзистора, а несколько меняется в зависимости от значения тока коллектора и температуры, но это не имеет большого значения для целей этой статьи.

Когда биполярные транзисторы используются в качестве переключателей нагрузки, они используются в двух режимах: отсечка и насыщение. Рассмотрим рисунок 3 ниже. Как было сказано ранее, I _C = βI _B. Итак, если I _B = 0, то I _C также должен быть равен 0. В этом состоянии транзистор находится в режиме отсечки. Обратите внимание, что, поскольку через транзистор не протекает ток, он не рассеивает мощность; также в этом случае V _C совпадает с V _CC .

Для следующей части предположим, что V _CC = 10 Вольт, R = 10 Ом и β = 100.Давайте посмотрим, что произойдет, когда I _B = 1 мА. В этом случае I _C = 100 мА, так как β = 100. Напряжение на резисторе равно I _C x R _L , или 1 В. Это означает, что напряжение V _C должно быть равно 9 В, поскольку V _CC равно 10 В, а падение напряжения на R _L равно 1 В. Тот же аргумент применим, если I _B = 2 мА и т. д.

Теперь, что произойдет, если I _B = 20 мА. По расчетам отсюда следует, что I _C = 2000мА, или 2А.Однако этого не может быть. Поскольку V _CC = 10 Вольт и R _L = 10 Ом, максимальный ток, который может протекать через R _L , составляет 1 А.

Другими словами, максимальное значение I _C также равно 1А. Это происходит, когда V _C = 0, что означает полное замыкание транзистора на землю.

В этом состоянии говорят, что транзистор находится в режиме насыщения. В этом режиме ток коллектора транзистора является максимальным, который позволяют условия схемы, и увеличение тока базы не вызовет его увеличения.

Таким образом, уравнение I _C = βI _B выполняется только до тех пор, пока транзистор не насыщается. Обратите внимание, что если в только что описанном примере V _CC теперь увеличить, скажем, до 25 В или R _L изменить до 1 Ом, транзистор больше не будет насыщаться. Таким образом, насыщение определяется по отношению к условиям внешней цепи.

Наконец, обратите внимание, что настоящие транзисторы не могут быть полностью замкнуты между их коллекторами и эмиттерами, если только они не неисправны.Когда реальный транзистор насыщается, его V _CE будет иметь значение V _CEsat . Это значение указано в техническом описании транзистора и обычно составляет от 0,2 В для маленького транзистора до более 1 В для большого.

В _CEsat также зависит от тока коллектора и температуры. Эта зависимость обычно задается в виде набора кривых в таблице данных.

В режиме насыщения транзистор рассеивает некоторую мощность, определяемую параметром

.

Рассеиваемая мощность = I _C x V _CEsat

Однако, поскольку V _CEsat обычно довольно низок, рассеиваемая мощность также будет низкой.Таким образом, отсечка и насыщение — это два состояния, в которых транзистор будет рассеивать наименьшую мощность.

Сосредоточившись теперь на базе транзистора, быстрый способ установить I _B состоит в том, чтобы предположить, что V _BE равно 0,7 В. Это значение подходит для большинства транзисторов.

Итак, в данном случае по закону Ома

I _B = (V _BB – 0,7) / R _B

Если необходимо заданное значение I _B , то R _B можно рассчитать как:

Р _Б = (В _ББ – 0.7) / Я _Б

Для насыщения транзистора требуется минимальное значение I _B , которое вызовет максимальное значение I _C с учетом значения β транзистора и условий схемы.

На практике это значение I _B должно быть больше этого минимума примерно на 10–15 %, чтобы учитывать различия между устройствами значения β.

Рисунок 3 – Работа транзистора

Управление BJT от микроконтроллера

То, что было только что описано, на самом деле является переключателем NPN BJT нижнего плеча. Если бы V _BB был выходным выводом микроконтроллера, то, зная его высокий логический уровень, требуемый ток нагрузки и значение β транзистора, можно легко рассчитать значение R _B .

Еще несколько вещей, которые нужно проверить, чтобы убедиться, что:

Вычисленное значение I _B не превышает допустимого тока возбуждения микроконтроллера.

Ток нагрузки не превышает максимальный ток коллектора транзистора.

Рассеиваемая мощность в режиме насыщения не превышает максимальной рассеиваемой мощности транзистора.

Напряжение V _CC не превышает максимальное V _CE транзистора.

