Transistorwerking in sleutelmodus

Om het verhaal te vereenvoudigen, kunt u zich dat voorstellen transistor in de vorm van een variabele weerstand. De conclusie van de basis is precies het handvat dat je kunt draaien. In dit geval verandert de weerstand van de collector - emittersectie. Natuurlijk hoeft u de basis niet te draaien, deze kan loskomen. Maar het is natuurlijk mogelijk om er wat spanning op toe te passen ten opzichte van de zender.

Als de spanning helemaal niet wordt aangelegd, maar neem en sluit u eenvoudig de conclusies van de basis en de zender, zelfs als deze niet kort zijn, maar via een weerstand van verschillende KOhms. Het blijkt dat de basis-emitterspanning (Ube) nul is. Bijgevolg is er geen basisstroom. De transistor is gesloten, de collectorstroom is te verwaarlozen, alleen dezelfde startstroom. Ongeveer hetzelfde als een diode in de tegenovergestelde richting! In dit geval zeggen ze dat de transistor in de UIT-positie staat, wat in normale taal betekent gesloten of vergrendeld.

De tegenovergestelde toestand wordt SATURATION genoemd. Dit is wanneer de transistor volledig open is, zodat er nergens verder kan worden geopend. Met een dergelijke mate van opening is de weerstand van de collector-emittersectie zo klein dat het simpelweg onmogelijk is om de transistor in te schakelen zonder belasting in het collectorcircuit, deze zal onmiddellijk branden. In dit geval kan de restspanning op de collector slechts 0,3 ... 0,5 V zijn.

Om de transistor in een dergelijke toestand te brengen, is het noodzakelijk om een ​​voldoende grote basisstroom te leveren door een grote spanning Ube daarop aan te leggen ten opzichte van de emitter, in de orde van 0,6 ... 0,7 V. Ja, voor een basis-emitterovergang is een dergelijke spanning zonder een beperkende weerstand erg groot. De ingangskarakteristiek van de transistor, weergegeven in figuur 1, is tenslotte zeer vergelijkbaar met de directe tak van de karakteristiek van de diode.

Figuur 1. Transistoringangskarakteristiek

Deze twee toestanden - verzadiging en afsnijding - worden gebruikt wanneer de transistor zich in sleutelmodus bevindt zoals een normaal relaiscontact. Het belangrijkste punt van deze modus is dat een kleine basisstroom een ​​grote collectorstroom regelt, die enkele tientallen keren meer is dan de basisstroom. Een grote collectorstroom wordt verkregen door een externe energiebron, maar toch is de stroomsterkte, zoals ze zeggen, duidelijk. Een eenvoudig voorbeeld: een kleine microcircuit schakelt een grote gloeilamp in!

Om de grootte van een dergelijke versterking van de transistor in sleutelmodus te bepalen, wordt de "stroomversterking in grote signaalmodus" gebruikt. In de mappen van wordt aangegeven door de Griekse letter β "betta". Voor bijna alle moderne transistors, wanneer in sleutelmodus, is deze coëfficiënt niet minder dan 10 ... 20 β bepaald als de verhouding van de maximaal mogelijke collectorstroom tot de minimaal mogelijke basisstroom. De grootte is dimensieloos, alleen "hoe vaak".

β ≥ Ic / Ib

Zelfs als de basisstroom meer is dan vereist, zijn er geen specifieke problemen: de transistor kan nog steeds niet meer openen. Daarom bevindt het zich in de verzadigingsmodus. Naast conventionele transistoren worden Darlington of samengestelde transistoren gebruikt om in de sleutelfunctie te werken. Hun "superbetta" kan 1000 of meer keer bereiken.

Hoe de belangrijkste werkingsmodus te berekenen

Om niet volledig ongegrond te zijn, proberen we de werkingsmodus van de sleutelcascade te berekenen, waarvan het circuit wordt weergegeven in figuur 2.

Figuur 2

De taak van deze cascade is heel eenvoudig: schakel de gloeilamp in en uit. Natuurlijk kan de belasting van alles zijn - een relaisspoel, een elektrische motor, alleen een weerstand, maar je weet nooit wat. De gloeilamp werd genomen om het experiment duidelijk te maken, om het te vereenvoudigen. Onze taak is iets ingewikkelder. Het is vereist om de waarde van de weerstand Rb in het basiscircuit te berekenen, zodat de lamp op volle hitte brandt.

