Transistorin toiminta avainmoodissa

Voit kuvitella tarinan yksinkertaistamiseksi transistori muuttuvan vastuksen muodossa. Jalustan päätelmä on vain se kahva, jota voit kiertää. Tässä tapauksessa keräilijän - päästöosuuden vastus muuttuu. Tietysti sinun ei tarvitse kiertää alustaa, se voi tulla irti. Mutta tietysti on mahdollista käyttää siihen jonkin verran jännitettä emitteriin nähden.

Jos jännitettä ei käytetä lainkaan, ota ja sulje vain kannan ja säteilijän johtopäätökset, vaikka ne eivät olisikaan lyhyitä, mutta useiden KOhms-vastusten kautta. Osoittautuu, että kanta-emitterijännite (Ube) on nolla. Näin ollen kantavirtaa ei ole. Transistori on kiinni, kollektorivirta on vähäinen, aivan sama alkuvirta. Noin sama kuin diodi vastakkaiseen suuntaan! Tässä tapauksessa he sanovat, että transistori on OFF-asennossa, mikä tavallisella kielellä tarkoittaa, että se on suljettu tai lukittu.

Vastakkaista tilaa kutsutaan kyllästykseksi. Tällöin transistori on täysin auki, joten enää ei ole mitään avautuvaa. Tällaisella avautumisasteella keräilijän emitteriosan vastus on niin pieni, että transistorin kytkeminen päälle ilman kuormitusta kollektoripiirissä on yksinkertaisesti mahdotonta, se palaa heti. Tässä tapauksessa jäännösjännite kollektorissa voi olla vain 0,3 ... 0,5 V.

Transistorin saattamiseksi sellaiseen tilaan on tarpeen aikaansaada riittävän suuri kantavirta asettamalla siihen suuri jännite Ube emitteriin nähden - noin 0,6 ... 0,7 V. Kyllä, kanta-emitteriristeyksessä tällainen jännite ilman rajoittavaa vastusta on erittäin suuri. Loppujen lopuksi transistorin tulo-ominaisuudet, kuten kuviossa 1 esitetään, ovat hyvin samanlaisia ​​kuin diodin ominaisuuden suora haara.

Kuva 1. Transistorin tulo-ominaisuus

Näitä kahta tilaa - kylläisyyttä ja rajaa - käytetään, kun transistori on avainmoodissa kuin normaali relekosketin. Tämän moodin pääkohta on, että pieni kantavirta ohjaa suurta kollektorivirtaa, joka on useita kymmeniä kertoja suurempi kuin kantavirta. Suuri kollektorivirta saadaan ulkoisesta energialähteestä, mutta silti virranvahvistus, kuten sanotaan, on ilmeinen. Yksinkertainen esimerkki: pieni mikrosiru kytkee päälle suuren lampun!

Transistorin tällaisen vahvistuksen suuruuden määrittämiseksi avainmoodissa käytetään "virranvahvistusta suuressa signaalitilassa". Hakemistoista alkaen on merkitty kreikkalaisella kirjaimella β "betta". Lähes kaikille nykyaikaisille transistoreille, kun ne toimivat avainmoodissa, tämä kerroin on vähintään 10 ... 20 β määritetään suhteena suurimpaan mahdolliseen kollektorivirtaan mahdollisimman pieneen perusvirtaan. Koko on mitaton, vain "kuinka monta kertaa".

β ≥ Ic / Ib

Vaikka kantavirta on enemmän kuin vaaditaan, erityisiä ongelmia ei ole: transistori ei silti pysty avaamaan enemmän. Siksi se on kylläisyystilassa. Tavallisten transistorien lisäksi avainmoodissa käytetään Darlingtonia tai komposiittitransistoreita. Heidän "superbetta" voi saavuttaa 1000 tai enemmän kertoja.

Kuinka laskea avainvaiheen toimintatila

Yritämme laskea avainkaskadin toimintatila, jonka piiri on esitetty kuvassa 2, jotta se ei olisi täysin perusteeton.

Kuvio 2

Tämän kaskadin tehtävä on hyvin yksinkertainen: kytke lamppu päälle ja pois päältä. Kuorma voi tietysti olla mikä tahansa - relekela, sähkömoottori, vain vastus, mutta et koskaan tiedä mitä. Hehkulamppu otettiin vain kokeilun selkeyttämiseksi ja yksinkertaistamiseksi. Tehtävämme on hiukan monimutkaisempi. Vakiopiirin vastuksen Rb arvo on laskettava siten, että polttimo palaa täyteen kuumuuteen.