В приведенном выше примере также должны быть предусмотрены некоторые запасы безопасности и снижения номинальных характеристик для обеспечения надежной работы. Около 20% разумно.

Перевозка более тяжелых грузов с помощью Darlington

Поскольку ток возбуждения вывода GPIO микроконтроллера редко превышает 10 мА, а минимальное значение β транзистора обычно не превышает 50 для силового транзистора, максимальный ток, которым можно управлять, составляет около 500 мА.

ПРИМЕЧАНИЕ:
Обязательно загрузите бесплатное руководство в формате PDF 15 шагов по разработке нового электронного оборудования .

Для управления большими токами можно использовать схему Дарлингтона. Имеются транзисторы Дарлингтона в одном корпусе, или его можно собрать из двух транзисторов, как показано на рис. 4.

Рисунок 4 – NPN Дарлингтон

В этой компоновке Q1 обычно представляет собой маломощный транзистор с большим коэффициентом усиления, а Q2 — высокомощный транзистор.Если предположить, что резистор R в данный момент отсутствует, то видно, что весь ток эмиттера Q1 течет в базу Q2.

Как указывалось ранее, ток эмиттера представляет собой сумму тока коллектора и тока базы.

Итак, I _E = I _C + I _B

Таким образом, I _E = β x I _B + I _B , или I _E = (β + 1) I _B

Поскольку β довольно велико, (β + 1) близко к β.

Это означает:

I _E ≈ I _C

Теперь, поскольку I _E Q1 течет непосредственно в базу Q2, это означает, что I _C2 , ток коллектора Q2 определяется как:

I _C2 = β1 x β2 x I _B1 .

Таким образом, небольшой входной ток базы может привести к большому выходному току коллектора. Однако есть несколько проблем, на которые следует обратить внимание. Во-первых, V _BE этого составного транзистора теперь является суммой V _BE двух транзисторов.Это необходимо учитывать при расчете значения базового резистора, как описано выше.

Что касается резистора R, то он влияет на время выключения Q2. Когда Q2 проводит ток, заряды стекают в его базу. Теперь, когда на входе Q1 падает низкий уровень, Q1 отключается, и заряду, хранящемуся в базе Q2, некуда деваться.

В конечном итоге он исчезнет в результате внутреннего процесса, называемого рекомбинацией носителей, но до тех пор, пока это не произойдет, Q2 останется в проводящем состоянии. Это может длиться от нескольких микросекунд до десятков микросекунд в зависимости от транзистора.

По сути, микроконтроллер выключает свой выход, но некоторое время после этого нагрузка остается включенной. R используется для ускорения выключения Q2 путем сброса накопленного базового заряда.

Таким образом, для таких приложений, как ШИМ, рекомендуется использовать этот резистор. Для большинства встраиваемых приложений подходят значения от 1 кОм до 5 кОм.

R также шунтирует часть базового тока Q2 при нормальной работе. Этот ток равен (V _BE2 /R), или примерно 0.7/р. Чтобы компенсировать этот ток, просто увеличьте базовый ток Q1. Поскольку этот базовый ток x β1 должен быть равен 0,7/R, отсюда следует, что базовый ток в Q1 должен быть увеличен на (0,7/(β1 x R)).

MOSFET Переключатель нижнего плеча

Как и BJT, MOSFET выпускается в двух основных вариантах: N-Channel и P-Channel. N-Channel MOSFET похож на NPN и используется для переключения нижнего плеча. Аналогично, P-Channel MOSFET похож на PNP BJT и используется для переключения верхнего плеча.

N-Channel MOSFET относительно легко подключить к выходному контакту GPIO микроконтроллера при соблюдении определенных условий.

На рис. 5 показан этот тип МОП-транзистора вместе с некоторыми из его наиболее важных аспектов, когда это устройство рассматривается как переключатель нижнего плеча.

Рисунок 5 – Улучшенный N-канальный МОП-транзистор

Когда между затвором и истоком подается напряжение, между его стоком и истоком начинает течь ток, если напряжение выше порогового напряжения, V _th , указанного в техническом описании.

Выше этого порогового значения, чем выше V _GS , тем больше ток стока I _D до тех пор, пока V _GS не достигнет V _GSMax , опять же заданного в техническом описании.Сравнение I _D и V _GS представлено набором кривых в таблице данных, и, как и в случае BJT, полевой МОП-транзистор насыщается, когда ток стока является максимальным, допускаемым условиями схемы.

