Схема транзисторный ключ: Транзисторные ключи. Схема, принцип работы

Транзисторные ключи. Схема, принцип работы

При работе со сложными схемами полезным является использование различных технических хитростей, которые позволяют добиться поставленной цели малыми усилиями. Одной из них является создание транзисторных ключей. Чем они являются? Зачем их стоит создавать? Почему их ещё называют «электронные ключи»? Какие особенности данного процесса есть и на что следует обращать внимание?

На чем делаются транзисторные ключи

Они выполняются с использованием полевых или биполярных транзисторов. Первые дополнительно делятся на МДП и ключи, которые имеют управляющий р–n-переход. Среди биполярных различают не/насыщенные. Транзисторный ключ 12 Вольт сможет удовлетворить основные запросы со стороны радиолюбителя.

Статический режим работы

В нём проводится анализ закрытого и открытого состояния ключа. В первом на входе находится низкий уровень напряжения, который обозначает сигнал логического нуля. При таком режиме оба перехода находятся в обратном направлении (получается отсечка). А на коллекторный ток может повлиять только тепловой. В открытом состоянии на входе ключа находится высокий уровень напряжения, соответствующий сигналу логической единицы. Возможной является работа в двух режимах одновременно. Такое функционирование может быть в области насыщения или линейной области выходной характеристики. На них мы остановимся детальнее.

Насыщение ключа

В таких случаях переходы транзистора являются смещенными в прямом направлении. Поэтому, если изменится ток базы, то значение на коллекторе не поменяется. В кремниевых транзисторах для получения смещения необходимо примерно 0,8 В, тогда как для германиевых напряжение колеблется в рамках 0,2-0,4 В. А как вообще достигается насыщение ключа? Для этого увеличивается ток базы. Но всё имеет свои пределы, равно как и увеличение насыщения. Так, при достижении определённого значения тока, оно прекращает увеличиться. А зачем проводить насыщение ключа? Есть специальный коэффициент, что отображает положение дел. С его увеличением возрастает нагрузочная способность, которую имеют транзисторные ключи, дестабилизирующие факторы начинают влиять с меньшей силой, но происходит ухудшение быстродействия. Поэтому значение коэффициента насыщения выбирают из компромиссных соображений, ориентируясь по задаче, которую необходимо будет выполнить.

Недостатки ненасыщенного ключа

А что будет, если не было достигнуто оптимальное значение? Тогда появятся такие недостатки:

1. Напряжение открытого ключа упадёт потеряет примерно до 0,5 В.
2. Ухудшится помехоустойчивость. Это объясняется возросшим входным сопротивлением, что наблюдается в ключах, когда они в открытом состоянии. Поэтому помехи вроде скачков напряжения будут приводить и к изменению параметров транзисторов.
3. Насыщенный ключ обладает значительной температурной стабильностью.

Как видите, данный процесс всё же лучше проводить, чтобы в конечном итоге получить более совершенное устройство.

Быстродействие

Этот параметр зависит от максимальной допустимой частоты, когда может осуществляться переключение сигналов. Это в свою очередь зависит от длительности переходного процесса, что определяется инерционностью транзистора, а также влиянием паразитных параметров. Для характеристики быстродействия логического элемента часто указывают среднее время, которое происходит при задержке сигнала, при его передаче в транзисторный ключ. Схема, отображающая его, обычно именно такой усреднённый диапазон отклика и показывает.

Взаимодействие с другими ключами

Для этого используются элементы связи. Так, если первый ключ на выходе имеет высокий уровень напряжения, то на входе второго происходит открытие и работает в заданном режиме. И наоборот. Такая цепь связи существенно влияет на переходные процессы, что возникают во время переключения и быстродействия ключей. Вот как работает транзисторный ключ. Наиболее распространёнными являются схемы, в которых взаимодействие совершается только между двумя транзисторами. Но это вовсе не значит, что это нельзя сделать устройством, в котором будет применяться три, четыре или даже большее число элементов. Но на практике такому сложно бывает найти применение, поэтому работа транзисторного ключа такого типа и не используется.

Что выбрать

С чем лучше работать? Давайте представим, что у нас есть простой транзисторный ключ, напряжение питания которого составляет 0,5 В. Тогда с использованием осциллографа можно будет зафиксировать все изменения. Если ток коллектора выставить в размере 0,5мА, то напряжение упадёт на 40 мВ (на базе будет примерно 0,8 В). По меркам задачи можно сказать, что это довольно значительное отклонение, которое накладывает ограничение на использование в целых рядах схем, к примеру, в коммутаторах аналоговых сигналов. Поэтому в них применяются специальные полевые транзисторы, где есть управляющий р–n-переход. Их преимущества над биполярными собратьями такие:

1. Незначительное значение остаточного напряжения на ключе в состоянии проводки.
2. Высокое сопротивление и, как результат – малый ток, что протекает по закрытому элементу.
3. Потребляется малая мощность, поэтому не нужен значительный источник управляющего напряжения.
4. Можно коммутировать электрические сигналы низкого уровня, которые составляют единицы микровольт.

Транзисторный ключ реле – вот идеальное применение для полевых. Конечно, это сообщение здесь размещено исключительно для того, чтобы читатели имели представление об их применении. Немного знаний и смекалки – и возможностей реализаций, в которых есть транзисторные ключи, будет придумано великое множество.

Пример работы

Давайте рассмотрим более детально, как функционирует простой транзисторный ключ. Коммутируемый сигнал передаётся с одного входа и снимается с другого выхода. Чтобы запереть ключ, на затвор транзистора используют подачу напряжения, которое превышает значения истока и стока на величину, большую в 2-3 В. Но при этом следует соблюдать осторожность и не выходить за пределы допустимого диапазона. Когда ключ закрыт, то его сопротивление относительно большое – превышает 10 Ом. Такое значение получается благодаря тому, что дополнительно влияет ещё и ток обратного смещения p-n перехода. В этом же состоянии емкость между цепью переключаемого сигнала и управляющим электродом колеблется в диапазоне 3-30 пФ. А теперь откроем транзисторный ключ. Схема и практика покажут, что тогда напряжение управляющего электрода будет близиться к нулю, и сильно зависит от сопротивления нагрузки и коммутируемой характеристики напряжения. Это обусловлено целой системой взаимодействий затвора, стока и истока транзистора. Это создаёт определённые проблемы для работы в режиме прерывателя.

В качестве решения данной проблемы были разработаны различные схемы, которые обеспечивают стабилизацию напряжения, что протекает между каналом и затвором. Причем благодаря физическим свойствам в таком качестве может использоваться даже диод. Для этого его следует включить в прямое направление запирающего напряжения. Если будет создаваться необходимая ситуация, то диод закроется, а р-n-переход откроется. Чтобы при изменении коммутируемого напряжения он оставался открытым, и сопротивление его канала не менялось, между истоком и входом ключа можно включить высокоомный резистор. А наличие конденсатора значительно ускорит процесс перезарядки емкостей.

Расчет транзисторного ключа

Для понимания привожу пример расчета, можете подставить свои данные:

1) Коллектор-эмиттер – 45 В. Общая рассеиваемая мощность — 500 mw. Коллектор-эмиттер – 0,2 В. Граничная частота работы – 100 мГц. База-эмиттер – 0,9 В. Коллекторный ток – 100 мА. Статистический коэффициент передачи тока – 200.

2) Резистор для тока 60 мА: 5-1,35-0,2 = 3,45.

3) Номинал сопротивления коллектора: 3,45\0,06=57,5 Ом.

4) Для удобства берём номинал в 62 Ом: 3,45\62=0,0556 мА.

5) Считаем ток базы: 56\200=0,28 мА (0,00028 А).

6) Сколько будет на резисторе базы: 5 – 0,9 = 4,1В.

7) Определяем сопротивление резистора базы: 4,1\0,00028 = 14,642,9 Ом.

Заключение

И напоследок про название «электронные ключи». Дело в том, что состояние меняется под действием тока. А что он собой представляет? Верно, совокупность электронных зарядов. От этого и происходит второе название. Вот в целом и все. Как видите, принцип работы и схема устройства транзисторных ключей не является чем-то сложным, поэтому разобраться в этом – дело посильное. Следует заметить, что даже автору данной статьи для освежения собственной памяти потребовалось немного попользоваться справочной литературой. Поэтому при возникновении вопросов к терминологии предлагаю вспомнить о наличии технических словарей и проводить поиск новой информации про транзисторные ключи именно там.

Все своими руками Транзисторный ключ с ограничением тока

Опубликовал admin | Дата 3 июня, 2020

Мощный ключ на полевом транзисторе с защитой по току

В статье рассматривается схема электронного коммутирующего устройства на полевом транзисторе в положительной шине питания с опцией отсечки цепи по превышения значения тока нагрузки. Схема устройства показана на рисунке 1.

В качестве коммутирующего транзистора VT3 в схеме применен IRF4905 с Р каналом. Максимальное напряжение сток – исток этого транзистора – VDSS = -55V, максимальный ток стока — ID = -74A. Сопротивление открытого канала — RDS (on) = 0.02Ω, при напряжении на затворе — VGS = -10V. Поэтому коммутируемое напряжение не должно быть менее 10 вольт. Максимальное напряжение затвор – исток этого транзистора — Gate-to-Source Voltage ± 20 V. Отсюда следует, что максимальное напряжение коммутации не должно быть выше двадцати вольт. Для увеличения величины коммутируемого напряжения необходимо параллельно резистору R6 подключить стабилитрон 12 вольт, катодом к затвору VT3. Если необходимо коммутировать напряжение от 5 вольт, то необходимо транзистор IRF4905 заменить транзистором с меньшим напряжением отсечки. Например — SUD50P06-15L. Он имеет сопротивление открытого канала две сотых Ома при напряжение между затвором и истоком 4,5 вольта при токе коммутации – 14А. На таблице ниже подчеркнуто красным цветом.

Работа схемы

При подаче напряжения на вход схемы на ее выходе напряжение будет отсутствовать, так как при отсутствии сигнала управления на базе транзистора VT4, будет отсутствовать открывающее отрицательное напряжение на затворе коммутирующего транзистора VT3 – транзистор будет закрыт. При появлении сигнала включения устройства (обычно сигналы управления по величине выбираются сопоставимые с сигналами ТТЛ логики, т.е. равными +5В) открывается транзистор VT4. При этом через его переход коллектор – эмиттер и через ограничительный резистор R7 на затвор ключевого, полевого транзистора VT3 поступит открывающее отрицательное напряжение с шины –U вх. Транзистор VT3 откроется и на выходе устройства появится напряжение питания нагрузки. Резистор R6 позволяет ускорить закрывание транзистора при снятии напряжения управления.

