Tranzisztor működése kulcs módban

A történet egyszerűsítése érdekében elképzelheti tranzisztor változó ellenállás formájában. Az alap következtetése csak az a fogantyú, amelyet el lehet csavarni. Ebben az esetben a kollektor-kibocsátó szakasz ellenállása megváltozik. Természetesen nem kell elforgatnia az alapot, mert leeshet. Természetesen ennek ellenére valamilyen feszültséget kell alkalmazni az emitterhez viszonyítva.

Ha egyáltalán nem alkalmazzák a feszültséget, akkor egyszerűen vegye le és zárja le az alap és az emitter következtetéseit, még ha nem is rövid, de több KOhms ellenállásán keresztül. Kiderült, hogy az alapkibocsátó feszültsége (Ube) nulla. Következésképpen nincs alapáram. A tranzisztor zárva van, a kollektoráram elhanyagolható, ugyanolyan kezdeti áram. Nagyjából ugyanaz, mint egy ellenkező irányú dióda! Ebben az esetben azt mondják, hogy a tranzisztor KI állásban van, ami hétköznapi nyelven azt jelenti, hogy zárt vagy reteszelt.

Az ellenkező állapotot SATURATION-nak hívják. A tranzisztor teljesen nyitva van, tehát sehol sem nyílik tovább. Ilyen fokú nyitással a kollektor-emitter szakasz ellenállása olyan kicsi, hogy egyszerűen lehetetlen bekapcsolni a tranzisztort terhelés nélkül a kollektoráramkörben, az azonnal elég. Ebben az esetben a kollektor maradékfeszültsége csak 0,3 ... 0,5 V lehet.

Ahhoz, hogy a tranzisztor ilyen állapotba kerüljön, elegendően nagy alapáramot kell biztosítani oly módon, hogy az emitterhez viszonyítva nagy Ube feszültséget alkalmazunk, amely 0,6 ... 0,7 V nagyságrendű. Igen, egy alap-emitter csatlakozásnál egy ilyen feszültség korlátozó ellenállás nélkül nagyon nagy. Végül is, az 1. ábrán látható tranzisztor bemeneti karakterisztikája nagyon hasonlít a dióda karakterisztikájának közvetlen elágazására.

1. ábra. Tranzisztor bemeneti jellemzői

Ez a két állapot - telítettség és levágás - akkor használatos, amikor a tranzisztor kulcs módban van, mint egy normál reléérintkező. Ennek a módnak a lényege, hogy egy kis alapáram egy nagy kollektoráramot vezessen, amely több tízszer nagyobb, mint az alapáram. A külső energiaforrás miatt nagy kollektoráram jön létre, de az áramerősség, amint mondják, nyilvánvaló. Egy egyszerű példa: egy kis mikroáramkör bekapcsol egy nagy izzót!

A tranzisztor ilyen erősítésének nagyságának meghatározásához kulcs módban az "áramerősség nagy jel üzemmódban" kerül felhasználásra. A könyvtárakban a görög β "betta" betűvel van jelölve. Szinte minden modern tranzisztor esetében, kulcsos üzemmódban működve, ezt az együtthatót nem lehet kevesebb, mint 10 ... 20 β, a maximális lehetséges kollektoráram és a lehető legkisebb alapáram arányában. A méret mérete nélkül, csak "hányszor".

β ≥ Ic / Ib

Még ha a bázisáram is meghaladja az előírt értéket, nincs különösebb probléma: a tranzisztor továbbra sem lesz képes többet kinyitni. Ezért telített állapotban van. A hagyományos tranzisztorokon kívül Darlington vagy kompozit tranzisztorok is használhatók kulcsos üzemmódban. A "szuper-betta" elérheti legalább 1000-szer.

Hogyan lehet kiszámítani a kulcsfázis működési módját?

Annak érdekében, hogy ne legyen teljesen megalapozatlan, próbáljuk meg kiszámítani a kulcskaszkád működési módját, amelynek áramkörét a 2. ábra mutatja.

2. ábra

Ennek a kaszkádnak a feladata nagyon egyszerű: kapcsolja be és ki az izzót. A terhelés természetesen bármi lehet - relétekercs, villanymotor, csak ellenállás, de soha nem tudhatjuk, mit. A villanykörtét csak a kísérlet áttekinthetőségének és egyszerűsítésének céljából vették fel. Feladatunk egy kicsit bonyolultabb. Ki kell számítani az Rb ellenállás értékét az alapáramkörben, hogy az izzó teljes melegben éghessen.