Поскольку полевой МОП-транзистор является устройством, управляемым напряжением, для поддержания его во включенном состоянии почти не требуется ток. Таким образом, GPIO от микроконтроллера может управлять MOSFET, который затем может управлять очень большими токами. Нет необходимости в дарлингтонских договоренностях. МОП-транзисторы с низким V _th , которые полностью улучшены до 5V Gate, доступны, которые, в свою очередь, могут управлять несколькими усилителями.

Еще одним преимуществом MOSFET перед BJT является отсутствие V _DS sat. Вместо этого, когда МОП-транзистор работает, соединение сток-исток ведет себя как резистор со значением R _DS , которое является функцией V _GS и может быть очень низким значением для мощного МОП-транзистора.

Таким образом, рассеиваемая мощность полевого МОП-транзистора, когда он находится в проводящем или усиленном состоянии, представляет собой просто значение (I _D ) ² , где I _D — ток стока, умноженный на R _DS , так же, как мощность, рассеиваемая в резисторе R, пропускающем ток I, определяется как P = I ² R.

Таким образом, во многих случаях мощность, рассеиваемая насыщенным МОП-транзистором, будет меньше, чем у эквивалентного биполярного транзистора. Это особенно верно, если I _D достаточно высок.

Следует отметить, что все N-Ch MOSFET имеют встроенные диоды в подложке, как показано на рис. 5. Это присуще конструкции MOSFET. На практике это означает, что Исток должен быть более положительным, чем Источник; в противном случае этот диод будет проводить.

Наконец, одна большая проблема с полевыми МОП-транзисторами — это емкость затвор-исток.Он может быть довольно большим для мощного полевого МОП-транзистора — 3 нФ и более не редкость. На практике это означает, что прежде чем MOSFET сможет начать проводить ток, эта емкость затвора должна сначала зарядиться. Учитывая, что большинство микроконтроллеров могут потреблять ограниченный ток, для зарядки этого конденсатора потребуется время.

Таким образом, при прямом управлении с выхода микроконтроллера полевой МОП-транзистор просто не может переключаться очень быстро. Таким образом, использование MOSFET для быстрой ШИМ, вероятно, не сработает.

В таких ситуациях драйвер MOSFET, такой как TI UCC27511, должен использоваться между выводом GPIO и затвором MOSFET.Это, конечно, еще больше увеличивает стоимость полевого МОП-транзистора по сравнению с биполярным транзистором.

Наконец, не забудьте загрузить бесплатное руководство в формате PDF : Ultimate Guide to Develop and Sell Your New Electronic Hardware Product . Вы также будете получать мой еженедельный информационный бюллетень, в котором я делюсь премиум-контентом, недоступным в моем блоге.

Другой контент, который может вам понравиться:

4.2
5
голосов

Рейтинг статьи

Транзистор

— Energy Education

Рисунок 1. ^[1] Схематическое обозначение транзистора NPN с маркировкой токов коллектора, базы и эмиттера.

Транзисторы являются компонентами электрических цепей, которые могут действовать как усилители и переключатели. Транзисторы являются неотъемлемой частью современных схем, сотни миллионов из них используются в современных интегральных схемах для вычислений. Они лежат в основе цифровой логики и вычислений и стали катализатором революции в электронике. ^[2] Самым простым типом транзистора является транзистор с биполярным переходом (см. рис. 1).

Типы и функции

Транзисторы с биполярным переходом (BJT)

состоят из трех легированных полупроводников. NPN-транзисторы имеют тонкую p-легированную область между двумя n-легированными секциями, в то время как PNP-транзисторы имеют тонкую n-легированную область между двумя p-легированными секциями. Единственная функциональная разница между транзисторами PNP и NPN заключается в смещении каждого PN-диода, необходимого для работы транзистора. ^[3] Все три области транзистора имеют различное подключение к внешней цепи (см. рис. 2).Концевые области называются коллектором и эмиттером, так что обычный ток течет от коллектора к эмиттеру через NPN-транзистор. ^[4]

Рисунок 2. ^[3] a) Схема PNP b) Схема PNP c) Схема NPN d) Схема NPN

Биполярные транзисторы работают как регуляторы тока или электронные переключатели. В зависимости от напряжения небольшого тока через базу можно строго контролировать или отключать гораздо больший ток между коллектором и эмиттером.