Схема имеет защиту по превышению тока нагрузки, датчиком тока является низкоомный резистор R3. От величины этого резистора зависит величина тока отсечки схемы. Формула определения тока защиты выглядит следующим образом: I защ. = 0,7/R3; При величине датчика тока равной 0,1 Ом, ток срабатывания защиты будет находиться в районе семи ампер. Схема включения транзисторов VT1 и VT2 является не чем иным, как аналогом тиристора. То есть защита является триггерной. После подачи на схему напряжения питания транзисторы VT1 и VT2 будут находиться в закрытом состоянии. При прохождении тока нагрузки через датчик тока R3, на нем образуется падение напряжения, которое через резистор R5 подается на базу транзистора VT1. При увеличении тока до определенной величины, напряжение на переходе база – эмиттер транзистора VT1 так же будет увеличиваться. Транзистор VT1 начнет открываться, через открывающийся транзистор и резистор R1 начнет поступать открывающее напряжение на базу транзистора VT2. Через открывающийся транзистор VT2 и резистор R4 на базу транзистора VT1 начнет поступать дополнительное отрицательное открывающее напряжение, что приведет к еще большему его открыванию. Возникает лавинообразный процесс, оба транзистора мгновенно откроются. Такое состояние схемы является устойчивым, и выйти из его она может только после снятия напряжения питания. В таком режиме открытый транзистор VT1 через разделительный диод VD1 шунтирует переход затвор – исток полевого транзистора VT3. Транзистор мгновенно закрывается и обесточивает нагрузку. Подразумевается, что ранее присутствовал сигнал включения, и транзистор VT3 был открыт.

Конденсатор С1 сглаживает всплески напряжения на базе VT1, так же от величины его емкости зависит время реакции схемы защиты на изменения тока. Это обстоятельство может быть актуально, если нагрузка ключа будет иметь емкостной характер. Время реакции защиты должно быть выбрано чуть больше времени действия тока заряда емкости нагрузки.

Всем удачи. К.В.Ю.

Скачать статью.

Скачать “Транзисторный_ключ_ограничением_тока” Транзисторный_ключ_ограничением_тока.rar – Загружено 385 раз – 97 КБ

Просмотров:2 217

Диоды в комбинированных цифро-импульсных узлах

Кроме описанных выше диодных схем в современной схемотехнике находят широкое применение различные импульсные устройства, построенные на основе биполярных и полевых транзисторов, а также цифровых микросхем. Несмотря на то, что основным коммутирующим элементом этих схем выступает транзистор (или логический элемент микросхемы), диоды могут играть в них вспомогательную роль, обеспечивая коммутацию дополнительных цепей улучшающих характеристики узлов. Пример диодно-транзисторной ключевой схемы приведен на рис. 3.1-10.

Рис. 3.1-10. Импульсный усилитель мощности с замыкающим диодом

Это импульсный усилитель мощности, который обеспечивает коммутацию активно-индуктивной нагрузки. Здесь специальный шунтирующий диод \(VD1\) фактически превращает последовательную транзисторную схему коммутации в последовательно-параллельную. Через него протекает ток дросселя на интервале времени, когда транзистор закрыт, т.е. независимо от состояния транзисторного ключа постоянно существует цепь для протекания тока нагрузки, что принципиально необходимо для нормального функционирования нагрузок, содержащих индуктивность.

В традиционные схемы транзисторных ключей диоды часто вводятся не только для обеспечения дополнительной коммутации (как это было описано выше). Благодаря своим ограничительным свойствам (см. Диодные ограничители в составе различных узлов аппаратуры) они могут использоваться для улучшения характеристик быстродействия этих ключей. Дело в том, что существенную долю времени выключения биполярного транзистора, особенно при пассивном запирании, составляет время его рассасывания.

Для исключения этого временного интервала необходимо предотвратить переход транзистора в состояние глубокого насыщения, что может быть достигнуто путем фиксации минимального напряжения коллекторного перехода транзистора. Такое решение реализовано в схеме на рис. 3.1‑11.

Рис. 3.1-11. Схема ненасыщенного ключа на биполярном транзисторе с фиксацией напряжения \(U_{КБ}\) с помощью диода и базового резистора

Если в схеме на рис. 3.1-11 вместо обычного кремниевого диода использовать диод Шоттки, имеющий малое падение напряжения в проводящем состоянии, то резистор \(R_б\) может быть исключен, а схема преобразуется в представленную на рис. 3.1-12(а).

Такая схема нашла широчайшее применение в цифровых ИС (логика ТТЛШ), где диод Шоттки и транзистор сразу выполняются совмещенными, благодаря особой компоновке полупроводниковой структуры, в которой металлический вывод базы дополнительно имеет контакт и с коллекторной областью, образуя дополнительный переход Шоттки.

Изготовленный описанным образом интегральный элемент принято называть биполярным транзистором Шоттки (Schottky-clamped transistor) или просто транзистором Шоттки (не путать с Полевым транзистором Шоттки) и обозначать как показано на рис. 3.1-12(б).

Рис. 3.1-12. Транзисторно-диодный ключ с диодом Шоттки (а) и биполярный транзистор Шоттки (б)

Иногда для исключения накопления избыточного заряда в базовой области биполярного транзистора, вместо напряжения \(U_{КБ}\) фиксируется напряжение \(U_{КЭ}\). При этом используется схема, приведенная на рис. 3.1-13, в которой между выводами эмиттера и коллектора транзистора включены последовательно соединенные диод и источник фиксирующего напряжения. Однако из-за значительного технологического разброса параметров транзисторов величина \(U_{фикс}\) должна выбираться с достаточным запасом, что ведет к большому остаточному напряжению на замкнутом ключе.

Рис. 3.1-13. Схема ненасыщенного ключа на биполярном транзисторе с фиксацией напряжения \(U_{КЭ}\) с помощью диода и дополнительного напряжения фиксации

При применении в усилителях мощности схема на рис. 3.1‑13 вырождается и сводится к прямому шунтированию транзистора обратным диодом. Такое включение транзисторов обычно называют “стойкой” (пример на рис. 3.1-14).

Рис. 3.1-14. Импульсный усилитель мощности с включающим и замыкающим ключами

На рис. 3.1-15 представлена простая схема, демонстрирующая возможный вариант использования диодно-емкостной цепочки в в сочетании с цифровым логическим элементом ТТЛ и предназначенная для задержки фронта импульса.

Рис. 3.1-15. Схема задержки фронта импульса (а) и временны’е диаграммы, поясняющие ее работу (б)

В исходном состоянии, когда на вход схемы подан сигнал логического нуля, диод \(VD1\) открыт, а на конденсаторе \(C1\) поддерживается напряжение равное падению напряжения на прямосмещенном диоде \(VD1\) (это происходит из-за особенностей внутренней схемотехники логического элемнта ТТЛ). При поступлении на вход устройства сигнала логической единицы диод \(VD1\) сразу же закрывается, а конденсатор \(C1\) начинает медленно подзаряжаться за счет тока, протекающего через эмиттерный переход входного транзистора ТТЛ элемента. Когда напряжение на конденсаторе превысит порог срабатывания логического элемента, на выходе появится инвертированный задержанный фронт входного импульса. При прохождении среза вход снова замкнется на общий провод, а конденсатор \(C1\) за очень короткое время (учитывая малое выходное сопротивление типового элемента ТТЛ, с которого поступает импульсный сигнал) разрядится через диод \(VD1\), и устройство перейдет в исходное состояние.

Если необходимо задержать не фронт, а срез имипульса достаточно подать на описанную схему предварительно проинвертированный сигнал. Тогда на ее выходе будет получен исходный сигнал (а не его инверсия) с задержанными срезами импульсов. Для задержки всего импульса требуется использовать два одинаковых каскада (рис. 3.1-16), один из которых отвечает за задержку фронта, а другой — среза (здесь также на выходе будет получен неинвертированный задержанный сигнал).

Рис. 3.1-16. Схема задержки импульса (а) и временны’е диаграммы, поясняющие ее работу (б)

Недостатком такого устройства является то, что оно способно нормально обрабатывать только импульсы, длительность которых не меньше времени задержки.

Описанный простейший узел задержки фронта импульса может быть использован и в составе различных формирователей. Например, на его базе может быть построена схема формирования импульсов заданной длительности (рис. 3.1-17). В этой схеме на один вход логического элемента 2И-НЕ исходный сигнал подается непосредственно, а на другой — с задержкой фронта и с инверсией. Выходным сигналом является импульс логического нуля, длительность которого равна времени задержки фронта входного импульса.

Включив на выходе такого формирователя интегрирующую цепь, которая будет выделять постоянную составляющую импульсного сигнала, можно получить простейший преобразователь частота – напряжение (принцип работы преобразователя заключается в том, что постоянная составляющая периодического импульсного сигнала обратно пропорциональна скважности этого сигнала, а следовательно, при постоянной длительности прямо пропорциональна частоте).

Рис. 3.1-17. Формирователь импульсов заданной длительности

Два других примера применения схемы задержки — автоколебательный (рис. 3.1-18) и ждущий (рис. 3.1-19) мультивибраторы.

Рис. 3.1-18. Автоколебательный мультивибратор

Рис. 3.1-19. Ждущий мультивибратор

Транзисторный ключ.

Электроника Транзисторный ключ.

просмотров — 467

Основными элементами электронных ключей является транзистор, работающий в ключевом режиме. Как правило, транзистор включается по схеме с ОЭ. Эта схема обладает большим коэффициентом передачи управляющего сигнала, а так же большим входным и малым выходным сопротивлением, что облегчает согласование ключа с источником сигнала и нагрузкой.

Схема включения транзистора в ключевом режиме внешне не отличается от схемы включения в усилительном режиме. Разница только в параметрах элементов схемы, обеспечивающих режим работы (рис.2.58).

Рис.2.58. Схема включения транзистора в ключевом режиме.

Во время работы транзистор может находиться в одном из трех состояний – закрытом, открытом и активном.

Транзистор закрыт, если к его эмиттерному переходу приложено запирающее напряжение. Для p–n–p типа транзистора это нулевой или отрицательный потенциал на базе по отношению к эмиттеру. Через закрытый транзистор протекает только тепловой ток обратно смещенных p–n переходов Iк обр. Рабочая точка транзистора находится в области отсечки.

Uвых=Uкэ= Eпит — Iк обр. Ru Eпит

Величина Iк обр мала и сильно зависит от . Важно заметить, что для снижения величины UR= Iк обр. Ru и зависимости выходных параметров от величину Ru стремятся уменьшить, обеспечив условие Iк обр. Ru<< Eпит.

Для открытия транзистора (включение электронного ключа) на базу крайне важно подать положительный потенциал такой величины, чтобы рабочие токи перешли в область насыщения, то есть выполнялось условие Iб= Uвх/Rб=Iб нас.

