• РЕГИСТРАЦИЯ

Транзисторный ключ

18 3769

С развитием электронной импульсной техники транзисторный ключ в том или ином виде применяются практически в любом электронном устройстве. Более того, преимущественно количество микросхем состоят из десятков, сотен и миллионов транзисторных ключей. А в цифровой технике вообще не обходятся без них. В обще современный мир электроники не мыслим без рассмотренного в данной статье устройства.

Здесь мы научимся выполнять расчет транзисторного ключа на биполярном транзисторе (БТ). Одно из распространённых их применений – согласование микроконтроллера с относительно мощной нагрузкой: мощными светодиодами, семисегментными индикаторами, шаговыми двигателями и т.п.

Основная задача любого транзисторного ключа состоит в коммутации мощной нагрузки по команде маломощного сигнала.

Электронные ключи глубоко проникли и укоренились в области автоматики, вытеснив механические электромагнитные реле. В отличие от электромагнитного реле транзисторный ключ лишен подвижных механических элементов, что значительно увеличивает ресурс, быстродействие и надежность устройства. Скорость включения и отключения, то есть частота работы несравнимо выше с реле.

Однако и электромагнитные реле обладают полезными свойствами. Падение напряжения на замкнутых контактах реле значительно меньше, чем на полупроводниковых элементах, находящихся в открытом состоянии. Кроме того реле имеет гальваническую развязку высоковольтных цепей с низковольтными.

Как работает транзисторный ключ

В данной статье мы рассмотрим, как работает транзисторный ключ на биполярном транзисторе. Такие полупроводниковые элементы производятся двух типов – n-p-n и p-n-p структуры, которые различаются типом применяемого полупроводника (в p-полупроводнике преобладают положительные заряды – «дырки»; в n-полупроводнике – отрицательные заряды – электроны).

Выводы БТ называются база, коллектор и эмиттер, которые имеет графическое обозначение на чертежах электрических схем, как показано на рисунке.

С целью понимания принципа работы и отдельных процессов, протекающих в биполярных транзисторах, их изображают в виде двух последовательно и встречно соединенных диодов.

Наиболее распространенная схема БТ, работающего в ключевом режиме, приведена ниже.

Чтобы открыть транзисторный ключ нужно подвести потенциалы определенного знака к обеим pn-переходам. Переход коллектор-база должен быть смещен в обратном направлении, а переход база-эмиттер – в прямом. Для этого электроды источника питания UКЭ подсоединяют к выводам базы и коллектора через нагрузочный резистор RК. Обратите внимание, положительный потенциал UКЭ посредством RК подается на коллектор, а отрицательный потенциал – на эмиттер. Для полупроводника p-n-p структуры полярность подключения источника питания UКЭ изменяется на противоположную.

Резистор в цепи коллектора RК служит нагрузкой, которая одновременно защищает биполярный транзистор от короткого замыкания.

Команда на открытие БТ подается управляющим напряжением UБЭ, которое подается на выводы базы и эмиттера через токоограничивающий резистор RБ. Величина UБЭ должна быть не меньше 0,6 В, иначе эмиттерный переход полностью не откроется, что вызовет дополнительные потери энергии в полупроводниковом элементе.

Чтобы не спутать полярность подключения напряжения питания UКЭ и управляющего сигнала UБЭ БТ разной полупроводниковой структуры, обратите внимание на направление эмиттерной стрелки. Стрелка обращена в сторону протекания электрического тока. Ориентируясь на направление стрелки достаточно просто расположить правильным образом источники напряжения.

Входная статическая характеристика

Биполярный транзистор может работать в двух принципиально разных режимах – в режиме усилителя и в режиме ключа. Работа БТ в усилительном режиме уже подробно рассмотрена с примерами расчетов в нескольких статьях. Очень рекомендую ознакомиться с ними. Ключевой режим работы БТ рассматривается в данной статье.

Как и электрический ключ, транзисторный ключ может (и должен) находится только в одном из двух состояний – включенном (открытом) и выключенном (закрытом), что отображено на участках нагрузочной прямой, расположенной на входной статической характеристике биполярного транзистора. На участке 3-4 БТ закрыт, а на его выводах потенциалы UКЭ. Коллекторный ток IК близок к нулю. При этом ток в цепи базы IК также отсутствует, собственно по этой причине БТ и закрыт. Область на входной статической характеристике, отвечающая закрытому состоянию называется областью отсечки.

