Funcționarea tranzistorului în modul cheie

Pentru a simplifica povestea, vă puteți imagina tranzistor sub forma unui rezistor variabil. Concluzia bazei este tocmai mânerul pe care îl poți răsuci. În acest caz, se modifică rezistența secțiunii colector - emițător. Desigur, nu este nevoie să răsuciți baza, poate să decurgă. Dar să-i aplici o anumită tensiune în raport cu emițătorul, desigur, este posibil.

Dacă tensiunea nu este aplicată deloc, ci pur și simplu luați și închideți concluziile bazei și emițătorului, chiar dacă nu scurt, ci printr-un rezistor de mai multe KOhms. Se pare că tensiunea emițătorului de bază (Ube) este zero. În consecință, nu există curent de bază. Tranzistorul este închis, curentul colectorului este neglijabil, exact același curent inițial. Cam la fel ca o diodă în direcția opusă! În acest caz, ei spun că tranzistorul este în poziția OFF, ceea ce înseamnă că în limbaj obișnuit este închis sau blocat.

Starea opusă se numește SATURARE. Acest lucru este atunci când tranzistorul este complet deschis, astfel încât nu mai este unde să se deschidă mai departe. Cu un astfel de grad de deschidere, rezistența secțiunii colector-emițător este atât de mică încât este pur și simplu imposibil să porniți tranzistorul fără încărcare în circuitul colectorului, acesta va arde instantaneu. În acest caz, tensiunea reziduală a colectorului poate fi de numai 0,3 ... 0,5 V.

Pentru a aduce tranzistorul la o astfel de stare, este necesar să se asigure un curent de bază suficient de mare, aplicându-i o tensiune mare Ube în raport cu emițătorul, de ordinul 0,6 ... 0,7V. Da, pentru o joncțiune-emițător de bază, o astfel de tensiune fără rezistență de limitare este foarte mare. La urma urmei, caracteristica de intrare a tranzistorului, prezentată în figura 1, este foarte similară cu ramura directă a caracteristicii diodei.

Figura 1. Caracteristica de intrare a tranzistorului

Aceste două stări - saturația și întreruperea - sunt utilizate atunci când tranzistorul este în modul cheie ca un contact cu releul normal. Punctul principal al acestui mod este că un mic curent de bază controlează un curent de colector mare, care este de câteva zeci de ori mai mare decât curentul de bază. Se obține un curent colector mare datorită unei surse externe de energie, dar totuși câștigul de curent, așa cum spun ei, este evident. Un exemplu simplu: un mic microcircuit pornește un bec mare!

Pentru a determina amploarea unui astfel de câștig al tranzistorului în modul cheie, se utilizează „câștigul curent în modul semnal mare”. În directoarele din este indicat de litera greacă β "betta". Pentru aproape toate tranzistoarele moderne, când funcționează în modul cheie, acest coeficient nu este mai mic de 10 ... 20 β este determinat ca raportul dintre curentul maxim de colector posibil și curentul minim posibil. Mărimea este fără dimensiuni, doar „de câte ori”.

β ≥ Ic / Ib

Chiar dacă curentul de bază este mai mult decât este necesar, nu există probleme anume: tranzistorul nu va mai putea deschide mai mult. De aceea este în modul de saturație. Pe lângă tranzistoarele convenționale, tranzistoarele Darlington sau compozite sunt utilizate pentru a funcționa în modul cheie. „Super-betta” lor poate ajunge de 1000 sau mai multe ori.

Cum se calculează modul de funcționare a etapei cheie

Pentru a nu fi complet nefondate, să încercăm să calculăm modul de funcționare al cascadei de chei, al cărui circuit este prezentat în figura 2.

Figura 2

Sarcina acestei cascade este foarte simplă: porniți și opriți becul. Desigur, sarcina poate fi orice - o bobină de releu, un motor electric, doar un rezistor, dar nu știi niciodată ce. Becul a fost luat doar pentru a clarifica experimentul, pentru a-l simplifica. Sarcina noastră este ceva mai complicată. Este necesar să se calculeze valoarea rezistenței Rb din circuitul de bază, astfel încât becul să ardă la foc complet.