Tällaisia ​​lamppuja käytetään valaisemaan kojelauta kotimaan autoissa, joten sen löytäminen on helppoa. KT815-transistori, jonka kollektorivirta on 1,5A, sopii hyvin tällaiseen kokemukseen.

Mielenkiintoisin asia tässä koko tarinassa on, että jännityksiä ei oteta huomioon laskelmissa, kunhan ehto β ≥ Ic / Ib täyttyy. Siksi polttimo voi olla 200 V: n käyttöjännitteellä ja kantapiiriä voidaan ohjata mikrosiruilla, joiden syöttöjännite on 5 V. Jos transistori on suunniteltu toimimaan tällaisella kollektorijännitteellä, valo vilkkuu ilman ongelmia.

Mutta esimerkissämme mikään mikropiiri ei ole odotettavissa, kantapiiriä ohjataan yksinkertaisesti koskettimella, joka syöttää vain 5 V: tä. Hehkulamppu jännitteelle 12V, kulutusvirta 100mA. Oletetaan, että transistorillamme on β tarkalleen 10. Jännitteen pudotus kanta-emitterin liitoskohdassa on Ube = 0,6 V. Katso tulo-ominaisuudet kuvassa 1.

Tällaisilla tiedoilla kannan virran tulisi olla Ib = Ik / β = 100/10 = 10 (mA).

Kantavastuksen Rb jännite on (miinus jännite kanta-emitterin liitoskohdassa) 5 V - Ube = 5 V - 0,6 V = 4,4 V.

Muistutamme Ohmin lakia: R = U / I = 4,4 V / 0,01A = 440ohm. SI-järjestelmän mukaan korvaamme jännitteen volteissa, virran ampeereilla, tulos on Ohms. Vakiosarjasta valitaan vastus, jonka resistanssi on 430 ohmia. Tämän laskelman voidaan katsoa olevan täydellinen.

Mutta joka tarkastelee virtapiiriä, voi kysyä: ”Miksi mitään ei sanottu vastuksesta kannan ja emitterin Rbe välillä? He vain unohtivat hänestä, vai tarvitaanko häntä todella? ”

Tämän vastuksen tarkoituksena on sulkea transistori luotettavasti hetkellä, kun painike on auki. Tosiasia on, että jos alusta "roikkuu ilmassa", kaikenlaisten häiriöiden vaikutus siihen yksinkertaisesti taataan, varsinkin jos painike johdin on tarpeeksi pitkä. Mikä ei ole antenni? Melkein kuin ilmaisinvastaanotin.

Transistorin luotettavan sulkemiseksi ja sen siirtämiseksi katkaisutilaan on välttämätöntä, että emitterin ja kannan potentiaalit ovat samat. Olisi helpointa käyttää kytkentäkontaktia ”koulutusohjelmassa”. Valokytkimen kosketin on kytkettävä päälle + 5 V: iin, ja kun se piti sammuttaa - sulje vain koko kaskadin tulo maahan.

Mutta ei aina ja ei kaikkialla, että ylellisyys voidaan sallia, kuten ylimääräinen kosketus. Siksi on helpompaa kohdistaa pohjan ja emitterin potentiaalit vastukseen Rbe. Tämän vastuksen arvoa ei tarvitse laskea. Yleensä sitä pidetään kymmenenä RB. Käytännön tietojen mukaan sen arvon tulisi olla 5 ... 10K.

Tarkasteltava piiri on tyyppi piirejä, joilla on yhteinen säteilijä. Tässä voidaan havaita kaksi ominaisuutta. Ensinnäkin tämä käyttää 5 V: tä ohjausjännitteenä. Juuri tätä jännitettä käytetään, kun avainvaihe kytketään digitaalisiin piireihin, tai jota nyt käytetään todennäköisemmin mikro.

Toiseksi kollektorisignaali käännetään perussignaalin suhteen. Jos pohjassa on jännitettä, kontakti suljetaan + 5 V: n lämpötilassa, niin kollektorissa se putoaa melkein nollaan. No, ei tietenkään nollaan, vaan hakemistossa ilmoitettuun jännitteeseen. Samanaikaisesti polttimoa ei ole visuaalisesti käännetty - alustassa on signaali, valoa on.

Tulosignaalin kääntäminen tapahtuu transistorin näppäinmoodissa, mutta myös vahvistustilassa. Mutta tästä keskustellaan artikkelin seuraavassa osassa.

Boris Aladyshkin 

Loppusanat Ennen kuin asennat piiriin, on erittäin usein tarpeen tarkistaa transistorien toimivuus. Katso kuinka tehdä se täällä - Transistorien yksinkertainen testi käytännössä.