Второе состояние – БТ полностью открыт, что показано на участке 1-2. Как видно из характеристики, ток IК имеет некое значение, которое зависит от величин UКЭ и RК. В цепи база-эмиттер также протекает ток IБ, величина которого достаточна для полного открытия биполярного транзистора.

Падение напряжения на pn-переходе коллектор-эмиттер в зависимости от серии транзистора и его мощности находится в пределах от сотых до десятых вольта. Такая рабочая область БТ, в которой он полностью открыт, называется областью насыщения.

В третьей области полупроводниковый ключ занимает среднее положение между открыто-закрыто, то есть он приоткрыт или призакрыт. Такая область, используется для транзистора, работающего усилителем, называется активной областью.

Расчет транзисторного ключа

Расчет транзисторного ключа на биполярном транзисторе выполним на примере подключения светодиода к источнику питания 9 В, то есть к кроне. В качестве управляющего сигнала подойдет обычная батарейка 1,5 В. Для примера, возьмем БТ n-p-n структуры серии 2222A. Хотя подойдет любой другой, например 2N2222, PN2222, BC547 или советский МП111Б и т.п.

Рассматриваемую схему транзисторного ключа довольно просто собрать на макетной плате и произвести соответствующие измерения с помощью мультиметра, тем самым оценить точность наших расчетов.

Далее все расчеты сводятся к определению сопротивлений резистора коллектора RК и базы RБ. Хотя более логично, особенно при подключении мощной нагрузки, сначала подобрать транзистор по току и напряжению, а затем рассчитывать параметры резисторов. Однако в нашем и большинстве других случаев ток нагрузки относительно не большей и U источника питания невысокое, поэтому подходит практически любой маломощный БТ.

Все исходные данные сведены в таблицу.

Порядок расчета

Расчет начнем с определения сопротивления резистора RК, который предназначен для ограничения величины тока IК, протекающего через светодиод VD. RК находится по закону Ома:

Величина IК равна IVD = 0,01 А. Найдем падение напряжения на резисторе:

Значение UКЭ нам известно, оно равно 9 В, ΔUVD также известно и равно 2 В. А падение напряжения на переходе коллектор-эмиттер для большинства современных маломощных БТ составляет до 0,1 В. Поэтому примем с запасом ΔUКЭ = 0,1 В. Теперь подставим все значения в выше представленную формулу:

Находим сопротивление RК:

Ближайший стандартный номинал резистора 680 Ом и 750 Ом. Выбираем резистор большего номинала RК = 750 Ом. При этом ток, протекающий через светодиод IVD в цепи коллектора, несколько снизится. Пересчитаем его величину:

Теперь осталось определить сопротивление резистора в цепи базы RБ:

Формула содержит сразу две неизвестны – ΔURб и IБ. Найдем сначала падение напряжения на резисторе ΔURб:

UБЭ нам известно – 1,5 В. А падение напряжения на переходе база-эмиттер в среднем принимают 0,6 В, отсюда:

Для определения тока базы IБ необходимо знать IК, который мы ранее пересчитали (IК = 0,0092 А), и коэффициент усиления биполярного транзистора по току, обозначаемы буквой β (бэта). Коэффициент β всегда приводится в справочниках или даташитах, но гораздо удобнее и точнее определить его с помощью мультиметра. Используемый нами 2222A имеет β = 231 единицу.

Из таблицы стандартных номиналов резисторов выбираем ближайший меньший номинал (для гарантированного открытия БТ) 22 кОм.

Для более точного выбора параметров вместо постоянных резисторов в цепи включают переменные резисторы, включенные по схеме, приведенной ниже.

Источник: https://diodov.net/tranzistorn...

Читайте статью потом комментарии, имейте свою точку зрения.

Хабиров предложил прекратить командировки чиновников за границу
  • boltuf
  • 17 февраля 22:30
  • Промо

Я не хотел бы бездумно идеализировать нашего главу Республики до абсолюта, но ещё один пункт в копилочку уважения упал в очередной раз.Сегодня на оперативном совещании в Правительстве Р...

Пентагон прикрывает программу создания гиперзвукового оружия

По информации американского военного издания Defense News Соединенные Штаты намерены отказаться от реализации одной и двух программ по созданию гиперзвукового оружия.Представители Пента...