Большинство современных транзисторов известны как металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы (МОП-транзисторы), которые работают по тем же принципам, что и биполярные транзисторы, но сконструированы и работают по-другому.Однако и биполярные транзисторы, и полевые МОП-транзисторы обладают одинаковой фундаментальной способностью управлять большим током с помощью малого. ^[5]

Для получения дополнительной информации о том, как работают транзисторы, посетите страницу Все о схемах и моделировании на сайте Learn About Electronics.

Использование

Транзисторы повсеместно используются в современной электронике, но самое основное применение транзистора — электронный переключатель. В режиме отсечки транзистор не пропускает ток между коллектором и эмиттером.В режиме насыщения транзистор пропускает неограниченный ток. Эти два разных состояния создают бинарный эффект, который можно использовать для создания логических элементов, микроконтроллеров, микропроцессоров и других интегральных схем. ^[6] Таким образом, транзистор является основным компонентом всех цифровых вычислений.

Транзисторы также широко используются в качестве усилителей, так как они пропускают небольшой входной ток через базу для создания большего пропорционального тока между коллектором и эмиттером.Усиление играет ключевую роль во многих цепях, особенно в микрофонах, громкоговорителях, радиоприемниках, телевизорах, телефонах и слуховых аппаратах. ^{[7] [8]} Транзисторное усиление также обеспечивает большой коэффициент усиления по току и сложные процессы, такие как дифференциальное усиление, когда усиливается разница между двумя входными сигналами. ^[7]

Для дальнейшего чтения

Для получения дополнительной информации см. соответствующие страницы ниже:

Ссылки

Содержание для проектирования микроэлектронных схем

Содержание для проектирования микроэлектронных схем

Оглавление для проектирования микроэлектронных схем / Ричард С.Джагер, Трэвис Н. Блэлок.

Библиографическая запись и ссылки на соответствующую информацию из каталога Библиотеки Конгресса.

Примечание: Данные о содержимом генерируются машиной на основе предварительной публикации, предоставленной издателем. Содержание может отличаться от печатной книги, быть неполным или содержать другую кодировку.