При этом напряжение на коллекторе транзистора будет равно:

Uвых=Uкэ нас

Эта величина составляет 0,2….0,6 для германиевых транзисторов и 0,4….0,8 для кремниевых. При этом через транзистор и Rк протекает максимальный ток:

На величину Rк накладывает ограничение максимально допустимый ток коллектора:

Величина крайне важного базового тока определяется из соотношения:

Временные диаграммы, поясняющие принцип работы транзисторного ключа приведены на рис.2.59.

Рис. 2.59. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы транзисторного ключа.

Величина длительности фронтов может быть приближенно определœена из соотношения:

τ= τ+(1+)кэRк,

где τ — высокочастотный параметр транзистора; — коэффициент передачи тока базы транзистора; кэ=1,6…2,1Скэ – среднее значение выходной емкости транзистора; Rк – величина коллекторного резистора.

На основе транзисторного ключа строят различные функциональные узлы, такие как мультивибраторы, генераторы линœейно – изменяющегося напряжения и т.д.

Рассмотрим построение и принцип работы наиболее распространенных в автомобильной электронике устройств.

Читайте также

— Транзисторный ключ.

Основными элементами электронных ключей является транзистор, работающий в ключевом режиме. Как правило, транзистор включается по схеме с ОЭ. Эта схема обладает большим коэффициентом передачи управляющего сигнала, а так же большим входным и малым выходным сопротивлением,… [читать подробенее]

Транзисторный ключ

Изобретение относится к импульсной технике, а именно к транзисторным ключам, и может быть использовано для управляемого по программе подключения напряжения питания к биполярным полупостоянным запоминающим устройствам, а также в качестве формирователя импульсов тока в кабельную или воздушную линию связи с распределенными параметрами.

Известен транзисторный ключ, обеспечивающий передачу цифровых сигналов в линию связи с распределенными параметрами, содержащий четырнадцать транзисторов одной структуры (n-р-n-тип), восемь диодов и двенадцать резисторов (Наумов Ю.Е., Аваев Н.А., Бедрековский М.А. Помехоустойчивость устройств на интегральных логических схемах. М., «Советское радио», 1975 (стр.104, рис.5.7).

Известный транзисторный ключ позволяет работать с симметричными линиями связи (без заземления нагрузки), имеет низкое выходное сопротивление и защиту от коротких замыканий в линии.

Недостатками известного транзисторного ключа являются недостаточно высокая надежность и ограниченные функциональные возможности.

Первый недостаток обусловлен тем, что при коротком замыкании на выходе в нем происходит ограничение тока выходных каскадов путем стабилизации выходного тока, приводящее к существенному увеличению мощности рассеивания на токостабилизирующих элементах. При микроминиатюрном конструктивном исполнении транзисторного ключа это создаст тяжелые температурные режимы, что снизит его наработку на отказ.

Второй недостаток обусловлен существенным изменением амплитуды выходного сигнала ключа в зависимости от сопротивления линии связи, что ограничивает возможности его применения для целого ряда цифровых каналов из-за ухудшения соотношения сигнал/помеха. Кроме того, при использовании ключа для работы по несимметричным цепям, он оказывается незащищенным от случайного подключения в цепь нагрузки встречного напряжения.

Известен транзисторный ключ (Авторское свидетельство СССР №1264332, кл. Н 03 К 17/60. «Транзисторный ключ», опубликовано 15.10.86. Бюл. №38), выбранный в качестве ближайшего аналога (прототипа), содержащий первый и второй транзисторы одной структуры, третий и четвертый транзисторы другой структуры, десять резисторов, два инвертора, два элемента И-НЕ, элемент И, входную шину и нагрузку, причем эмиттер первого транзистора подключен к шине источника питания и первому выводу первого резистора, второй вывод которого соединен с базой первого транзистора, коллектор которого через нагрузку подключен к общей шине, коллектор второго транзистора соединен с первым выводом второго резистора, а база подключена к первому выводу третьего резистора и через четвертый резистор — к шине источника питания, второй вывод третьего резистора соединен с выходом первого элемента И-НЕ, первый вход которого подключен к входной шине и первому входу второго элемента И-НЕ, выход которого через пятый резистор соединен с базой первого транзистора, эмиттер второго транзистора подключен к шине источника питания, второй вход первого элемента И-НЕ соединен с выходом первого инвертора, вход которого подключен к первому выводу шестого резистора и через седьмой резистор — к общей шине, второй вход второго элемента И-НЕ соединен с коллектором первого транзистора и вторыми выводами второго и шестого резисторов, вход второго инвертора подключен к входной шине, а выход соединен с первым входом элемента И и через восьмой резистор с базой третьего транзистора, коллектор которого через девятый резистор соединен с коллекторами первого и четвертого транзисторов, база четвертого транзистора через десятый резистор соединена с выходом элемента И, второй вход которого подключен к выходу первого инвертора, эмиттеры третьего и четвертого транзисторов объединены и подключены к общей шине. Кроме того, транзисторный ключ содержит два конденсатора, причем первый вывод первого конденсатора подключен к коллектору первого транзистора, а второй вывод соединен с общей шиной и первым выводом второго конденсатора, второй вывод которого подключен к эмиттеру первого транзистора.

Известный транзисторный ключ обеспечивает коммутацию любых активно-емкостных нагрузок, обладает высокими коммутационными свойствами, обеспечивает защиту активных элементов (транзисторов) от токовых перегрузок как при коротком замыкании нагрузки, так и от случайного подключения в цепь нагрузки встречного напряжения.

Недостатками известного транзисторного ключа являются значительная потребляемая мощность от источника питания и недостаточно высокая надежность.

Первый недостаток обусловлен тем, что при коротком замыкании нагрузки ток, потребляемый ключом от источника питания, ограничивается только коллекторным резистором второго транзистора (а резистор по условиям быстродействия ключа должен иметь малый номинал), поэтому значение тока может быть велико.

Второй недостаток обусловлен тем, что в аварийных режимах ключа, при коротком замыкании нагрузки или подключении в цепь нагрузки встречного напряжения, на коллекторных резисторах второго и третьего транзисторов, соответственно, будут выделяться значительные мощности, следствием чего станет температурная перегрузка элементов. Кроме того, в известном транзисторном ключе второй вход второго логического элемента И-НЕ имеет непосредственную связь с нагрузкой, что создает опасность выхода из строя этого логического элемента при случайном подключении в цепь нагрузки встречного напряжения значительной величины (например, превышающей напряжение питания логического комплекса транзисторного ключа).

Целью предлагаемого изобретения является уменьшение потребляемой мощности и повышение надежности.

Поставленная цель достигается тем, что в транзисторный ключ, содержащий первый и второй транзисторы одной структуры, третий транзистор другой структуры, семь резисторов, конденсатор, элемент И-НЕ, элемент И, инвертор, нагрузку, первый вывод которой подключен к общей шине, первому выводу конденсатора и эмиттеру третьего транзистора, база которого через первый резистор соединена с выходом элемента И, первый вход которого подключен к первому входу элемента И-НЕ, второй вход которого соединен с входной клеммой и входом инвертора, выход которого подключен ко второму входу элемента И, выход элемента И-НЕ через второй резистор соединен с первым выводом третьего резистора и базой первого транзистора, эмиттер которого объединен с шиной источника питания и вторым выводом третьего резистора, а коллектор подключен через четвертый резистор к коллектору третьего транзистора, первый вывод пятого резистора соединен с базой второго транзистора, коллектор которого подключен через последовательно соединенные шестой и седьмой резисторы к общей шине, введены триггер Шмитта, два диода и стабилитрон, анод которого соединен с общей шиной, а катод подключен ко второму выводу конденсатора, точке соединения шестого и седьмого резисторов и входу триггера Шмитта, инверсный выход которого подключен к первым входам элементов И и И-НЕ, при этом эмиттер второго транзистора соединен с коллектором первого транзистора и катодом первого диода, анод которого подключен ко второму выводу нагрузки и катоду второго диода, анод которого соединен с коллектором третьего транзистора и вторым выводом пятого резистора.

Перечисленные выше существенные признаки позволяют сделать вывод о соответствии заявляемого технического решения критериям «новизна» и «изобретательский уровень» по следующим причинам.

Проведенные исследования уровня техники в области транзисторных ключей показали, что на момент подачи заявки сущность предлагаемого технического решения неизвестна.

Содержащиеся в заявляемом объекте дополнительные элементы с соответствующей структурой связей существенно отличают его от известных транзисторных ключей и эти нововведения для специалистов не следуют явным образом из уровня техники.

Предлагаемое техническое решение может быть использовано в вычислительной технике и в промышленности средств связи, в частности при организации передачи цифровой информации по длинным линиям связи, что позволяет сделать вывод о его соответствии критерию «промышленная применимость».

На чертеже представлена принципиальная электрическая схема транзисторного ключа.

Транзисторный ключ содержит первый 1 и второй 2 транзисторы одной структуры, третий транзистор 3 другой структуры, семь резисторов 4-10, конденсатор 11, элемент 12 И-НЕ, элемент 13 И, инвертор 14, нагрузку 15, первый вывод 16 которой подключен к общей шине 17, первому выводу конденсатора 11 и эмиттеру третьего транзистора 3, база которого через первый резистор 4 соединена с выходом элемента 13 И, первый вход которого подключен к первому входу элемента 12 И-НЕ, второй вход которого соединен с входной клеммой 18 и входом инвертора 14, выход которого подключен к второму входу элемента 13 И, выход элемента 12 И-НЕ через второй резистор 5 соединен с первым выводом третьего резистора 6 и базой первого транзистора 1, эмиттер которого объединен с шиной 19 источника питания и вторым выводом третьего резистора 6, а коллектор подключен через четвертый резистор 7 к коллектору третьего транзистора 3, первый вывод пятого резистора 8 соединен с базой второго транзистора 2, коллектор которого подключен через последовательно соединенные шестой 9 и седьмой 10 резисторы к общей шине 17, анод стабилитрона 20 соединен с общей шиной 17, а его катод подключен ко второму выводу конденсатора 11, точке соединения шестого 9 и седьмого 10 резисторов и входу триггера 21 Шмитта, инверсный выход которого подключен к первым входам элементов 13 И и 12 И-НЕ, при этом эмиттер второго транзистора 2 соединен с коллектором первого транзистора 1 и катодом первого диода 22, анод которого подключен ко второму выводу 23 нагрузки 15 и катоду второго диода 24, анод которого соединен с коллектором третьего транзистора 3 и вторым выводом пятого резистора 8. Выходом транзисторного ключа является клемма 25, подключенная к точке соединения диодов 22 и 24.

Транзисторный ключ работает следующим образом.

