Operación del transistor en modo clave

Para simplificar la historia, puedes imaginar transistor en forma de resistencia variable. La conclusión de la base es solo el mango que puedes girar. En este caso, la resistencia de la sección colector - emisor cambia. Por supuesto, no necesita torcer la base, puede salirse. Pero, por supuesto, es posible aplicarle algo de voltaje en relación con el emisor.

Si el voltaje no se aplica en absoluto, simplemente tome y cierre las conclusiones de la base y el emisor, incluso si no es corto, pero a través de una resistencia de varios KOhms. Resulta que el voltaje del emisor base (Ube) es cero. En consecuencia, no hay corriente base. El transistor está cerrado, la corriente del colector es insignificante, solo la misma corriente inicial. ¡Casi lo mismo que un diodo en la dirección opuesta! En este caso, dicen que el transistor está en la posición OFF, lo que en lenguaje ordinario significa que está cerrado o bloqueado.

El estado opuesto se llama SATURACIÓN. Esto es cuando el transistor está completamente abierto, de modo que no hay ningún lugar para abrir más. Con tal grado de apertura, la resistencia de la sección del colector-emisor es tan pequeña que es simplemente imposible encender el transistor sin carga en el circuito del colector, se quemará instantáneamente. En este caso, el voltaje residual en el colector puede ser solo 0.3 ... 0.5V.

Para llevar el transistor a tal estado, es necesario proporcionar una corriente de base suficientemente grande aplicando un voltaje Ube grande en relación con el emisor, aproximadamente 0.6 ... 0.7V. Sí, para una unión base-emisor, tal voltaje sin una resistencia limitadora es muy grande. Después de todo, la característica de entrada del transistor, que se muestra en la Figura 1, es muy similar a la rama directa de la característica del diodo.

Figura 1. Característica de entrada del transistor

Estos dos estados, saturación y corte, se usan cuando el transistor está en modo clave como un contacto de relé normal. El punto principal de este modo es que una corriente base pequeña controla una corriente de colector grande, que es varias decenas de veces mayor que la corriente base. Se obtiene una gran corriente de colector debido a una fuente de energía externa, pero aún así la ganancia de corriente, como dicen, es obvia. Un ejemplo simple: ¡un pequeño microcircuito enciende una bombilla grande!

Para determinar la magnitud de tal ganancia del transistor en el modo clave, se usa la "ganancia actual en el modo de señal grande". En los directorios de se indica con la letra griega β "betta". Para casi todos los transistores modernos, cuando se opera en modo clave, este coeficiente no es inferior a 10 ... 20 β se determina como la relación entre la máxima corriente posible del colector y la mínima corriente base posible. El tamaño no tiene dimensiones, solo "cuántas veces".

β ≥ Ic / Ib

Incluso si la corriente base es más de lo requerido, no hay ningún problema en particular: el transistor aún no podrá abrir más. Por eso está en modo de saturación. Además de los transistores convencionales, se utilizan Darlington o transistores compuestos para operar en modo clave. Su "super-betta" puede alcanzar 1000 o más veces.

Cómo calcular el modo de operación de la etapa clave

Para no ser completamente infundado, intentemos calcular el modo de operación de la cascada de claves, cuyo circuito se muestra en la Figura 2.

Figura 2

La tarea de esta cascada es muy simple: encender y apagar la bombilla. Por supuesto, la carga puede ser cualquier cosa: una bobina de relé, un motor eléctrico, solo una resistencia, pero nunca se sabe qué. La bombilla se tomó solo para aclarar el experimento, para simplificarlo. Nuestra tarea es un poco más complicada. Se requiere calcular el valor de la resistencia Rb en ​​el circuito base para que la bombilla se queme al máximo.

Estas bombillas se utilizan para iluminar el tablero de instrumentos en los automóviles domésticos, por lo que es fácil encontrarlo. El transistor KT815 con una corriente de colector de 1.5A es bastante adecuado para tal experiencia.

Lo más interesante de toda esta historia es que las tensiones no se tienen en cuenta en los cálculos, siempre que se cumpla la condición β ≥ Ic / Ib. Por lo tanto, la bombilla puede estar a una tensión de funcionamiento de 200 V, y el circuito base puede controlarse desde microchips con una tensión de alimentación de 5 V. Si el transistor está diseñado para funcionar con tal voltaje en el colector, la luz parpadeará sin problemas.

Pero en nuestro ejemplo, no se esperan microcircuitos, el circuito base es controlado simplemente por un contacto, que simplemente suministra 5V. Bombilla para voltaje 12V, corriente de consumo 100mA. Se supone que nuestro transistor tiene β exactamente 10. La caída de voltaje en la unión base-emisor es Ube = 0.6V. Ver característica de entrada en la figura 1.

Con tales datos, la corriente en la base debe ser Ib = Ik / β = 100/10 = 10 (mA).

El voltaje en la resistencia base Rb será (menos el voltaje en la unión base-emisor) 5V - Ube = 5V - 0.6V = 4.4V.

Recordamos la ley de Ohm: R = U / I = 4.4V / 0.01A = 440ohm. Según el sistema SI, sustituimos el voltaje en voltios, la corriente en amperios, el resultado está en ohmios. De la serie estándar, seleccionamos una resistencia con una resistencia de 430 ohmios. En este cálculo puede considerarse completo.

Pero, quien mira cuidadosamente el circuito, puede preguntar: “¿Por qué no se dijo nada sobre la resistencia entre la base y el emisor Rbe? Simplemente se olvidaron de él, ¿o es realmente necesario?

El propósito de esta resistencia es cerrar de manera confiable el transistor en el momento en que el botón está abierto. El hecho es que si la base "cuelga en el aire", la influencia de todo tipo de interferencia en ella simplemente está garantizada, especialmente si el cable al botón es lo suficientemente largo. ¿Qué no es la antena? Casi como un receptor detector.

Para cerrar de manera confiable el transistor, para ingresarlo en el modo de corte, es necesario que los potenciales del emisor y la base sean iguales. Sería más fácil utilizar un contacto de conmutación en nuestro "esquema de capacitación". Es necesario encender el contacto del interruptor de la luz a + 5V, y cuando fue necesario apagarlo, simplemente cerró la entrada de toda la cascada a tierra.

Pero no siempre y no en todas partes se puede permitir el lujo, como el contacto adicional. Por lo tanto, es más fácil alinear los potenciales de la base y el emisor con la resistencia Rbe. El valor de esta resistencia no necesita ser calculado. Por lo general, se toma igual a diez RB. Según datos prácticos, su valor debe ser 5 ... 10K.

El circuito considerado es un tipo de circuito con un emisor común. Dos características se pueden observar aquí. En primer lugar, esto está usando 5V como el voltaje de control. Es este voltaje el que se usa cuando la etapa clave está conectada a circuitos digitales o, que ahora es más probable que microcontroladores.

En segundo lugar, la señal del colector se invierte con respecto a la señal base. Si hay voltaje en la base, el contacto se cierra a + 5V, luego en el colector cae a casi cero. Bueno, no a cero, por supuesto, sino al voltaje indicado en el directorio. Al mismo tiempo, la bombilla no está invertida visualmente: hay una señal en la base, hay luz.

La inversión de la señal de entrada se produce no solo en el modo de tecla del transistor, sino también en el modo de ganancia. Pero esto se discutirá en la siguiente parte del artículo.

Boris Aladyshkin 

P.S. Antes de instalar en el circuito, a menudo es necesario verificar la operatividad de los transistores. Mira cómo hacerlo aquí mismo - Prueba simple de transistores en la práctica..