Dergelijke lampen worden gebruikt om het dashboard in binnenlandse auto's te verlichten, dus het is gemakkelijk om het te vinden. De KT815-transistor met een collectorstroom van 1,5A is zeer geschikt voor een dergelijke ervaring.

Het meest interessante in dit hele verhaal is dat bij de berekeningen geen rekening wordt gehouden met spanningen, zolang aan de voorwaarde β ≥ Ic / Ib wordt voldaan. Daarom kan de lamp op een bedrijfsspanning van 200 V staan ​​en kan het basiscircuit worden bestuurd vanaf microchips met een voedingsspanning van 5 V. Als de transistor is ontworpen om met een dergelijke spanning op de collector te werken, knippert het licht zonder problemen.

Maar in ons voorbeeld worden geen microschakelingen verwacht, het basiscircuit wordt eenvoudig bestuurd door een contact, dat eenvoudig 5V levert. Gloeilamp voor spanning 12V, stroomverbruik 100mA. Er wordt aangenomen dat onze transistor exact 10 heeft. De spanningsval bij de junctie van de basis-emitter is Ube = 0,6V. Zie invoerkarakteristiek in figuur 1.

Met dergelijke gegevens moet de stroom in de basis Ib = Ik / β = 100/10 = 10 (mA) zijn.

De spanning op de basisweerstand Rb zal zijn (minus de spanning op de junctie van de basis-emitter) 5V - Ube = 5V - 0.6V = 4.4V.

We herinneren aan de wet van Ohm: R = U / I = 4.4V / 0.01A = 440ohm. Volgens het SI-systeem vervangen we de spanning in volt, de stroom in ampères, het resultaat is in Ohm. Uit de standaardserie selecteren we een weerstand met een weerstand van 430 Ohm. Op deze berekening kan worden beschouwd als voltooid.

Maar wie zorgvuldig naar het circuit kijkt, kan vragen: “Waarom werd er niets gezegd over de weerstand tussen de basis en de zender Rbe? Ze vergaten hem gewoon, of is hij echt nodig? '

Het doel van deze weerstand is om de transistor betrouwbaar te sluiten op het moment dat de knop open is. Het feit is dat als de basis "in de lucht hangt", het effect van allerlei interferentie daarop eenvoudig wordt gegarandeerd, vooral als de draad naar de knop lang genoeg is. Wat is niet de antenne? Bijna als een detectorontvanger.

Om de transistor betrouwbaar te sluiten, om hem in de afsluitmodus te brengen, is het noodzakelijk dat de potentialen van de emitter en de basis gelijk zijn. De eenvoudigste manier is om een ​​schakelcontact te gebruiken in ons 'trainingsschema'. Het is noodzakelijk om het contact van de lichtschakelaar op + 5V in te schakelen en wanneer het nodig was om uit te schakelen, sloot u gewoon de ingang van de hele cascade naar aarde.

Maar het is niet altijd en niet overal dat luxe kan worden toegestaan, zoals extra contact. Daarom is het gemakkelijker om de potentialen van de basis en emitter uit te lijnen met de weerstand Rbe. De waarde van deze weerstand hoeft niet te worden berekend. Gewoonlijk wordt het genomen gelijk aan tien RB. Volgens praktische gegevens moet de waarde 5 ... 10K zijn.

Het beschouwde circuit is een type circuit met een gemeenschappelijke zender. Twee functies kunnen hier worden opgemerkt. Ten eerste gebruikt dit 5V als stuurspanning. Het is deze spanning die wordt gebruikt wanneer de belangrijkste trap is aangesloten op digitale circuits of, wat nu waarschijnlijker is microcontrollers.

Ten tweede wordt het collectorsignaal omgekeerd ten opzichte van het basissignaal. Als er spanning op de basis is, wordt het contact gesloten op + 5V, waarna het op de collector tot bijna nul daalt. Nou ja, natuurlijk niet tot nul, maar tot het voltage aangegeven in de map. Tegelijkertijd is de lamp niet visueel omgekeerd - er is een signaal aan de basis, er is licht.

Het omkeren van het ingangssignaal vindt niet alleen plaats in de sleutelmodus van de transistor, maar ook in de versterkingsmodus. Maar dit zal in het volgende deel van het artikel worden besproken.

Boris Aladyshkin 

Postscriptum Voordat u in het circuit installeert, is het heel vaak nodig om de transistors op werking te controleren. Kijk hier hoe je het doet - Eenvoudige test van transistoren in de praktijk.