При наличии на шине 19 напряжения питания и поступлении на входную клемму 18 уровня логического нуля («0»), на выходе элемента 12 И-НЕ устанавливается высокий уровень напряжения, что исключает возможность протекания через резистор 5 базового тока транзистора 1, в результате чего транзистор 1 выключен и через резистор 7, диод 24 и нагрузку 15 ток не протекает (нагрузка 15 отключена от шины 19 источника питания). При отсутствии тока в коллекторной цепи транзистора 1 на резисторе 7 отсутствует какое-либо напряжение, поэтому транзистор 2 выключен, в его коллекторной цепи отсутствует ток, а на резисторе 10 отсутствует напряжение, что обеспечивает наличие уровня «0» на входе триггера 21 Шмитта. При этом на инверсном выходе триггера 21 установлен уровень логической единицы («1»), который поступает на первые входы элементов 13 И и 12 И-НЕ. Уровень «0» с выходной клеммы 18 поступает на вход инвертора 14, в результате чего на его выходе — уровень «1», который поступает на второй вход элемента И 13. На обоих входах элемента И 13 оказываются уровни «1», следовательно, на его выходе устанавливается высокий уровень напряжения, обеспечивающий через резистор 4 протекание базового тока транзистора 3, в результате чего транзистор 3 оказывается включенным. Если к этому моменту времени на реактивных элементах нагрузки 15 было какое-то остаточное напряжение, то оно будет снято за счет подключения клеммы 23 нагрузки 15 к общей шине 17 через диод 22, резистор 7 и открытый транзистор 3.

При поступлении на входную клемму 18 уровня «1» на обоих входах элемента 12 И-НЕ оказываются уровни «1», а на его выходе устанавливается низкий уровень напряжения, обеспечивающий через резистор 5 протекание базового тока транзистора 1 и включение транзистора 1. Коллекторный ток транзистора 1 протекает через резистор 7 и диод 24 в нагрузку 15. При этом транзистор 3 оказывается выключенным, так как в этот момент времени уровень «1» с входной клеммы 18, поступая на вход инвертора 14, устанавливает на его выходе, а следовательно, и на втором входе элемента 13 И уровень «0», в результате чего на выходе элемента 13 И — низкий уровень напряжения, и в базовой цепи транзистора 3 отсутствует ток.

Коллекторный ток транзистора 1, протекающий через резистор 7 в нагрузку, создает на резисторе 7 падение напряжения, однако номинал резистора 7 выбирается таким образом, чтобы при максимальном токе нагрузки падение напряжения на нем было бы недостаточно для появления базового тока транзистора 2, следовательно, транзистор 2 остается в выключенном состоянии.

Если по каким-либо причинам ток в нагрузке 15 станет выше допустимой величины (например, при коротком замыкании нагрузки), напряжение на резисторе 7 увеличится и станет достаточным для появления базового тока транзистора 2, что приведет к его включению. Коллекторный ток включившегося транзистора 2, протекая через резисторы 9 и 10, начнет заряжать конденсатор 11, и когда напряжение на нем достигнет верхнего значения петли гистерезиса (напряжение включения) триггера 21 Шмитта, триггер 21 переключится и на его инверсном выходе установится уровень «0», который заблокирует работу элементов 13 И и 12 И-НЕ по первым входам. На выходе элемента 12 И-НЕ установится высокий уровень напряжения, что отключит базовый ток транзистора 1 и приведет к его выключению и отключению нагрузки 15 от шины 19 источника питания. При этом выключится и транзистор 2, так как на резисторе 7 не будет напряжения, и прекратится ток в его коллекторной цепи. Конденсатор 11 начнет разряжаться через резистор 10. Такое отключенное состояние нагрузки будет сохраняться до тех пор, пока уменьшающееся напряжение на конденсаторе 11 не достигнет нижнего значения петли гистерезиса (напряжение выключения) триггера 21 Шмитта. После этого на инверсном выходе триггера 21 установится уровень «1», что приведет к установке на выходе элемента 12 И-НЕ низкого уровня напряжения, включению транзистора 1 и появлению тока в нагрузке 15. Если к этому моменту времени не будет ликвидировано аварийное состояние нагрузки (ток нагрузки будет превышать максимально допустимый), вновь включится транзистор 2, начнется заряд конденсатора 11 с последующим отключением нагрузки 15 от шины 19 источника питания по описанному выше принципу. Периодическое подключение и отключение нагрузки 15 (опрос состояния нагрузки) будет продолжаться до тех пор, пока не будет устранена причина аварийного тока в нагрузке. Период, с которым будет осуществляться опрос состояний нагрузки, определяется параметрами времязадающей цепи — конденсатор 11 — резистор 10 и шириной петли гистерезиса триггера 21 Шмитта. Таким образом, после устранения аварийного состояния нагрузки 15, она автоматически будет подключена к шине 19 источника питания, если на входной клемме 18 будет сохраняться уровень «1».

При поступлении на входную клемму 18 уровня «0», по описанной выше логике работы, выключится транзистор 1 и включится транзистор 3. Включившийся транзистор 3 осуществит быстрый разряд эквивалентной емкости нагрузки по цепи: клемма 23 — диод 22 — резистор 7 — транзистор 3 — общая шина 17. Если при включенном транзисторе 3, возникнет аварийная ситуация (например, случайное включение встречного напряжения на отключенную от шины питания нагрузку или появление на нагрузке наведенной ЭДС от грозовых разрядов), то возрастет ток коллектора транзистора 3, а следовательно, увеличится и падение напряжения на резисторе 7 до величины, достаточной для появления базового тока транзистора 2, что приведет к его включению. Коллекторный ток включившегося транзистора 2, протекая через резисторы 9 и 10, начнет заряжать конденсатор 11, и когда напряжение на нем достигнет верхнего значения петли гистерезиса триггера 21 Шмитта, триггер 21 переключится, и на его инверсном выходе установится уровень «0», который заблокирует работу элементов 13 И и 12 И-НЕ по первым входам. На выходе элемента 13 И установится низкий уровень напряжения, что отключит базовый ток транзистора 3 и приведет к его выключению и прекращению шунтирования нагрузки 15. При этом выключится и транзистор 2, так как на резисторе 7 не будет напряжения, и прекратится ток в его коллекторной цепи. Конденсатор 11 начнет разряжаться через резистор 10. Такое состояние будет сохраняться до тех пор, пока уменьшающееся напряжение на конденсаторе 11 не достигнет нижнего значения петли гистерезиса триггера 21 Шмитта. После этого на инверсном выходе триггера 21 установится уровень «1», что приведет к установке на выходе элемента 13 И высокого уровня напряжения, появлению базового тока транзистора 3 и его включению. Если к этому времени не будет отключено встречное напряжение в нагрузке, вновь включится транзистор 2, начнется заряд конденсатора 11 с последующим выключением транзистора 3 и прекращением шунтирования нагрузки 15 по описанному выше принципу. Периодическое прекращение шунтирования нагрузки 15 (опрос наличия встречного напряжения на нагрузке) будет продолжаться до тех пор, пока не прекратится действие встречного напряжения или наведенной ЭДС на нагрузке. Период опроса состояния нагрузки определяется теми же параметрами, как и в случае короткого замыкания нагрузки.

Таким образом, после устранения действия встречного напряжения на нагрузке 15 она автоматически будет зашунтирована и подключена к общей шине 17 через открытый транзистор 3, если на входной клемме 18 будет сохраняться уровень «0».

Следует отметить, что время заряда конденсатора 11, определяемое значением его емкости и номиналами резисторов 9 и 10, должно быть больше времени действия импульсных токов транзисторов 1 и 3, обусловленного временами заряда и разряда эквивалентной емкости нагрузки 15. С другой стороны, это время заряда не должно превышать допустимой длительности максимально допустимых импульсных токов транзисторов 1 и 3, возникающих при аварийных состояниях нагрузки 15.

Время разряда конденсатора 11, определяемое значением его емкости и номиналом резистора 10, не должно превышать допустимого времени готовности транзисторного ключа (времени его восстановления) после устранения аварии в нагрузке.

Стабилитрон 20 ограничивает амплитуду заряда конденсатора 11, что позволяет стабилизировать время готовности транзисторного ключа вне зависимости от амплитуд встречных напряжений. Одновременно стабилитрон 20 обеспечивает защиту входа триггера 21 от перенапряжений, в случае, если встречные напряжения на нагрузке будут иметь большую амплитуду.

Резистор 8 является принципиально необходимым, так как благодаря ему обеспечивается необходимая разность потенциалов между эмиттером включенного транзистора 2 и общей шиной при коротком замыкании нагрузки или встречном включении напряжения. Именно за счет этой разности потенциалов обеспечивается ток через резисторы 9 и 10 и заряд конденсатора 11.

Работа транзисторов 1 и 3 в режиме глубокого насыщения при включенном состоянии и отсечки в выключенном состоянии, а также тот факт, что заряд и разряд эквивалентной емкости нагрузки 15 происходит через один и тот же резистор 7, обеспечивают высокие ключевые свойства транзисторного ключа и одинаковые значения длительностей фронта и спада токовых импульсов.

Таким образом, предложенный транзисторный ключ, по сравнению с известным, практически не потребляет мощности от источника питания в аварийных состояниях нагрузки, следствием чего является и малая мощность рассеивания на элементах ключа, что является предпосылкой существенного повышения его надежности при микроминиатюризации.

Структура построения транзисторного ключа позволяет реализовать его с применением прогрессивных технологий в микроэлектронике (например, ПЛИС-технологий), что позволит создать высоконадежные и быстродействующие устройства для передачи цифровой информации в длинные линии связи.

Транзисторныйключ,содержащийпервыйивторойтранзисторыоднойструктуры,третийтранзистордругойструктуры,семьрезисторов,конденсатор,элементИ-НЕ,элементИ,инвертор,нагрузку,первыйвыводкоторойподключенкобщейшине,первомувыводуконденсатораиэмиттерутретьеготранзистора,базакоторогочерезпервыйрезисторсоединенасвыходомэлементаИ,первыйвходкоторогоподключенкпервомувходуэлементаИ-НЕ,второйвходкоторогосоединенсвходнойклеммойивходоминвертора,выходкоторогоподключенковторомувходуэлементаИ,выходэлементаИ-НЕчерезвторойрезисторсоединенспервымвыводомтретьегорезистораибазойпервоготранзистора,эмиттеркоторогообъединенсшинойисточникапитанияивторымвыводомтретьегорезистора,аколлекторподключенчерезчетвертыйрезисторкколлекторутретьеготранзистора,первыйвыводпятогорезисторасоединенсбазойвтороготранзистора,коллекторкоторогоподключенчерезпоследовательносоединенныешестойиседьмойрезисторыкобщейшине,отличающийсятем,чтодополнительносодержиттриггерШмитта,двадиодаистабилитрон,анодкоторогосоединенсобщейшиной,акатодподключенковторомувыводуконденсатора,точкесоединенияшестогоиседьмогорезисторовивходутриггераШмитта,инверсныйвыходкоторогоподключенкпервымвходамэлементовИиИ-НЕ,приэтомэмиттервтороготранзисторасоединенсколлекторомпервоготранзистораикатодомпервогодиода,анодкоторогоподключенковторомувыводунагрузкиикатодувторогодиода,анодкоторогосоединенсколлекторомтретьеготранзистораивторымвыводомпятогорезистора.