 СОДЕРЖАНИЕ
Предисловие девятнадцатый
ПЕРВАЯ ЧАСТЬ
ТВЕРДОТЕЛЬНЫЙ ЭЛЕКТРОННЫЙ
И УСТРОЙСТВА
ГЛАВА 1
ВВЕДЕНИЕ В ЭЛЕКТРОНИКУ 1
1.1 Краткая история электроники: от
Вакуумные лампы для сверхбольших масштабов
Интеграция 3
1.2 Классификация электронных сигналов 8
1.2.1 Цифровые сигналы 8
1.2.2 Аналоговые сигналы 9
1.2.3 Аналого-цифровые и цифро-аналоговые преобразователи? Мостовое соединение
Аналоговые и цифровые домены 10
1. 3 Условные обозначения 12
1.4 Подход к решению проблем 13
Что такое разумные цифры? 15
1.5 Важные понятия из схемы
Теория 15
1.5.1 Разделение напряжения и тока 15
1.5.2 Цепь Тэвенина и Нортона
Представительства 17
1.6 Частотный спектр электронных
Сигналы 22
1.7 Усилители 24
1.7.1 Идеальные операционные усилители 25
1.7.2 Частота усилителя
Ответ 28
1.8 Варианты элементов в схемотехнике 29
1.8.1 Математическое моделирование
допусков 29
1.8.2 Анализ наихудшего случая 30
1.8.3 Анализ методом Монте-Карло 32
1.8.4 Температурные коэффициенты 36
1.9 Числовая точность 37
Резюме 37
Ключевые термины 39
Ссылки 40
Дополнительное чтение 40
Проблемы 40
ГЛАВА 2
ТВЕРДОТЕЛЬНАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 45
2.1 Твердотельные электронные материалы 47
2.2 Модель ковалентной связи 49
2.3 Дрейфовые течения и подвижность в
Полупроводники 52
2.3.1 Дрейфовые течения 52
2.3.2 Мобильность 53
2.3.3 Насыщение скорости
(расширенная тема) 53
2.4 Удельное сопротивление собственного кремния 54
2.5 Примеси в полупроводниках 56
2.5.1. Донорные примеси в кремнии 56
2. 5.2. Акцепторные примеси в кремнии 56
2.6. Концентрация электронов и дырок в легированных
Полупроводники 57
2.6.1 Материал n-типа (ND > NA) 58
2.6.2 Материал p-типа (NA > ND) 58
2.7 Подвижность и удельное сопротивление в допинге
Полупроводники 60
2.8. Диффузионные токи 64
2.9 Общий ток 65
2.10 Модель энергетического диапазона 66
2.10.1. Генерация электронно-дырочной пары в
Внутренний полупроводник 66
2.10.2 Модель энергетических зон для легированного вещества
Полупроводник 67
2.10.3 Компенсированные полупроводники 67
2.11 Обзор производства интегральных схем 69
Резюме 72
Ключевые термины 74
Ссылки 75
Дополнительное чтение 75
Проблемы 76
ГЛАВА 3
ТВЕРДОТЕЛЬНЫЕ ДИОДЫ И
ДИОДНЫЕ ЦЕПИ 80
3.1 Диод с pn-переходом 81
3.1.1 Электростатика p-n-перехода 82
3.1.2 Внутренние токи диода 86
vii
VIII Содержание
3.2 ВАХ диода 87
3.3 Уравнение диода: математическая модель
для диода 90
3.4 Характеристики диода при обратном, нулевом и
Смещение вперед 93
3.4.1 Обратное смещение 93
3.4.2 Нулевое смещение 94
3. 4.3 Прямое смещение 94
3.5 Температурный коэффициент диода 96
3.6 Диоды при обратном смещении 98
3.6.1 Ток насыщения реальных диодов 99
3.6.2 Обратный анализ 100
3.6.3 Модель диода для пробоя
Регион 101
3,7 pn Емкость перехода 101
3.7.1 Обратное смещение 102
3.7.2 Прямое смещение 102
3.8 Диод с барьером Шоттки 103
3.9 Модель диода SPICE и компоновка 104
3.10 Анализ диодной цепи 106
3.10.1 Анализ грузовой марки 106
3.10.2 Анализ с использованием математической модели
для диода 108
3.10.3 Модель идеального диода 113
3.10.4 Постоянное падение напряжения, модель 115
3.10.5 Сравнение моделей и
Обсуждение 116
3.11 Многодиодные схемы 117
3.11.1 Двухдиодная схема 117
3.11.2 Схема с тремя диодами 120
3.12 Анализ работы диодов в пробой
123 регион
3.12.1 Анализ грузовой марки 123
3.12.2 Анализ с помощью кусочно-линейного анализа
Модель 124
3.12.3 Регулирование напряжения 124
3.12.4 Анализ с использованием Зенера
Сопротивление 125
3.12.5 Правила линии и нагрузки 126
3.13 Схемы однополупериодного выпрямителя 127
3. 13.1 Однополупериодный выпрямитель с резистором
Загрузка 128
3.13.2 Конденсатор фильтра выпрямителя 129