США планируют купить бойкот Европы против СП-2 за $1 млрд

С начала 2020-го года Вашингтон стал очень сильно бить по «Северному потоку-2». Сначала последовали мощные санкции, выгнавшие европейские трубоукладчики из проекта. После США стали лобб...

Ваш комментарий сохранен и будет опубликован сразу после вашей авторизации.

0 новых комментариев

    Немного о правильном паянии, о том, как, чем и на чём паять.

    !!!Внимание, данные инструкции основаны на личном опыте ремонта АНАЛОГОВЫХ ЭФФЕКТОВ. Т.е. в основном мапятся на обычные, не смд девайсы!!!!!!Паяние - на 30% правильные инструменты, и на 70% - опыт. Ну, во всяком случае мне так кажется. Постараюсь рассказать обо всем по порядку.Инструменты для паяния гитарных педалей в частности это:1. Припой - только хо...
    115

    Диалог с Фиолетовым. Любовь.

    Фиолетовый!- Расскажи что за чувство Любовь?- Это самое сильное чувство, когда каждый из вас готов отдать себя ради другого, неважно человек это или любая частица составляющая вашего Мира, вашей Природы, но всегда стоит учитывать одну из заповедей: «Беречь себя», в каждом из вас множество Миров, вы должны беречь их, заботится о них, но иногда приходится...
    119

    Тренажер машиниста электровоза

    Показано работу тренажера машиниста электровоз, собранного студентом в студенческие годы в комнате общежития. Здесь вы увидите порядок включения и выключения электровоза, смену кабины управления, маневровую и поездную работу. Все органы управления и измерительные приборы являются настоящими и взяты с электровоза ВЛ80. В том числе контроллер машиниста...
    61

    Диалог с Фиолетовым. Управление материей.

    - Фиолетовый! Скажи, как можно научится управлять материей?Фиолетовый спокойно улыбнулся, ответил:- Вы все обладаете силой, явной и не явной, ваши мысли это ваша сила, умение управлять ими позволяет достигнуть многого, когда вы увеличиваете свою физическую силу вы тренируетесь, в данном случае тоже самое. Каждый из вас может влиять на небольшие облака, ...
    1219

    Sony BP-HP550-11 Аккумулятор для наушников.

    Часто пользуюсь наушниками что бы не мешать окружающим своими вкусами.Несколько лет назад приобрёл себе наушники - sony mdr-rf811r Несколько лет уже ими пользуюсь, очень доволен.В последнее время стал аккумулятор быстро садится.Решил приобрести новый, минимальная цена 940 руб., и выше.Решил найти аналоги.Можно конечно купить обычные а...
    212

    Урок 11. Все способы соединения резисторов

    Соединение резисторов разными способами позволяет получить необходимую величину сопротивления и мощности рассеивания одного эквивалентного резистора. Всего существует три способы соединения резисторов – последовательное, параллельное и смешанное.Последовательное соединение резисторовПоследовательное соединение резисторов предполагает использование дву...
    348

    Урок 10. Маркировка резисторов всех типов.

    Маркировка резисторов наносится на его корпус в виде разных букв, цифр, знаков и цветных колец. Среди множества способов наибольшее распространение получила цветовая маркировка резисторов. Она наносится чаще всего в виде 4-х цветных колец; реже – 5 колец. Первые две или три цифры указывают значение числа (мантису), третье (или четверторе) кольцо – мно...
    242

    Урок 9. Переменный резистор.

    Резисторы часто применяются для плавного регулирования напряжения на нагрузке, например при регулировке уровня громкости динамика или яркости свечения лампы или светодиодов. Для этой цели используются переменный резистор. Он имеет три вывода. Два крайние вывода имеют постоянное значение сопротивления. Сопротивление между средним и одним из крайних выв...
    181

    Поиск короткого замыкания. Как найти КЗ на плате.