как зажечь светодиод в темноте

Мне нужно было сделать схемку, чтобы светодиоды загорались в темноте. После того как я потратил кучу времени, но ничего не заработало я понял что совершенно не разбираюсь в операционных усилителях и даже в простейших схемах на транзисторах.
Но затем я наткнулся на это видео, где Ben Krasnow всё отлично объяснил.

Покажу как я рассчитал схему.

Для начала мне нужно просто зажечь светодиод если он находиться в темноте.

Я сжег все свои фото элементы пока практиковался, так что пришлось покупать новые.

Так как мне не нужны были какие то определённый параметры я просто купил самый дешёвый фототранзистор который был L-53P3BT фирмы KingBright.

теперь нужно достать на него даташит и найти его параметры.

Отсюда мне нужно только напряжение и ток которые выдерживает фототранзистор. -6   = 5 / 0.00000267 = 18727 Ом    или 19 Ком.

От Блока питания я получал больше чем 5 вольт, так что взял резистор на 30 Ком.

Схема

Вот такая схема получилась в конце, это также драйвер питания для светодиода, ведь транзистор поддерживает ток только 20 мА и можно подключать сколько угодно светодиодов, лишь бы хватило на каждый напряжения, обычный светодиод потребляет где то 2 Вольта.

Если подключать несколько ОДИНАКОВЫХ светодиодов то не будет разницы в яркости, т.к ток постоянный и на каждом светодиоде одинаковое падение напряжения..

На полученных знаниях уже проще строить большие системы, мощные переключатели, датчики и т.д.

Для увеличения чувствительности (если маленькое изменение тока базы) можно использовать составные транзисторы,( там где эммитер 1 транзистора соединяется с базой 2 транзистора), тогда hFE = hFE_1 * hFE_2

В нашем случае, если подключить точно такой же транзистор усиление было бы примерно 4900.

Не нужное, но всё же видео работы.

Транзистор

в качестве переключателя | Дискретные полупроводниковые схемы

ЧАСТИ И МАТЕРИАЛЫ

• Две 6-вольтовые батареи
• Один NPN-транзистор — рекомендуются модели 2N2222 или 2N3403 (каталог Radio Shack № 276-1617 — это пакет из пятнадцати NPN-транзисторов, идеально подходящий для этого и других экспериментов)
• Один резистор 100 кОм
• Один резистор 560 Ом
• Один светодиод (каталожный номер Radio Shack 276-026 или аналогичный)

Значения резисторов не имеют решающего значения для этого эксперимента.Также не выбран конкретный светоизлучающий диод (LED).

ПЕРЕКРЕСТНЫЕ ССЫЛКИ

Уроки электрических цепей , Том 3, глава 4: «Транзисторы с биполярным переходом»

ЦЕЛИ ОБУЧЕНИЯ

• Усиление тока биполярного транзистора

ПРИНЦИПАЛЬНАЯ СХЕМА

ИЛЛЮСТРАЦИЯ

ИНСТРУКЦИИ

Красный провод, показанный на схеме (тот, который заканчивается стрелкой и подключен к одному концу резистора 100 кОм), предназначен для того, чтобы оставаться незакрепленным, чтобы вы могли на мгновение прикоснуться к нему в других точках цепи. резистор) должен оставаться незакрепленным, чтобы вы могли на мгновение прикоснуться к нему в других точках цепи.

Если вы прикоснетесь концом незакрепленного провода к любой точке цепи, более положительной, чем она, например, к положительной стороне источника питания постоянного тока, светодиод должен загореться. Для полного свечения стандартного светодиода требуется 20 мА, поэтому такое поведение должно показаться вам интересным, потому что резистор 100 кОм, к которому прикреплен свободный провод, ограничивает ток через него до значения, намного меньшего, чем 20 мА.

Максимальное общее напряжение 12 вольт на сопротивлении 100 кОм дает ток всего 0,12 мА или 120 мкА! Соединение, созданное прикосновением провода к положительной точке цепи, проводит гораздо меньший ток, чем 1 мА, но благодаря усиливающему действию транзистора может контролировать намного больший ток через светодиод.

Попробуйте с помощью амперметра соединить свободный провод с положительной стороной источника питания, например:

Возможно, вам придется выбрать наиболее чувствительный диапазон тока на измерителе для измерения этого небольшого расхода. После измерения этого , управляющего током , попробуйте измерить ток светодиода (, управляемый током ) и сравните величины.

Не удивляйтесь, если вы обнаружите коэффициент больше 200 (управляемый ток в 200 раз больше управляющего тока)! Как вы можете видеть, транзистор действует как своего рода электрически управляемый переключатель, включая и выключая ток на светодиоде по команде гораздо меньшего токового сигнала, проводимого через его базовую клемму.

Чтобы дополнительно проиллюстрировать, насколько незначительным является управляющий ток, удалите свободный провод из цепи и попробуйте «перемкнуть» свободный конец резистора 100 кОм с положительным полюсом источника питания двумя пальцами одной руки. Возможно, вам придется смочить концы этих пальцев, чтобы максимизировать проводимость:

Попробуйте изменить контактное давление ваших пальцев с этими двумя точками в цепи, чтобы изменить величину сопротивления на пути управляющего тока. Можно ли таким образом изменить яркость светодиода? Что это говорит о способности транзистора действовать не только как переключатель; то есть как переменная

КОМПЬЮТЕРНОЕ МОДЕЛИРОВАНИЕ

Схема с номерами узлов SPICE:

Netlist (создайте текстовый файл, содержащий следующий текст, дословно):

Транзистор как переключатель v1 1 0 r1 1 2 100k r2 1 3 560 d1 3 4 mod2 q1 4 2 0 mod1 .model mod1 npn bf=200 .model mod2 d is=1e-28 .dc v1 12 12 1 .print dc v(2,0) v(4,0) v(1,2) v(1,3) v(3,4) .end 

В этом моделировании падение напряжения на резисторе 560 Ом v(1,3) оказывается равным 10,26 В, что указывает на ток светодиода 18,32 мА по закону Ома (I=E/R). Падение напряжения R ₁ (напряжение между узлами 1 и 2) в конечном итоге составляет 11,15 вольт, что при 100 кОм дает ток всего 111,5 мкА. Очевидно, что очень малый ток в этой цепи контролирует гораздо больший ток.

Если вам интересно, параметр is=1e-28 в файле . линейка моделей предназначена для того, чтобы диод действовал как светодиод с более высоким падением прямого напряжения.

СВЯЗАННЫЙ РАБОЧИЙ ЛИСТ:

Схема транзисторного переключателя

NPN | Технологии станции Салли

Концепция работы

Схема демонстрирует использование транзистора в качестве переключателя. Транзисторный переключатель здесь реализован с использованием NPN-транзистора PN2222A (вариант 2N2222A), но можно заменить многие распространенные NPN-транзисторы с биполярным переходом.

Транзистор установлен в так называемой конфигурации с общим эмиттером. В этой конфигурации вход, подаваемый на базу транзистора, приводит к протеканию напряжения и тока через переход коллектор-эмиттер, которые пропорциональны этому входу. Распиновка транзистора PN2222A приведена в разделе ниже. Выводы имеют маркировку E (эмиттер), B (база) и C (коллектор).

Схемы с общим эмиттером часто используются для усилителей, где аналоговый вход на базе, такой как радиосигнал, приводит к пропорциональному еще большему выходному сигналу. Однако при использовании в качестве переключателя схема спроектирована таким образом, что транзистор либо полностью открыт, либо полностью закрыт.

В представленном здесь транзисторном переключателе состояние схемы контролируется ручным кнопочным переключателем. Когда ключ разомкнут, ток в базе транзистора отсутствует, поэтому ток коллектора фактически равен нулю, и говорят, что транзистор находится в состоянии отсечки или полностью закрыт. Когда ключ замкнут, максимальный ток на базе и, следовательно, максимальный ток коллектора.Говорят, что транзистор насыщен или полностью открыт.

Выход схемы — это напряжение, подаваемое на светодиод между транзистором и резистором 1 кОм, соединяющим цепь с землей. Транзистор здесь работает как переменный резистор, образующий делитель напряжения с резистором 1K. Когда транзистор находится в отсечке, сопротивление транзистора чрезвычайно велико, напряжение на светодиоде фактически равно нулю, и он темный. Когда транзистор насыщается, его сопротивление становится очень низким, на светодиоде присутствует высокое напряжение, и он горит.

Транзистор PNP в качестве переключателя

Используя PNP-транзистор в качестве переключателя, небольшой компонент может переключать большую нагрузку за несколько секунд.
миллиампер

Логические вентили и микроконтроллеры сами по себе могут управлять только небольшими нагрузками.
Но иногда необходимо переключить нагрузку, для которой требуется больший ток, чем
контролирующий компонент может поставить. В этом случае транзистор
может использоваться в качестве переключателя для достижения требуемого усиления по току и напряжению.может быть достигнут.

С PNP-транзистором микроконтроллер должен потреблять только базовый ток.
В зависимости от состояния переключения путь эмиттер-коллектор PNP-транзистора становится
высоким импедансом или проводящим и, таким образом, может действовать как переключатель для нагрузки.

Как транзистор заменяет переключатель и какие возможности он дает?

Если транзистор работает как переключатель, он находится в режиме ВКЛ-ВЫКЛ и может
разорвать или замкнуть электрическую цепь. Как механический переключатель. Вместо
что он управляется человеком, как механический переключатель, он управляется электрическим сигналом.

Путем переключения можно управлять очень точно во времени и с высокой частотой.
Вместо видимого глазом изменения сигнала могут генерироваться очень короткие импульсы. Также сигналы ШИМ и
любой другой цифровой сигнал может генерироваться на нагрузке.

Рисунок 1: Механический переключатель и транзистор pnp в качестве переключателя

Принципиальная схема транзистора PNP в качестве переключателя

В конфигурации с фиксированным смещением PNP-транзистора в качестве переключателя, в дополнение к
транзистора и нагрузки необходим базовый резистор R _B .Он определяет базовый ток.