3.13.3 Однополупериодный выпрямитель с RC-нагрузкой 130
3.13.4 Напряжение пульсаций и проводимость
Интервал 131
3.13.5 Ток диода 134
3.13.6 Импульсный ток 135
3.13.7 Номинальное значение пикового обратного напряжения (PIV) 136
3.13.8 Диодная рассеиваемая мощность 136
3.13.9 Однополупериодный выпрямитель с отрицательным
Выходное напряжение 137
3.14 Схемы двухполупериодного выпрямителя 137
3.14.1 Двухполупериодный выпрямитель с отрицательным
Выходное напряжение 139
3.15 Полноволновое мостовое выпрямление 139
3.16 Сравнение выпрямителей и компромиссы при проектировании 140
3.17 Трехвыводные ИС-регуляторы напряжения 142
3.18 Преобразователи постоянного тока в постоянный (дополнительная тема) 146
3.18.1 Повышающий преобразователь 146
3.18.2 Понижающий преобразователь 149
3.19 Цепи формирования волны 152
3.19.1 Зажим или восстановление постоянного тока
Схема 152
3.19.2 Схемы ограничения или ограничения 153
3. 19.3 Двойные уровни отсечения 154
3.19.4 Кусочно-линейная передача напряжения
Характеристики 155
3.20 Динамическое переключение
Диод 155
3.21 Фотодиоды, солнечные элементы и светоизлучающие устройства
Диоды 157
3.21.1 Фотодиоды и фотодетекторы 157
3.21.2 Производство электроэнергии из солнечной энергии
Клетки 158
3.21.3 Светодиоды (LED) 159
Резюме 160
Ключевые термины 162
Ссылки 162
Дополнительное чтение 163
Проблемы 163
ГЛАВА 4
ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ 176
4.1 Характеристики МОП-конденсатора 178
4.1.1 Область накопления 178
4.1.2 Область истощения 178
4.1.3 Область инверсии 179
4.2 NMOS-транзистор 180
4.2.1 Качественное i-v поведение NMOS
Транзистор 181
4.2.2 Характеристики области триода
NMOS-транзистор 183
4.2.3 О сопротивлении 186
4.2.4 Использование MOSFET в качестве
Резистор, управляемый напряжением 187
4.2.5 Насыщение i-v
Характеристики 188
4.2.6 Математическая модель в режиме насыщения
(Отжим) Регион 189
4.2.7 Крутизна 192
4.2.8 Модуляция длины канала 192
Содержание ix
4.2.9 Передаточные характеристики
и режим истощения
МОП-транзисторы 194
4. 2.10 Эффект тела или субстрат
Чувствительность 195
4.3 транзистора PMOS 197
4.4 Символы схемы MOSFET 199
4.5 Изготовление МОП-транзистора и компоновка
Правила дизайна 202
4.5.1 Минимальный размер элемента и выравнивание
Допуск 202
4.5.2 Компоновка МОП-транзистора 202
4.6 Емкости МОП-транзисторов 205
4.6.1 Емкости транзисторов NMOS в
Триод Регион 205
4.6.2 Емкости при насыщении
206 регион
4.6.3 Емкости в отсечке 207
4.7 Моделирование MOSFET в SPICE 207
4.8 Смещение полевого транзистора NMOS 209
4.9 Смещение полевого транзистора PMOS 228
4.10. Источники тока и ток MOS
Зеркало 232
4.10.1 Анализ постоянного тока NMOS
Зеркало 234
4.10.2 Изменение зеркального соотношения MOS 236
4.10.3 Выходное сопротивление тока
Зеркало 237
4.10.4 Текущее расположение зеркал 238
4.10.5 Несколько текущих зеркал 239
4.11 Масштабирование МОП-транзистора 243
4.11.1 Ток стока 243
4.11.2 Емкость затвора 243
4.11.3 Плотность цепи и мощности 244
4.11.4 Произведение задержки мощности 244
4.11.5 Частота среза 245
4.11.6 Ограничения высокого поля 246
4.11.7 Подпороговая проводимость 246
4.12. Соединение полевого транзистора (JFET)
(расширенная тема) 247
4.12.1 JFET с подачей смещения 248
4.12.2 Канал JFET с истоком стока
Уклон 248
4.12.3 Характеристики n-канального полевого транзистора i-v 251
4.12.4 JFET 252 с p-каналом
4.12.5 Символы схемы и модель JFET
Резюме 252
4.12.6 Емкости JFET 254
4.13 МОДЕЛИРОВАНИЕ JFET В SPICE 254
4.14 Смещение JFET и режим обеднения
МОП-транзистор 255
Резюме 258
Ключевые термины 260
Ссылки 261
Проблемы 261
Г Л А В А 5
БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ 274