    В ролике используют бумагу для факса, для точного определения вышедшей из строя детали.Так же используют тепловизор для поиска разогретых участков.Некоторые используют для проверки параметров питания звук, то есть за место тестера, подключают аудиоустройство, и на слух определяют параметры. Слух должен быть идеальным в данном случае. Ко...
    418

    Вся правда о регулировке яркости светодиодных ламп: диммеры, драйверы и теория

    Регулировка яркости источников света применяется, для создания комфортной освещенности помещения или рабочего места. Регулировка яркости возможна устройство нескольких цепей, которые включаются отдельными выключателями. В таком случае вы получите ступенчатое изменение освещенности, а также отдельные светящиеся и выключенные лампы, что может вызвать неудобства.Стильные...
    6054

    Замена ТЭНа в стиральной машине: как провести ремонт, советы мастеров

    В наши дни стиральные машины присутствуют не только в каждом городском доме, они являются хорошими помощниками по хозяйству в селах и деревнях. Но где бы ни стоял такой агрегат, у него когда-нибудь случается поломка. Самая распространенная из них – это выход из строя ТЭНа. Рассмотрим, как провести подобный ремонт, и узнаем, что советуют профессионалы. ...
    306

    Урок 8. РЕЗИСТОР | СОПРОТИВЛЕНИЕ

    Резисторы относятся к наиболее простым, с точки зрения понимания и конструктивного исполнения, радиоэлектронным элементам. Однако при этом они занимают лидирующее место по применению в схемах различных электронных устройств. Поэтому очень важно научится применять их в практических целях, уметь самостоятельно рассчитать необходимые параметры и правильн...
    297

    Урок 7. ЗАКОН ОМА простыми словами с примерами

    Закон Ома – это главный закон электрика! Ни один расчет электрической схемы, какой бы сложной она не была, не обходится без него. Любая электрическая или электронная схема характеризуется всего тремя основными параметрами. Первый – это напряжение на сопротивлении нагрузки. Второй – это само сопротивление нагрузки. И третий параметр – это сила тока, пр...
    722

    Урок 6. Что такое НАПРЯЖЕНИЕ

    Напряжение является одним из главных параметров любой электрической цепи. Напряжение на участке может возникать только в том случае, когда через него протекает электрический ток. В этом случае происходит падение напряжение на каком-либо элементе цепи. Электродвижущая сила заставляет электроны двигаться в одном упорядоченном направлении, то есть образу...
    368

    Урок 5. Какая Скорость электрического тока

    Начинающий радиолюбитель или электронщик не всегда понимают разницу между электрическим током и скорость распространения электрического поля. Хотя, на первый взгляд, это не критично и с этим можно смириться, но чтобы заложить надежную базу для дальнейшего изучения электроники все же необходимо знать, как протекает электрический ток и его скорость.Элек...
    307

    Урок 4. Скрытые Свойства электрического тока

    Электрический ток, протекая через разные вещества, оказывает на них различные влияния. Существует три основных свойства электрического тока – нагрев, протекание химических реакций и образование магнитного поля. Зная перечисленные свойства можно определить наличие и измерить силу тока в электрической цепи. Химические реакции протекают в основном в разл...
    426

    Урок 3. Направление электрического тока

    Направление электрического тока принято считать от плюса к минусу генератора или источника питания, и принимается, что он протекает в металлических проводниках. Однако I образуется не только в проводниках, но и в газах и жидкостях. Атомы металлов связаны в прочную кристаллическую решетку, поэтому свободно перемещаться могут только свободные электроны;...
    317

    Урок 2. Электрический ток | ЭДС - электродвижущая сила

    Электрический ток является одним из основных процессов, протекающих в абсолютно любой электронной схеме (в электрической цепи). Изучение данного процесса позволит в дальнейшем гораздо проще понимать остальные процессы, присущие электрическим цепям.Для более глубокого понимания сущности электрического тока, рекомендую прежде ознакомиться с природой воз...
    571

    Урок 1. Что такое ЭЛЕКТРИЧЕСТВО

    Электроника – это замечательная прикладная и теоретическая наука, которая с каждым днем набирает обороты, распространяется и внедряется во все отрасли. Изучение ее следует начинать с самых общих понятий и физических процессов. Знание которых, в дальнейшем упростит понимание принципов работы различных электронных приборов и устройств. И первое понятие,...
    719

    Что внутри транзистора? Зачем белый порошок?

    Транзистор очень интересный электронный прибор не смотря на свою примитивную конструкцию. А что же находится внутри транзистора? Чтобы это выяснить достаточно аккуратно спилить его корпус. Увиденное поможет закрепить понимание принципа работы транзистора. К тому же изучив устройство транзистора и увидев его на реальном примере поможет н...
    530
    Служба поддержи

    Яндекс.Метрика