Astfel de becuri sunt folosite pentru a ilumina tabloul de bord în mașinile casnice, astfel încât găsirea acestuia este ușoară. Tranzistorul KT815 cu un curent de colector de 1,5A este destul de potrivit pentru o astfel de experiență.

Cel mai interesant lucru din toată această poveste este că tensiunile nu sunt luate în considerare în calcule, atât timp cât condiția β ≥ Ic / Ib este îndeplinită. Prin urmare, becul poate fi la o tensiune de funcționare de 200V, iar circuitul de bază poate fi controlat de la microcipuri cu o tensiune de alimentare de 5V. Dacă tranzistorul este proiectat să funcționeze cu o astfel de tensiune pe colector, lumina va clipi fără probleme.

Dar, în exemplul nostru, nu sunt așteptate microcircuite, circuitul de bază este controlat doar printr-un contact, care alimentează pur și simplu 5V. Bec pentru tensiune 12V, curent de consum 100mA. Se presupune că tranzistorul nostru are β exact 10. Scăderea de tensiune la joncțiunea bază-emițător este Ube = 0,6V. Vezi caracteristica de intrare din figura 1.

Cu aceste date, curentul din bază ar trebui să fie Ib = Ik / β = 100/10 = 10 (mA).

Tensiunea la rezistența de bază Rb va fi (minus tensiunea la joncțiunea de bază a emițătorului) 5V - Ube = 5V - 0.6V = 4.4V.

Reamintim legea lui Ohm: R = U / I = 4.4V / 0.01A = 440ohm. Conform sistemului SI, înlocuim tensiunea în volți, curentul în amperi, rezultatul este în Ohms. Din seria standard, selectăm un rezistor cu o rezistență de 430 Ohmi. Pe acest calcul poate fi considerat complet.

Dar, cine privește cu atenție circuitul, poate să întrebe: „De ce nu s-a spus nimic despre rezistența dintre bază și emițător Rbe? Au uitat de el sau este într-adevăr nevoie? ”

Scopul acestui rezistor este să închidă în mod fiabil tranzistorul în momentul deschiderii butonului. Cert este că, dacă baza „se blochează în aer”, efectul interferențelor de orice fel este pur și simplu garantat, mai ales dacă firul de la buton este suficient de lung. Ce nu este antena? Aproape ca un receptor de detector.

Pentru a închide în mod fiabil tranzistorul, pentru a intra în modul de oprire, este necesar ca potențialele emițătorului și ale bazei să fie egale. Ar fi cel mai ușor să folosiți un contact de comutare în „schema noastră de formare”. Este necesar să porniți contactul întrerupătorului luminos la + 5V, iar când a fost necesar să se oprească - tocmai a închis la sol intrarea întregii cascade.

Dar nu este întotdeauna și nu pretutindeni că luxul poate fi permis, cum ar fi contactul suplimentar. Prin urmare, este mai ușor să aliniați potențialele bazei și emițătorului cu rezistența Rbe. Valoarea acestui rezistor nu trebuie calculată. De obicei, se ia egal cu zece RB. Conform datelor practice, valoarea sa ar trebui să fie de 5 ... 10 K.

Circuitul considerat este un tip de circuit cu un emițător comun. Două caracteristici pot fi notate aici. În primul rând, aceasta folosește 5V ca tensiune de control. Această tensiune este folosită atunci când etapa cheie este conectată la circuite digitale sau, ceea ce este acum mai probabil microcontrolere.

În al doilea rând, semnalul colectorului este inversat în raport cu semnalul de bază. Dacă există tensiune la bază, contactul este închis la + 5V, apoi pe colector scade la aproape zero. Ei bine, nu la zero, desigur, ci la tensiunea indicată în director. În același timp, becul nu este inversat vizual - există un semnal la bază, există lumină.

Invertirea semnalului de intrare se produce nu numai în modul cheie al tranzistorului, ci și în modul câștig. Dar acest lucru va fi discutat în următoarea parte a articolului.

Boris Aladyshkin 

P.S. Înainte de instalarea în circuit, este foarte adesea necesar să verificați dacă funcționarea tranzistorilor. Vedeți cum se face chiar aici - Test simplu de tranzistori în practică.