5.1 Физическая структура биполярного транзистора 276
5.2 Транспортная модель для транзистора npn 277
5.2.1 Передовые характеристики 277
5.2.2. Обратные характеристики 279
5.2.3 Полная транспортная модель
Уравнения для произвольного смещения
Условия 281
5.3 Транзистор p-n-p 283
5.4 Эквивалентные представления схемы для
Транспортные модели 285
5.5 Модель Эберса-Молля (*Дополнительная тема) 286
5.5.1 Прямые характеристики npn
Транзистор 287
5.5.2 Обратные характеристики npn
Транзистор 287
5.5.3 Модель Эберса-Молля для npn
Транзистор 287
5.5.4 Модель Эберса-Молля для pnp
Транзистор 288
5.5.5 Представление эквивалентной схемы для
модели Ebers-Moll 288
5.6 Рабочие области биполярного
Транзистор 289
5.7 I-V характеристики биполярного
Транзистор 290
5.7.1 Выходные характеристики 291
5.7.2 Передаточные характеристики 293
5.7.3 Напряжения пробоя перехода 294
5.8 Транспорт меньшинства на базе
Регион 295
5.8.1 Базовое транзитное время 296
5.8.2 Диффузионная емкость 298
5.9 Упрощения модели транспорта 299
5.9.1 Упрощенная модель для отсечки
Регион 299
5.9.2 Упрощения модели для
Передовая активная область 302
5.9.3 Частотная зависимость
Коэффициент усиления по току с общим эмиттером 306
5.9.4 Транскондуктивность 307
5.9.5 Упрощенная модель реверсивно-активного
311 регион
5.9.6 Моделирование работы в режиме насыщения
313 регион
5.10 Ранний эффект и раннее напряжение 316
5.10.1 Моделирование раннего эффекта 317
5.10.2 Происхождение раннего эффекта 317
5.11 Биполярная технология и модель SPICE 318
5.11.1 Качественное описание 318
5.11.2 Уравнения модели SPICE 318
5.11.3 Высокоэффективный биполярный
Транзисторы 321
х Содержание
5.12 Практические схемы смещения для BJT 322
5.12.1 Сеть смещения с четырьмя резисторами 322
5.12.2 Цели разработки четырехрезисторного преобразователя
Сеть смещения 325
5.13 Источники тока и биполярный ток
Зеркало 330
5.13.1 Токовое зеркало биполярного транзистора 331
5.13.2 Анализ текущего зеркала 331
5.13.3 Изменение текущего зеркала BJT
Соотношение 333
5.13.4 Выходное сопротивление тока
Зеркало 335
5.14 Допуски в цепях смещения 336
5.14.1 Анализ наихудшего случая 337
5.14.2 Анализ методом Монте-Карло 339
Резюме 343
Ключевые термины 344
Ссылки 345
Проблемы 345
ЧАСТЬ ВТОРАЯ
ЦИФРОВАЯ ЭЛЕКТРОНИКА 357
ГЛАВА 6
ВВЕДЕНИЕ В ЦИФРОВОЙ
ЭЛЕКТРОНИКА 359
6.1 Идеальные логические элементы 361
6.2 Определения логического уровня и
Допустимый уровень шума 362
6.2.1 Уровни логического напряжения 363
6.2.2 Допустимый уровень шума 364
6.2.3 Цели проектирования логических вентилей 365
6.3 Динамический отклик логических вентилей 365
6.3.1 Время нарастания и время спада 366
6.3.2 Задержка распространения 367
6.3.3 Продукт задержки мощности 367
6.4 Обзор булевой алгебры 368
6.5 Диодная логика и DTL 371
6.5.1 Диод ИЛИ вентиль 371
6.5.2 Диод и затвор 372
6.5.3 Диодно-транзисторная логика (DTL)
Ворота 372
6.6 Логический дизайн NMOS 373
6.6.1 Инвертор NMOS с резистивным
Загрузка 374
6.6.2 Расчет отношения W/L для MS 375
6.6.3 Конструкция нагрузочного резистора 376
6.6.4 Визуализация грузовой марки 376
6.6.5 Сопротивление переключения во включенном состоянии
Устройство 378
6.6.6 Анализ запаса шума 380
6.6.7 Расчет VI L и VO H 380
6.6.8 Расчет VI H и VO L 381
6.6.9 Проблемы с нагрузочным резистором 383
6.6.10 Транзисторные альтернативы нагрузке
Резистор 383
6.7 Статический расчет насыщенной нагрузки NMOS
Инвертор 384
6.7.1 Расчет VH 386
6.7.2 Расчет (Вт/л)S 387
6.7.3 Анализ запаса шума 394
6.8 Инвертор NMOS с устройством линейной нагрузки 397
6.9 Инвертор NMOS с нагрузкой в ​​режиме истощения 398
6.9.1 Расчет соотношения W/L для ML 399
6.9.2 Расчет отношения W/L для MS 399