Рисунок 3: Принципиальная схема транзистора pnp в качестве переключателя

База должна иметь более низкий потенциал напряжения, чем эмиттер.
Схема работает в соответствии со следующей простой таблицей состояний, в зависимости от входа V: _SW :

Таблица 1: Таблица состояний PNP-транзистора в качестве переключателя

Базовая схема с параметрами

_B :

Таблица 2: Schaltungsparameter

Рисунок 4: Базовая схема с обозначением всех соответствующих параметров

Расчеты

Расчет значений компонентов и напряжений не представляет большой сложности. Но вам нужно
из техпаспорта транзистора следующие параметры:

0

_C MAX

Таблица 3: Benötigte Parameter aus dem Datenblatt

Расчет напряжения В

_RL

Во-первых, вычисляется напряжение V _RL , которое падает на R _L , когда транзистор открыт.Для этого нужно вычесть напряжение насыщения
V _ECSat , падающее на транзистор, от напряжения питания V _cc .

Рисунок 5: Формула для расчета напряжения V _L на нагрузке

Ток нагрузки I

_L

Затем рассчитывается коллекторный ток, который протекает через R _L при включении транзистора. Для этого разделите V _RL на
сопротивление нагрузки R _L , чтобы получить I _L .

Может ли транзистор выдержать ток?

Теперь проверьте, выдержит ли транзистор ток нагрузки. I _L должен быть меньше
чем I _C max и I _E max из техпаспорта.

Если транзистор не выдерживает ток, следует заменить другой транзистор.
должен быть выбран.

Рисунок 6: Формула для расчета тока нагрузки I _L

Базовый резистор R

_B

Для определения базового сопротивления R _B сначала рассчитайте необходимое
ток базы I _B . Поскольку транзистор в режиме постоянного тока является
усилитель тока с фиксированным коэффициентом усиления h _FE
требуется базовый ток, который больше, чем I _L , деленное на h _FE .Чтобы заставить транзистор перейти в сильное насыщение и достичь
быстрое время переключения, базовый ток должен быть в 4-10 раз выше, чем у I _FE .

Рисунок 7: Формула для расчета тока базы I _B

Напряжение на базовом резисторе проводящего PNP-транзистора
V _EB меньше напряжения питания V _cc .С этим значением и
базового тока можно рассчитать требуемый базовый резистор.

Рисунок 8: Формула для расчета базового резистора R _B

Цепь PNP в выключенном состоянии

Im sperrenden Zustand wird V _in auf V _cc geschaltet. Так канн
kein Strom aus der Basis hinausfliessen, derTransistor sperrt und der Laststrom I _L
коммт цум эрлиген

В состоянии блокировки V _в подтягивается к V _cc .Таким образом, нет тока
может вытекать из базы, блоков транзисторов и тока нагрузки I _L
получает ноль.

Потери во включенном состоянии и в выключенном состоянии

На практике минимальные токи утечки всегда втекают и выходят из транзистора в заблокированном состоянии.
Насколько они велики, можно посмотреть в техпаспорте.
паспорт транзистора.

А поскольку транзистор остается низкоомным в проводящем состоянии
небольшое напряжение насыщения V _ECsat всегда остается между эмиттером и коллектором.Несмотря на эти потери, биполярный транзистор является хорошим переключателем, который можно использовать
для большинства приложений полупроводниковой коммутации.

Транзисторный переключатель на стороне низкого напряжения и на стороне высокого уровня

Обычной задачей транзистора является включение и выключение устройства. Существует две конфигурации транзисторного ключа: низкая сторона и высокая сторона. Расположение транзистора определяет тип схемы и ее название. Любая конфигурация транзистора может использовать BJT или MOSFET.

В этом посте я нарисую конфигурацию для обоих типов транзисторов, расскажу о том, какой из них требует драйвера, и объясню, почему вы бы использовали любой из них. Если вы новичок в транзисторах, ознакомьтесь со ссылками на ресурсы внизу. У меня есть несколько видеороликов, которые я сделал, и несколько из The Learning Circuit от element14, которые отлично знакомят с транзисторами.

Конфигурация транзистора нижнего плеча

Когда транзистор соединен с землей, это означает, что нагрузка находится между +V и транзистором.Поскольку транзистор переключает путь к земле или находится на стороне низкого напряжения нагрузки, он называется переключателем на стороне низкого напряжения.

Обычно в них используется NPN BJT или N-Channel MOSFET.

Примеры транзисторов нижнего плеча (Обратите внимание, что полевой транзистор имеет подтягивающий резистор.)

Для NPN BJT эмиттер подключается к земле, а коллектор подключается к отрицательной стороне нагрузки. Как переключатель, BJT работает в режиме насыщения. Насыщение означает, что тока базы достаточно для полного открытия транзистора.

Для N-канального МОП-транзистора исток подключается к земле, а сток подключается к отрицательной стороне нагрузки. Хотя вы можете использовать JFET для этой схемы, MOSFET в улучшенном режиме работает лучше.

Транзисторный переключатель на стороне высокого напряжения

Противоположностью переключателя нижней стороны является переключатель верхней стороны. Этот транзистор подключается между +V и нагрузкой. Из-за того, как работают транзисторы, их может быть немного сложнее использовать в схеме Arduino или Raspberry Pi.

Обычно в них используется PNP BJT или P-Channel MOSFET.

Транзисторы верхнего плеча (Обратите внимание, что полевой транзистор имеет подтягивающий резистор.)

Для PNP BJT эмиттер подключается к источнику напряжения, а коллектор подключается к положительной стороне нагрузки. Глядя на схематический рисунок для NPN и PNP, PNP может показаться перевернутым. Как и NPN, PNP BJT должен работать в области насыщения, чтобы транзистор полностью открылся.

Для P-Channel MOSFET исток подключается к источнику напряжения, а сток подключается к положительной стороне нагрузки. Как и в случае с нижней стороной, вы, вероятно, захотите использовать полевой МОП-транзистор в режиме улучшения. Имейте в виду, что вы можете никогда не найти режим истощения P-Channel. Они существуют только в учебниках и в виде ошибок ввода данных.

P-Channel MOSFET с тем же напряжением нагрузки

При использовании транзистора P-типа при напряжении нагрузки того же уровня, что и сигнал, управляющий транзистором, приведенная выше схема работает нормально. Ну, логика перевернута, а в остальном все в порядке. Для подробного объяснения ознакомьтесь с этим постом, который я написал в учебнике по P-Channel MOSFET только с положительным напряжением.

Когда напряжение нагрузки ВЫШЕ, чем напряжение сигнала, вам нужен драйвер. Далее давайте посмотрим, как драйвер используется с транзисторными переключателями нижнего и верхнего плеча.

Транзистор, управляющий другим транзистором

Цепь транзистора драйвера — это цепь, которая управляет другим транзистором. Эта схема отличается от пары BJT Darlington, которая представляет собой BJT с высоким коэффициентом усиления. Вместо этого драйвер транзистора используется, когда напряжение (или ток) управляющего сигнала несовместимо с нагрузочным транзистором.Ниже приведены два случая, когда вам может понадобиться драйвер транзистора. Это далеко не единственные. Поэтому, если вы знаете о случае или подозреваете, что он вам нужен, оставьте комментарий к нему.

Примеры драйверов транзисторов

Сильноточные МОП-транзисторы имеют значительный порог Vgs. В то время как 5 вольт от вывода GPIO Arduino может быть достаточно, чтобы включить транзистор, этого недостаточно, чтобы привести его в состояние насыщения. Пока полевой транзистор не насыщен, его Rds-ON может быть относительно высоким, что ограничивает максимальный ток, который он может выдержать.

Очень часто используется драйвер NPN с PNP BJT или P-Channel MOSFET, когда напряжение нагрузки выше, чем напряжение сигнала. Без драйвера транзистор может никогда не выключиться. Драйвер фактически повышает управляющее напряжение достаточно высоко, чтобы разомкнуть переход Vbe или Vgs транзистора. Мое руководство по PWM для ПК-вентилятора является примером того, как Arduino управляет 12-вольтовым вентилятором с помощью PNP.

Зачем вообще возиться с транзисторами верхнего плеча?

Как для BJT, так и для MOSFET-транзисторов их P-тип обычно имеет большее сопротивление (или более низкий ток), чем их аналоги N-типа.По этой причине некоторые могут прийти к выводу, что вы всегда должны использовать N-тип в конфигурации нижнего плеча.

Тем не менее, сделайте шаг назад и задумайтесь на секунду, что делают два разных типа цепей. Переключатель нижнего плеча переключает землю, а переключатель верхнего плеча подключает источник напряжения. Как правило, в цепи вы хотите, чтобы земля была подключена и переключала питание. Одна из причин заключается в том, что даже когда транзистор полностью открыт, на нем остается небольшое падение напряжения. Это падение напряжения означает, что заземление не равно 0 вольт для этого устройства. Для чего-то простого, например, светодиода, не имеет значения, что вы переключаете. Однако активное устройство, такое как микроконтроллер, нуждается в заземлении! Поэтому, когда у вас есть нагрузка, требующая заземления, вам НЕОБХОДИМО использовать переключатель верхнего плеча.

Как правило, если вы включаете и выключаете устройство, простым решением является нижний переключатель. Однако, если вы подаете питание на всю цепь или чувствительное к напряжению устройство, вам следует использовать переключатель верхнего плеча.

Кстати, есть готовые компоненты, которые называются «переключатель нагрузки».Это ИС, которые имеют P-канальный MOSFET в качестве переключающего транзистора со встроенным драйвером для этого P-канала. Для этого типа компонентов не требуется внешний драйвер.

Ссылки по основам транзисторов (для справки)

• Схема обучения, как работают транзисторы. Карен объясняет с нуля, как работают биполярные транзисторы (BJT). В Интернете есть много объяснений физики транзисторов, но объяснение Карен — самое ясное из тех, что я встречал.
• Схема обучения, обратная связь BJT.В этом выпуске TLC я присоединился к Карен и рассказал о некоторых неверных представлениях сообщества (и, подозреваю, других) в видео, указанном выше.
• AddOhms, BJTs. Видео, которое я сделал о BJT. Я не вникаю в то, как работают электроны, а вместо этого показываю, как использовать их в цепи.
• AddOhms, МОП-транзисторы. Вторая часть моего транзисторного видео. В этом выпуске я объясню, как использовать МОП-транзисторы. (Это видео самое популярное на моем канале YouTube с буквально миллионами просмотров.)

Как использовать транзисторы — Самодельные схемы

Если вы правильно поняли, как использовать транзисторы в схемах, вы, возможно, уже покорили половину электроники и ее принципов.В этом посте мы делаем усилие в этом направлении.

Введение

Транзисторы представляют собой трехвыводные полупроводниковые устройства, способные проводить относительно большую мощность через два своих вывода в ответ на значительно низкую входную мощность на третьем выводе.

