Tranzistorový provoz v klíčovém režimu

Pro zjednodušení příběhu si to dokážete představit tranzistor ve formě variabilního rezistoru. Závěr základny je jen tím pravým úchytem, ​​který můžete otočit. V tomto případě se změní odpor sekce kolektor - emitor. Samozřejmě nemusíte kroužit základnu, může to vyjít. Je ovšem možné použít na něj určité napětí vzhledem k emitoru.

Pokud není napětí přivedeno vůbec, jednoduše přijměte a uzavřete závěry základny a emitoru, i když ne krátké, ale přes odpor několika KOhms. Ukazuje se, že napětí emulátoru báze (Ube) je nulové. V důsledku toho neexistuje žádný základní proud. Tranzistor je uzavřen, proud kolektoru je zanedbatelný, jen stejný počáteční proud. Přibližně stejně jako dioda v opačném směru! V tomto případě říkají, že tranzistor je v poloze OFF, což v běžném jazyce znamená, že je uzavřen nebo uzamčen.

Opačný stav se nazývá SATURACE. To je, když je tranzistor zcela otevřený, takže není kam dál otevírat. Při takovém stupni otevření je odpor sekce kolektor-emitor tak malý, že je jednoduše nemožné zapnout tranzistor bez zatížení v kolektorovém obvodu, bude okamžitě hořet. V tomto případě může být zbytkové napětí na kolektoru pouze 0,3 ... 0,5 V.

Aby se tranzistor dostal do takového stavu, je nutné poskytnout dostatečně velký základní proud tím, že se na něj přivede velké napětí Ube vzhledem k emitoru, řádově 0,6 ... 0,7 V. Ano, pro spojení základna-emitor je takové napětí bez omezovacího odporu velmi velké. Koneckonců je vstupní charakteristika tranzistoru, znázorněná na obrázku 1, velmi podobná přímé větvi charakteristiky diody.

Obrázek 1. Vstupní charakteristika tranzistoru

Tyto dva stavy - saturace a mezní hodnota - se používají, když je tranzistor v klíčovém režimu jako normální reléový kontakt. Hlavním bodem tohoto režimu je, že malý základní proud řídí velký kolektorový proud, který je několik desítekkrát větší než základní proud. Velký kolektorový proud je získáván v důsledku vnějšího zdroje energie, ale stále je zřejmé, že proudový zisk je, jak se říká. Jednoduchý příklad: malý mikroobvod zapne velkou žárovku!

K určení velikosti takového zesílení tranzistoru v klíčovém režimu se používá „proudový zisk v režimu velkého signálu“. V adresářích od je uvedeno řecké písmeno β "betta". Pro téměř všechny moderní tranzistory, když pracuje v klíčovém režimu, je tento koeficient menší než 10 ... 20 ß je určen jako poměr maximálního možného kolektorového proudu k minimálnímu možnému základnímu proudu. Velikost je bezrozměrná, jen „kolikrát“.

β ≥ Ic / Ib

I když je základní proud větší, než je požadováno, nedochází k žádným zvláštním problémům: tranzistor se stále nebude moci otevřít více. Proto je v režimu nasycení. Kromě konvenčních tranzistorů se Darlingtonovy nebo kompozitní tranzistory používají pro práci v klíčovém režimu. Jejich "super - betta" může dosáhnout 1000 nebo vícekrát.

Jak vypočítat provozní režim klíčové fáze

Abychom nebyli zcela neopodstatněni, pokusme se vypočítat provozní režim kaskády klíčů, jejíž obvod je znázorněn na obrázku 2.

Obrázek 2

Úkol této kaskády je velmi jednoduchý: zapněte a vypněte žárovku. Zatížení může být samozřejmě cokoli - cívka relé, elektrický motor, jen odpor, ale nikdy nevíte co. Žárovka byla odebrána jen proto, aby byl experiment jasný, aby byl zjednodušen. Náš úkol je trochu složitější. Je nutné vypočítat hodnotu odporu Rb v základním obvodu tak, aby žárovka hořila na plné teplo.