6.9.3 Запасы помехоустойчивости инвертора с
Нагрузка в режиме истощения 400
6.10 Обзор инверторов NMOS и сравнение 406
6.11 NMOS NAND и NOR Gates 407
6.11.1 Ворота NOR 407
6.11.2 Элементы И-НЕ 408
6.11.3 Расположение вентилей NOR и NAND в NMOS
Технология режима истощения 410
6.12 Комплексная логическая схема NMOS 412
6.12.1 Выбор между двумя
Дизайн 414
6.13 Рассеиваемая мощность 416
6.13.1 Рассеивание статической мощности 416
6.13.2 Динамическое рассеивание мощности 417
6.13.3 Масштабирование мощности в логических элементах MOS 419
6.14 Динамическое поведение логических элементов MOS 420
6.14.1 Емкости в логических схемах 420
6.14.2 Динамический отклик NMOS
Инвертор с активной нагрузкой 421
6.14.3 Инвертор NMOS с режимом истощения
Загрузка 429
6.14.4 Инвертор NMOS с насыщением
Загрузка 434
6.15 Окончательное сравнение нагрузочных устройств 437
6.16 Логика ПМОП 442
6.16.1 Инверторы PMOS 443
6.16.2 Элементы NOR и NAND 443
Резюме 445
Ключевые термины 448
Ссылки 448
Дополнительное чтение 449
Проблемы 449
ГЛАВА 7
ДОПОЛНИТЕЛЬНАЯ МОП (КМОП)
ЛОГИЧЕСКИЙ ДИЗАЙН 462
7.1 КМОП-инверторная технология 463
7.1.1 Схема инвертора CMOS 465
Содержание xi
7.2 Статические характеристики КМОП-инвертора 466
7.2.1 Передача напряжения КМОП
Характеристики 467
7.2.2 Запас помехоустойчивости для КМОП
Инвертор 469
7.3 Динамическое поведение КМОП-инвертора 472
7.3.1 Оценка задержки распространения 472
7.3.2 Время нарастания и спада 474
7.3.3 Задержка каскадных инверторов 476
7.4 Произведение рассеиваемой мощности и задержки мощности
в КМОП 478
7.4.1 Рассеивание статической мощности 478
7.4.2 Динамическое рассеивание мощности 478
7.4.3 Продукт задержки мощности 479
7.5 CMOS NOR и NAND Gates 480
7.5.1 CMOS NOR Gate 481
7.5.2 Элементы КМОП-И-НЕ 484
7.6 Проектирование сложных вентилей в CMOS 485
7.7 Конструкция ворот минимального размера и
Производительность 491
7.8 Динамическая логика Domino CMOS 493
7.9 каскадных буферов 496
7.9.1 Модель задержки каскадного буфера 496
7.9.2 Оптимальное количество стадий 497
7.10 КМОП-шлюз передачи 500
7.11 КМОП-фиксатор 501
Резюме 504
Ключевые термины 505
Ссылки 506
Проблемы 506
ГЛАВА 8
СХЕМЫ ПАМЯТИ И ХРАНЕНИЯ МОП-транзисторов 515
8.1 Оперативная память 516
8.1.1 Оперативное запоминающее устройство (ОЗУ)
Архитектура 517
8.1.2 Микросхема памяти 517 на 256 МБ
8.2 Ячейки статической памяти 519
8.2.1 Изоляция ячеек памяти и доступ к ним?
Ячейка 6-T 520
8.2.2 Операция чтения 521
8.2.3 Запись данных в ячейку 6-T 525
8.3 ячейки динамической памяти 528
8.3.1 Однотранзисторная ячейка 528
8.3.2 Хранение данных в ячейке 1-T 528
8.3.3 Считывание данных с ячейки 1-T 530
8.3.4 Четырехтранзисторная ячейка 532
8.4 Усилители восприятия 533
8.4.1 Усилитель считывания для ячейки 6-T 533
8.4.2 Усилитель считывания для ячейки 1-T 536
8.4.3 Усиленная схема Wordline 538
8.4.4 КМОП-усилители считывания с тактовой частотой 539
8.5 Декодеры адреса 540
8.5.1 Декодер НЕ-ИЛИ 541
8.5.2 Декодер И-НЕ 542
8.5.3 Декодеры в Domino CMOS Logic 543
8.5.4 Декодер столбцов проходного транзистора 544
8.6 Постоянное запоминающее устройство (ПЗУ) 546
8.7 Триггеры 551
8.7.1 RS-триггер 551
8.7.2 D-защелка с использованием передачи
Гейтс 553
8.7.3 Триггер D Master-Slave 554
Резюме 555
Ключевые термины 555
Ссылки 556
Проблемы 557
ГЛАВА 9
БИПОЛЯРНЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ СХЕМЫ 563
9.1 Переключатель тока (пара с эмиттерной связью) 564
9.1.1 Математическая модель статического поведения
токового переключателя 565
9.1.2 Анализ переключения тока
для vI >VREF 566
9.1.3 Анализ переключения тока
для vI 
 Библиотека Конгресса Тематические заголовки для этой публикации:
 Интегральные схемы.