Транзисторы в основном бывают двух типов: биполярный транзистор (BJT) и полевой транзистор металл-оксид-полупроводник (MOSFET)

Для BJT 3 вывода обозначены как база, эмиттер, коллектор .Сигнал малой мощности на клемме база/эмиттер позволяет транзистору переключать нагрузку сравнительно высокой мощности на клемму коллектора.

Для полевых МОП-транзисторов они обозначаются как затвор, исток, сток. Сигнал малой мощности на клемме затвор/исток позволяет транзистору переключать нагрузку сравнительно высокой мощности на клемму коллектора.

Для простоты мы обсудим здесь BJT, так как их характеристики менее сложны по сравнению с MOSFET.

Транзисторы (BJT) являются строительными блоками всех существующих сегодня полупроводниковых устройств.Если бы не было транзисторов, не было бы ни интегральных схем, ни каких-либо других полупроводниковых компонентов. Даже интегральные схемы состоят из тысяч тесно связанных транзисторов, которые составляют особенности конкретного чипа.

Начинающим любителям электроники обычно трудно обращаться с этими полезными компонентами и настраивать их как схемы для предполагаемого применения.

Здесь мы изучим функции и способы обращения и внедрения биполярных транзисторов в практические схемы.

Как использовать Транзисторы как переключатель

Биполярные транзисторы, как правило, представляют собой активный электронный компонент с тремя выводами, который в основном работает как переключатель для включения или выключения питания внешней нагрузки или связанного электронного каскада схемы.

Ниже показан классический пример, когда транзистор подключен как усилитель с общим эмиттером:

Это стандартный метод использования любого транзистора в качестве переключателя для управления заданной нагрузкой. Вы можете видеть, что когда на базу подается небольшое внешнее напряжение, транзистор открывается и проводит более сильный ток через клеммы коллектор-эмиттер, включая большую нагрузку.

Значение базового резистора можно рассчитать по формуле:

R _b = (питание базы В _b — прямое напряжение база-эмиттер) x hFE / ток нагрузки

линия заземления внешнего напряжения должна быть соединена с линией заземления транзистора или эмиттером, иначе внешнее напряжение не повлияет на транзистор.

Использование транзистора в качестве драйвера реле

В одном из моих предыдущих постов я уже объяснял, как сделать схему драйвера транзистора.

В основном используется та же конфигурация, что показана выше. Вот стандартная схема для того же:

Если вы запутались в реле, вы можете обратиться к этой подробной статье, в которой все объясняется о конфигурациях реле.

Использование транзистора в качестве регулятора освещенности

Следующая конфигурация показывает, как можно использовать транзистор в качестве регулятора освещенности с использованием схемы эмиттерного повторителя.

Видно как меняется переменный резистор или горшок, сила света лампы тоже меняется. Мы называем это эмиттерным повторителем, потому что напряжение на эмиттере или на лампе соответствует напряжению на базе транзистора.

Чтобы быть точным, напряжение эмиттера будет всего на 0,7 В ниже базового напряжения. Например, если базовое напряжение равно 6 В, на эмиттере будет 6 — 0,7 = 5,3 В и так далее. Разница в 0,7 В обусловлена ​​минимальным падением прямого напряжения транзистора на базовом эмиттере.

Здесь сопротивление потенциометра вместе с резистором 1 кОм образует сеть резистивных делителей на базе транзистора. Когда ползунок перемещается, напряжение на базе транзистора изменяется, и это соответственно изменяет напряжение эмиттера на лампе, и соответственно изменяется сила света лампы.

Использование транзистора в качестве датчика

Из приведенных выше обсуждений вы могли заметить, что транзистор выполняет одну важную функцию во всех приложениях.Он в основном усиливает напряжение на своей базе, позволяя большому току переключаться через его коллектор-эмиттер.

Эта функция усиления также используется, когда в качестве датчика используется транзистор. В следующем примере показано, как его можно использовать для определения разницы в окружающем освещении и соответствующего включения/выключения реле.

Здесь LDR и предустановка 300 Ом/5 кОм образуют делитель потенциала на базе транзистора.

300 Ом на самом деле не требуется.Он включен, чтобы гарантировать, что база транзистора никогда не будет полностью заземлена, и, следовательно, он никогда не будет полностью отключен или отключен. Это также гарантирует, что ток через LDR никогда не превысит определенного минимального предела, независимо от того, насколько яркой является интенсивность света на LDR.

В темноте LDR имеет высокое сопротивление, которое во много раз превышает суммарное значение 300 Ом и предустановки 5 К.

Из-за этого на базу транзистора подается большее напряжение земли (отрицательное), чем положительное напряжение, а его коллекторно-эмиттерная проводимость остается выключенной.

Однако, когда на LDR падает достаточно света, его сопротивление падает до нескольких килоом.

Это позволяет базовому напряжению транзистора значительно превысить отметку 0,7 В. Теперь транзистор смещается и включает нагрузку коллектора, то есть реле.

Как видите, и в этом приложении транзисторы в основном усиливают крошечное базовое напряжение, так что большая нагрузка на его коллекторе может быть включена.

LDR можно заменить другими датчиками, такими как термистор для обнаружения тепла, датчик воды для обнаружения воды, фотодиод для обнаружения ИК-луча и т. д.

Вопрос к вам: Что произойдет, если поменять местами положение LDR и пресета 300/5 K?

Корпуса транзисторов

Транзисторы обычно распознаются по внешнему корпусу, в который может быть встроено конкретное устройство. Наиболее распространенными типами упаковки, в которую заключены эти полезные устройства, являются Т0-92, ТО-126, ТО-220 и ТО-3. Мы постараемся разобраться во всех этих характеристиках транзисторов, а также научимся использовать их в практических схемах.

Общие сведения о маломощных транзисторах TO-92:

В эту категорию попадают такие транзисторы, как BC547, BC557, BC546, BC548, BC549 и т. д.

Они являются самыми простыми в группе и используются для приложений, связанных с низкими напряжениями и токами. Интересно, что эта категория транзисторов наиболее широко и универсально используется в электронных схемах из-за их универсальных параметров.

Обычно эти устройства рассчитаны на работу с напряжением от 30 до 60 вольт на их коллекторе и эмиттере.

Базовое напряжение не более 6 В, но они легко срабатывают при уровне напряжения всего 0,7 вольта на их базе. Однако ток должен быть ограничен примерно до 3 мА.

Три вывода транзистора ТО-92 можно идентифицировать следующим образом:

Держа печатную сторону к себе, правый вывод является эмиттером, центральный — базой, а левое плечо — коллектор устройства.

ОБНОВЛЕНИЕ: Хотите знать, как использовать транзисторы с Arduino? Прочтите это здесь

Как настроить транзистор TO-92 на практике Конструкции

Транзисторы в основном бывают двух типов, типа NPN и типа PNP, оба дополняют друг друга.В основном они оба ведут себя одинаково, но в противоположных ссылках и направлениях.

Например, устройству NPN потребуется положительный запуск по отношению к земле, в то время как устройству PNP потребуется отрицательный запуск по отношению к положительной линии питания для реализации указанных результатов.

Трем выводам описанного выше транзистора необходимо присвоить определенные входы и выходы, чтобы заставить его работать для конкретного приложения, которое, очевидно, предназначено для переключения параметра.

Выводы должны быть назначены со следующими входными и выходными параметрами:

Эмиттер любого транзистора является эталонной схемой расположения выводов устройства , что означает, что ему необходимо назначить указанный общий источник питания, чтобы оставшиеся два вывода может оперировать с ним.

Транзистор NPN всегда будет нуждаться в отрицательном источнике питания в качестве опорного, подключенного к его эмиттерному выводу для правильной работы, в то время как для PNP это будет положительная линия питания для его эмиттера.

Коллектор представляет собой проводник нагрузки транзистора, и нагрузка, которую необходимо переключать, подключается к коллектору транзистора (см. рисунок).

База транзистора представляет собой триггерную клемму, к которой необходимо прикладывать небольшой уровень напряжения, чтобы ток через нагрузку мог проходить через линию эмиттера, замыкая цепь и приводя в действие нагрузку.

Снятие питания триггера с базы немедленно отключает нагрузку или просто отключает ток между выводами коллектора и эмиттера.

Общие сведения о силовых транзисторах TO-126, TO-220:

Это силовые транзисторы среднего типа, используемые для приложений, требующих коммутации мощных относительно мощных нагрузок, таких как трансформаторы, лампы и т. д., а также для управления устройствами TO-3, типичными примерами являются BD139, BD140, BD135 и т. д.

Распиновка BJT

Распиновка идентифицируется следующим образом: левый боковой провод является базой.

Функционирование и принцип срабатывания точно такие же, как описано в предыдущем разделе.

Устройство работает с нагрузками от 100 мА до 2 А между коллектором и эмиттером.

Базовый триггер может иметь любое значение от 1 до 5 вольт с током, не превышающим 50 мА, в зависимости от мощности коммутируемых нагрузок.

Общие сведения о силовых транзисторах TO-3:

Их можно увидеть в металлических корпусах, как показано на рисунке. Типичными примерами силовых транзисторов ТО-3 являются 2N3055, AD149, BU205 и т. д.

Выводы корпуса ТО-3 можно идентифицировать следующим образом: кроме того, выводы, имеющие большую площадь, удерживаются вверх (см. рисунок), правый вывод является основанием, левый вывод является эмиттером, а металлический корпус устройства образует коллектор пакета.

Функция и принцип работы примерно такие же, как описано для маломощного транзистора, однако характеристики мощности увеличиваются пропорционально, как указано ниже: .

Оптимальное базовое значение триггера должно составлять около 5 вольт с уровнями тока от 10 до 50 мА в зависимости от величины запускаемой нагрузки. Базовый ток срабатывания прямо пропорционален току нагрузки.

Есть более конкретные вопросы? Пожалуйста, спросите их через ваши комментарии, я здесь, чтобы решить их все для вас.

Общие сведения о биполярных транзисторных переключателях

Табличка 1

от Lewis Loflin

На ней представлено широкое введение переключающих транзисторов PNP и NPN, ориентированных на обычные 5-вольтовые микроконтроллеры. Биполярные транзисторы состоят из двух полупроводниковых переходов (таким образом, биполярных), которые служат широкому кругу электронных применений от аудиоусилителей до цифровых схем.

Здесь нас интересует только их использование в качестве электронных переключателей для управления такими нагрузками, как реле, лампы, двигатели и т. д. Они поставляются в различных упаковках и типах корпусов.

Табличка 2

На табличке 2 выше представлены электронные символы для NPN и NPN. Они работают точно так же, за исключением того, что имеют противоположные электрические полярности.Если набор транзисторов имеет точные электрические свойства, но противоположную полярность, они называются комплиментарной парой .

