Работа на транзистора в режим на клавиш

За да опростите историята, можете да си представите транзистор под формата на променлив резистор. Заключението на основата е само самата дръжка, която можете да изкривите. В този случай съпротивлението на секцията колектор - емитер се променя. Разбира се, не е нужно да усуквате основата, може да излезе. Но да се приложи малко напрежение към него спрямо излъчвателя, разбира се, е възможно.

Ако напрежението изобщо не е приложено, а просто вземете и затворете изводите на основата и излъчвателя, дори и да не са къси, но през резистор от няколко KOhms. Оказва се, че напрежението на базовия емитер (Ube) е нула. Следователно, няма базов ток. Транзисторът е затворен, токът на колектора е незначителен, точно същия начален ток. Приблизително същото като диод в обратна посока! В този случай те казват, че транзисторът е в положение OFF, което на обикновен език означава, че е затворен или заключен.

Обратното състояние се нарича САТУРАЦИЯ. Това е когато транзисторът е напълно отворен, така че няма къде да се отвори по-нататък. При такава степен на отваряне съпротивлението на секцията колектор-емитер е толкова малко, че е просто невъзможно да включите транзистора без натоварване в колекторната верига, той ще изгори моментално. В този случай остатъчното напрежение в колектора може да бъде само 0,3 ... 0,5V.

За да доведете транзистора до такова състояние, е необходимо да осигурите достатъчно голям базов ток, като приложите към него голямо напрежение Ube спрямо излъчвателя, от порядъка на 0,6 ... 0,7 V. Да, за базово-емитерния възел такова напрежение без ограничаващ резистор е много голямо. В крайна сметка входната характеристика на транзистора, показана на фигура 1, е много подобна на директния клон на диодната характеристика.

Фигура 1. Характеристика на входа на транзистора

Тези две състояния - насищане и прекъсване - се използват, когато транзисторът е в ключов режим като нормален релеен контакт. Основната точка на този режим е, че малък базов ток контролира голям колекторен ток, който е няколко десетки пъти по-голям от базовия ток. Голям колекторен ток се получава поради външен източник на енергия, но все пак текущото усилване, както се казва, е очевидно. Прост пример: малка микросхема се включва на голяма крушка!

За да се определи величината на такова усилване на транзистора в ключовия режим, се използва "усилването на тока в режим на голям сигнал". В директории от се посочва с гръцката буква β "betta". За почти всички съвременни транзистори, когато работят в ключов режим, този коефициент е не по-малък от 10 ... 20 β се определя като съотношението на максималния възможен ток на колектора към минималния възможен базов ток. Размерът е безразмерен, просто "колко пъти".

β ≥ Ic / Ib

Дори ако базовият ток е повече от необходимия, няма особени проблеми: транзисторът все още няма да може да се отвори повече. Затова е в режим на насищане. В допълнение към конвенционалните транзистори, Darlington или композитни транзистори се използват за работа в ключов режим. Тяхната "супер бета" може да достигне 1000 или повече пъти.

Как да изчислим режима на работа на ключовия етап

За да не бъдем напълно неоснователни, нека се опитаме да изчислим режима на работа на каскадата на ключовете, чиято схема е показана на фигура 2.

Фигура 2

Задачата на тази каскада е много проста: включете и изключете електрическата крушка. Разбира се, натоварването може да бъде всичко - реле намотка, електрически мотор, само резистор, но никога не знаете какво. Крушката беше взета само за да стане ясен експериментът, за да се опрости. Нашата задача е малко по-сложна. Необходимо е да се изчисли стойността на резистора Rb в основната верига, така че крушката да изгаря в пълна топлина.

Такива крушки се използват за осветяване на таблото в домашните автомобили, така че намирането му е лесно. KT815 транзистор със колекционен ток от 1.5А е напълно подходящ за подобно преживяване.

Най-интересното в цялата тази история е, че напреженията не се вземат предвид при изчисленията, стига условието β ≥ Ic / Ib да е изпълнено. Следователно крушката може да бъде с работно напрежение 200V, а основната верига може да се управлява от микрочипове с захранващо напрежение 5V. Ако транзисторът е проектиран да работи с такова напрежение върху колектора, светлината ще мига без проблеми.

Но в нашия пример не се очакват микросхеми, основната верига се управлява просто от контакт, който просто доставя 5V. Електрическа крушка за напрежение 12V, консумационен ток 100mA. Приема се, че нашият транзистор има β точно 10. Спадът на напрежението в кръстовището на базовия емитер е Ube = 0.6V. Вижте входната характеристика на фигура 1.

При такива данни токът в основата трябва да бъде Ib = Ik / β = 100/10 = 10 (mA).

Напрежението в базовия резистор Rb ще бъде (минус напрежението в кръстовището на базовия емитер) 5V - Ube = 5V - 0.6V = 4.4V.

Припомняме закона на Ом: R = U / I = 4.4V / 0.01A = 440ohm. Според системата SI ние заместваме напрежението във волта, тока в ампери, резултатът е в ома. От стандартната серия избираме резистор със съпротивление 430 Ома. При това изчисление може да се счита за завършено.

Но който внимателно погледне веригата, може да попита: „Защо не каза нищо за резистора между основата и излъчвателя Rbe? Те просто забравиха за него или той наистина е необходим?

Целта на този резистор е надеждно затваряне на транзистора в момента, когато бутонът е отворен. Факт е, че ако основата „виси във въздуха“, ефектът от всякакви смущения върху нея е просто гарантиран, особено ако проводникът към бутона е достатъчно дълъг. Какво не е антената? Почти като приемник на детектор.

За надеждно затваряне на транзистора, за влизането му в режим на изключване е необходимо потенциалите на емитера и основата да са равни. Най-лесно би било да използвате комутационен контакт в нашата „тренировъчна схема“. Необходимо е да включите контакта на превключвателя на светлината до + 5V, а когато се наложи да изключите - просто затворете входа на цялата каскада до земята.

Но не винаги и не навсякъде може да се разреши лукс като допълнителен контакт. Следователно е по-лесно да се подравнят потенциалите на основата и емитера с резистора Rbe. Стойността на този резистор не е необходимо да се изчислява. Обикновено се взема равно на десет RB. Според практическите данни стойността му трябва да бъде 5 ... 10K.

Разгледаната схема е тип верига с общ емитер. Тук могат да се отбележат две характеристики. Първо, това е 5V като контролно напрежение. Именно това напрежение се използва, когато ключовият етап е свързан към цифрови схеми или, което вече е по-вероятно микроконтролери.

Второ, колекторният сигнал е обърнат по отношение на основния сигнал. Ако има напрежение в основата, контактът се затваря при + 5V, след това върху колектора пада до почти нула. Е, не до нула, разбира се, а до напрежението, посочено в директорията. В същото време крушката не е визуално обърната - има сигнал в основата, има светлина.

Инвертирането на входния сигнал се случва не само в режим на ключ на транзистора, но и в режим на усилване. Но това ще бъде разгледано в следващата част на статията.

Борис Аладишкин 

Послепис Преди да инсталирате във веригата, много често е необходимо да проверите транзисторите за работоспособност. Вижте как да го направите точно тук - Прост тест на транзисторите на практика.