Az ilyen izzókat a háztartási autók műszerfalának megvilágítására használják, így könnyű megtalálni. Az 1,5A kollektoráramú KT815 tranzisztor nagyon alkalmas ilyen élményekre.

A legérdekesebb dolog az egész történetben, hogy a feszültségeket nem veszik figyelembe a számításokban, mindaddig, amíg a β ≥ Ic / Ib feltétel teljesül. Ezért az izzó 200 V üzemi feszültséggel lehet, és az alapáramot 5 V tápfeszültségű mikrochipből vezérelhetjük. Ha a tranzisztor úgy van tervezve, hogy ilyen feszültséggel működjön a kollektoron, akkor a fény gond nélkül villog.

Példánkban azonban nem várható mikroáramkör, az alapegységet egyszerűen egy érintkező vezérli, amely egyszerűen 5 V-ot táplál. Izzó 12 V feszültségre, fogyasztási áram 100mA. Feltételezzük, hogy tranzisztorunk β pontosan 10. A feszültségcsökkenés az alap-emitter csatlakozásnál Ube = 0,6 V. Lásd a bemeneti karakterisztikát az 1. ábrán.

Ilyen adatokkal a bázisban lévő áramnak Ib = Ik / β = 100/10 = 10 (mA) kell lennie.

Az Rb alap ellenállás feszültsége (mínusz a feszültség az alap-emitter csatlakozásánál) 5 V - Ube = 5 V - 0,6 V = 4,4 V.

Emlékeztetünk Ohm törvényére: R = U / I = 4,4 V / 0,01A = 440ohm. Az SI rendszer szerint kicseréljük a feszültséget voltokban, az áramot amperben, az eredmény Ohm-ban van. A standard sorozat közül egy ellenállást választunk, amelynek ellenállása 430 Ohm. Ezen a számításon teljesnek tekinthető.

De aki alaposan megvizsgálja az áramkört, kérdezheti: „Miért nem mondtak semmit az ellenállásról a bázis és az Rbe sugárzó között? Csak elfelejtették róla, vagy valóban szükség van rá?

Ennek az ellenállásnak az a célja, hogy megbízhatóan bezárja a tranzisztort abban a pillanatban, amikor a gomb nyitva van. A helyzet az, hogy ha az alap "lebeg a levegőben", akkor mindenféle interferencia befolyása egyszerűen garantált, különösen, ha a gombhoz vezető huzal elég hosszú. Mi nem az antenna? Majdnem mint egy detektor vevő.

A tranzisztor megbízható bezárásához és cut-off módba való belépéshez szükséges, hogy az emitter és az alap potenciálja egyenlő legyen. A legegyszerűbb váltókapcsolatot használni az „edzési programban”. A fénykapcsoló érintkezőjét be kell kapcsolni + 5 V-ra, és amikor kikapcsolni kellett - csak zárja be a teljes kaszkád bemenetet a földbe.

De nem mindig és nem mindenhol megengedett a luxus, például az extra kapcsolat. Ezért könnyebb összehangolni az alap és az emitter potenciálját az Rbe ellenállással. Ennek az ellenállásnak az értékét nem kell kiszámítani. Általában tíz RB-vel egyenlő. A gyakorlati adatok szerint ennek értékének 5 ... 10K-nak kell lennie.

A figyelembe vett áramkör egy olyan típusú áramkör, amelynek közös kibocsátója van. Két jellemző említhető itt. Először is, ez az 5 V vezérlőfeszültséget használja. Ez az a feszültség, amelyet akkor használnak, amikor a kulcsfokozat digitális áramkörökhöz van csatlakoztatva, vagy amely most valószínűbb mikrokontroller.

Másodszor, a kollektorjel az alapjelhez viszonyítva invertált. Ha feszültség van az alapnál, akkor az érintkező + 5 V-nál zárva van, majd a kollektoron majdnem nullára esik. Nos, természetesen nem nullára, hanem a könyvtárban megadott feszültségre. Ugyanakkor az izzó vizuálisan nem fordított - van egy jel az alján, van fény.

A bemeneti jel invertálása nemcsak a tranzisztor kulcs módjában, hanem erősítés módban is megtörténik. Ezt azonban a cikk következő részében tárgyaljuk.

Boris Aladyshkin 

Ui Az áramkörbe történő beépítés előtt nagyon gyakran ellenőrizni kell a tranzisztorok működőképességét. Itt láthatja, hogyan kell csinálni A tranzisztorok egyszerű tesztelése a gyakorlatban.