Takové žárovky se používají k osvětlení palubní desky u domácích automobilů, takže je snadné je najít. Tranzistor KT815 s proudem kolektoru 1,5A je pro takový zážitek docela vhodný.

Nejzajímavější věcí v celém tomto příběhu je to, že ve výpočtech nejsou brány v úvahu napětí, pokud je splněna podmínka β ≥ Ic / Ib. Proto může být žárovka při provozním napětí 200 V a základní obvod může být řízen z mikročipů s napájecím napětím 5 V. Pokud je tranzistor navržen pro práci s takovým napětím na kolektoru, bude světlo bez problémů blikat.

Ale v našem příkladu se neočekávají žádné mikroobvody, základní obvod je řízen jednoduše kontaktem, který jednoduše dodává 5V. Žárovka pro napětí 12V, spotřební proud 100 mA. Předpokládá se, že náš tranzistor má β přesně 10. Pokles napětí na křižovatce základna-emitor je Ube = 0,6V. Viz vstupní charakteristika na obrázku 1.

S takovými daty by proud v bázi měl být Ib = Ik / β = 100/10 = 10 (mA).

Napětí na základním odporu Rb bude (mínus napětí na spojení základna-emitor) 5V - Ube = 5V - 0,6V = 4,4V.

Vzpomínáme si na Ohmův zákon: R = U / I = 4,4 V / 0,01 A = 440 ohmů. Podle systému SI nahradíme napětí ve voltech, proud v ampérech, výsledek je v Ohmech. Ze standardní řady vybereme rezistor s odporem 430 Ohmů. Na tomto výpočtu lze považovat za kompletní.

Ale kdo se pečlivě podívá na obvod, může se zeptat: „Proč nebylo řečeno nic o odporu mezi základnou a emitorem Rbe? Prostě na něj zapomněli, nebo je skutečně potřeba? “

Účelem tohoto odporu je spolehlivé uzavření tranzistoru v okamžiku, kdy je tlačítko otevřené. Faktem je, že pokud základna „visí ve vzduchu“, je jednoduše zaručen vliv všech druhů rušení, zejména pokud je vodič k tlačítku dostatečně dlouhý. Co není anténa? Skoro jako detektorový přijímač.

K spolehlivému uzavření tranzistoru a jeho vstupu do cut-off módu je nutné, aby potenciály emitoru a základny byly stejné. Nejjednodušší by bylo použití přepínacího kontaktu v našem „školicím programu“. Je nutné zapnout kontakt spínače světla na + 5V, a když bylo nutné vypnout - stačí zavřít vstup celé kaskády na zem.

Ale to není vždy a ne všude, kde je možné dovolit luxus, jako je zvláštní kontakt. Proto je snazší sladit potenciály základny a emitoru s rezistorem Rbe. Hodnota tohoto rezistoru nemusí být vypočtena. Obvykle se bere jako deset RB. Podle praktických údajů by měla být jeho hodnota 5 ... 10K.

Uvažovaný obvod je typ obvodu se společným emitorem. Zde jsou uvedeny dvě funkce. Za prvé, používá to jako řídicí napětí 5V. Je to toto napětí, které se používá, když je klíčová fáze připojena k digitálním obvodům nebo kde je nyní pravděpodobnější mikrokontroléry.

Za druhé, signál kolektoru je invertován vzhledem k základnímu signálu. Pokud je na základně napětí, kontakt je sepnut při + 5 V, pak na kolektoru klesne téměř na nulu. Samozřejmě ne na nulu, ale na napětí uvedené v adresáři. Současně není žárovka vizuálně obrácena - na základně je signál, je světlo.

K invertování vstupního signálu dochází nejen v klíčovém režimu tranzistoru, ale také v režimu zesílení. Ale to bude probráno v další části článku.

Boris Aladyshkin 

P.S. Před instalací do obvodu je velmi často nutné zkontrolovat funkčnost tranzistorů. Podívejte se, jak to udělat přímo zde - Jednoduchý test tranzistorů v praxi.