Другой тип транзисторов известен как МОП-транзисторы или полевые транзисторы металл-оксид-полупроводник , которые будут рассмотрены отдельно.

Табличка 3

Табличка 3 иллюстрирует типичные электрические соединения для биполярных транзисторов PNP и NPN в системе микроконтроллера с отрицательным заземлением. Обратите внимание, что на этих иллюстрациях ток течет от отрицательного к положительному.

Обратите внимание на стрелки, указывающие протекание тока: в случае PNP ток коллектора (Ic) идет от коллектора (C) к эмиттеру (E), а в случае NPN Ic — от эмиттера к коллектору.

Обратите внимание на положение транзисторов относительно GND, +12 вольт и нагрузки в данном случае двигателей постоянного тока. Работая как переключатель для включения и выключения двигателя, PNP-транзистор расположен на стороне +Vcc нагрузки и будет источником тока.

С транзистором NPN справа переключатель находится на стороне заземления нагрузки и, как говорят, потребляет ток.

Приемник и источник

важно знать при подключении программируемых логических контроллеров (ПЛК), используемых для управления оборудованием в промышленности.

Нажимной переключатель Sw1, ток течет от GND через R1 и смещает в прямом направлении базу (B) по отношению к эмиттеру. Это в сочетании с током коллектора создает ток эмиттера обратно к 12-вольтовому источнику питания.

Push Sw2 позволяет протекать от GND через эмиттер, который формирует Ib и Ic для NPN-транзистора.Это слишком прямое смещение перехода база-эмиттер. Соотношение для обоих следующее:

 
То есть = Iс + Iб;
hfe = Ic / Ib.
  

Значения hfe представляют коэффициент усиления по постоянному току — небольшой ток база-эмиттер создает больший ток эмиттер-коллектор.

При использовании в качестве переключателей транзисторы используются в режиме насыщения , где дополнительный ток база-эмиттер не создает дополнительного тока коллектор-эмиттер.

Табличка 4

На четвертой табличке показано, как проверить полупроводниковый переход PN.Диод — это самый простой полупроводниковый переход, где ток будет течь только в одном направлении. Цифровой вольтметр (DVM) имеет функцию проверки диодов, которая подает достаточное напряжение для прямого смещения диода, когда сторона катода отрицательная, а сторона анода положительная.

Если выводы DVM перепутаны, ток не течет. Падение напряжения на смещенном в прямом направлении PN-переходе составляет приблизительно 0,6 В.(Обратите внимание на противоположные полярности!) Ток не может протекать между эмиттер-коллектор или коллектор-эмиттер. Когда переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, ток течет через переход база-коллектор с обратным смещением.

Табличка 6

На табличке 6 мы используем NPN-транзистор TIP41, рассчитанный на 6 А с минимальным значением hfe 20. Всегда принимайте наименьшее значение hfe из спецификаций транзистора!

Наша нагрузка (светодиод) требует 100 мА, чтобы найти необходимый ток база-эмиттер Ib = Ic / hfe = 0.1 А / 20 = 5 мА. Я предполагаю, что Ib равен 10 мА, чтобы убедиться, что TIP41 полностью отключается (насыщение).

При входном напряжении 5 В от Arduino, PIC и т. д. вычтите 0,6 В для напряжения база-эмиттер, затем разделите 4,4 В / 10 мА = 440 Ом.

Обратите внимание, что напряжение эмиттер-коллектор на транзисторе при насыщении составляет 0,5 В.

Пластина 7

2N3055 — это очень мощный транзистор, предназначенный для подачи больших токов. В этом случае мы управляем двигателем на 10 ампер. Разделите 10 ампер на 20, нам нужно не менее 500 мА.Это никак не сработает, потому что Arduino, PIC и т. д. вывод ввода-вывода просто не может обеспечить такой уровень тока привода.

Пластина 8

На рис. 8 показана так называемая схема Дарлингтона, в которой ток коллектор-эмиттер одного транзистора обеспечивает ток база-эмиттер второго транзистора. Значения hfe от каждого транзистора равны , умноженным на вместе, чтобы получить огромный коэффициент усиления по току в этом примере 2000.

Q2 также известен как предварительный драйвер.

Табличка 9

Табличка 9 иллюстрирует, как подключить PNP-транзистор к Arduino или аналогичному микроконтроллеру. Поскольку высокое напряжение 11 вольт на базе Q1 разрушит вывод ввода/вывода (ограничено 5 вольтами), мы должны использовать транзисторный переключатель NPN (Q2) в качестве предварительного драйвера.

Пластина 10

В пластине 10 мы используем мощный Mj2955 (дополнение к более раннему 2N3055) с PNP-транзистором TIP42 для формирования транзистора Дарлингтона. Мы снова используем предварительный драйвер NPN для защиты вывода ввода-вывода микроконтроллера от высокого базового напряжения Q2.

Надеюсь, серия была полезной. Любые исправления, предложения и т. д. присылайте мне по электронной почте [email protected].

Транзистор как переключатель — Инженерные проекты

Привет, друзья! Надеюсь, у вас все хорошо. В сегодняшнем уроке мы рассмотрим транзистор в качестве переключателя. Транзистор представляет собой 3-контактный полупроводниковый модуль, используемый для различных усилителей и коммутационных схем. Он был создан Уильямом Шокли (физиком из Соединенных Штатов Америки) в 1947 году.Он также используется в различных инженерных проектах и ​​схемах. В зависимости от уровня легирования транзисторы делятся на 2 типа: первый NPN и второй PNP транзисторы.

Большинство транзисторов изготавливаются из кремния и германия, но для изготовления транзисторов также используются другие полупроводниковые материалы. В сегодняшнем посте мы обсудим, как мы можем использовать транзистор в качестве переключателя, а также увидим его практическую работу в различных схемах. Итак, давайте начнем с транзистора в качестве коммутатора.

Транзистор как переключатель

•  Для понимания работы транзистора как переключателя мы используем транзистор с биполярным переходом (BJT) и построим его кривую зависимости тока от напряжения.
• Есть 3 области, в которых транзистор работает, первая активна, вторая — насыщение и третья — отсечка.
•  В первой активной области транзистор работает как усилитель.
• Но в двух других областях: области насыщения, в которой транзистор находится во включенном состоянии, и области отсечки, в которой транзистор выключен, они работают как переключатель.
• Теперь мы подробно обсудим эти три региона один за другим.

Область работы транзистора

• На данном рисунке показана кривая характеристик тока и напряжения.

• На этой кривой вы можете видеть, что часть в нижней части кривой розового цвета обозначается как часть отсечки, а часть синего цвета известна как часть насыщения транзистора.

Давайте подробно обсудим эти две области транзисторов.

Зона отсечки транзистора 

• В этой рабочей области транзистора значение тока на базе равно нулю (IB=0), поэтому значение тока на коллекторе также будет равно 0.
• Значение напряжения на клеммах коллектора и эмиттера (VCE) выше, что приводит к увеличению слоя обеднения в транзисторе и нулевому току через компонент.
• Таким образом, транзистор полностью выключен, что означает обрыв цепи.

Область насыщения транзистора

• В этой части транзистор будет иметь такое смещение, что величина тока на клемме базы будет максимальной, что приведет к протеканию экстремального тока через коллектор.
• Значение напряжения на выводах коллектора и эмиттера будет равно нулю, поэтому не будет обедненного слоя, и через транзистор будет проходить большой ток, и он будет вести себя как замкнутый переключатель.
• Проще говоря, мы можем определить область насыщения, так как это происходит, когда ток, протекающий через коллектор, является экстремальным, а напряжение на клеммах базы составляет 0,7 вольта, это для транзистора NPN.

• В случае PNP эмиттер должен быть подключен к положительной клемме аккумулятора.

Работа транзистора в качестве переключателя

• Для практического понимания транзистора как переключателя мы обсудим схему, показанную на данном рисунке.

• В этой схеме NPN-транзистор используется в качестве переключателя, его точки коллектора и эмиттера работают как выводы переключателя.
• Цепь, состоящая из лампочки в качестве нагрузки, соединенной с выводами коллектора и эмиттера транзистора.
• База и эмиттер транзистора, работающие как контроллер, который определяет открытое и закрытое состояние переключателя.
•  Для замкнутого переключателя батарея подключается между клеммами базы и эмиттера.

• Этот источник обеспечивает большой ток базы из-за того, что ток коллектора течет в цепи коллектора и эмиттера.
• Значение тока коллектора будет больше, если сопротивление между коллектором и эмиттером почти равно нулю.
• На приведенном выше рисунке вы можете видеть, что эмиттер имеет потенциал земли, поэтому мы также можем предположить, что потенциал коллектора также равен нулю.Таким образом, в этом случае результирующая схема может быть построена как.

• Вы можете видеть, что клеммы переключателя, которые являются коллектором и эмиттером, замкнуты, и лампочка светится, так как через нее протекает большой ток коллектора.
• Для размыкания клемм переключателя снимаем ток, проходящий через базу.
• Поскольку Ic=βIb, то из-за нулевого значения тока базы ток коллектора также равен нулю, и он ведет себя как разомкнутый переключатель.

Применение транзистора в качестве переключателя

• Структура транзистора такова, что ток коллектора не будет течь до тех пор, пока в базе не будет источника тока.
• Благодаря этой особенности он в основном используется в различных электронных схемах в качестве переключателя.
• Итак, мы обсуждаем такие схемы, которые используют транзистор в качестве переключателя, для объяснения таких схем мы используем транзистор NPN.

Световой выключатель

• В приведенной ниже схеме транзистор используется как выключатель для включения и выключения лампы. В этой схеме есть LDR, лампочка и схема делителя напряжения.
• Эта схема работает при свете и не работает в темноте.
• Когда фотоны света сталкиваются со светозависимым сопротивлением, оно начинает работать, и ток течет через базу, а затем через коллектор, который накаляет лампочку.

Термовыключатель

• В представленном ниже транзистор используется в термовыключателе, основным элементом этой схемы является термистор.
• Термистор представляет собой тип сопротивления, работающего в зависимости от изменения температуры.
• Сопротивление увеличивается с понижением температуры, а с повышением температуры сопротивление уменьшается.
• Таким образом, в этой схеме при повышении температуры сопротивление термистора уменьшается, поэтому начинает течь базовый ток, который вызывает движение тока по цепи.
• Затем на выходе начинает работать сигнал тревоги после получения сигнала от транзистора.

Это подробная статья о транзисторе в качестве переключателя, если у вас есть какие-либо вопросы по этому поводу, задавайте их в комментариях. Спасибо за чтение.

Автор: Захид Али

Я профессиональный автор технических материалов, мое хобби — узнавать новое и делиться им с новыми учениками.