1.2. Транзисторный ключ с общим эмиттером
Рис. 4. Транзисторный ключ с общим эмиттером:
а – принципиальная схема; б – выходные характеристики транзистора с нагрузочной прямой
Рис. 3. Сигналы на входе и выходе триггера в счетном режиме
Прежде, чем перейти к изучению работы непосредственно триггера, рассмотрим работу электронного ключа, построенного на биполярном n—p—n-транзисторе с коллекторным сопротивлением Rк и источником положительного напряжения Eк (рис. 4, а). Для анализа этой схемы рассмотрим семейство выходных вольт-амперных характеристик транзистора, включенного с общим эмиттером (ОЭ), iк(uкэ) (при iб = const), которые показаны на рисунке 4, б. На них обычно выделяют следующие области:
Область насыщения (0 < uкэ < 1 В) для схемы с ОЭ определена для положительных напряжений uкэ.
Мы будем считать, что в этой области
напряжение uкэ 0.Линейная (активная) область (iб > 0, uкэ > 1 В). Здесь транзистор можно рассматривать как источник коллекторного тока iк, управляемый базовым током iб. Инерционность транзистора учтем, вводя задержку в связь коллекторного и базового токов, то есть
Мы будем считать, что в этой области
напряжение uкэ 0.iк(t) iб(t – ), | (1) |
где – статический коэффициент передачи тока транзистора.
Область отсечки (iб< 0). Мы будем полагать, что в этой области коллекторный ток транзистора пренебрежимо мал, то есть iк 0.
Уравнение Кирхгофа для схемы на рисунке 4, а имеет вид
iкRк + uкэ = Eк
и при фиксированном токе базы транзистора iб
Перепишем это
уравнение в виде.
Левая часть этого уравнения описывает одну из ветвей ВАХ транзистора, а правая – нагрузочную прямую. Решением уравнения является точка пересечения этих двух зависимостей с координатами Uкэ и Iк, (точка b на рисунке 4, б). Эту точку называют рабочей точкой усилителя.
Рис. 5. Симметричный триггер на транзисторах
Простейший
симметричный RS-триггер
можно построить на основе двух одинаковых
транзисторных ключей с ОЭ (рис. 4, а),
соединенных коллекторно-базовыми
обратными связями, как это показано на
рисунке 5. Питание схемы осуществляется
от двух источников напряжения –
положительного коллекторного Eк и отрицательного базового –Eб.
Устойчивые состояния триггера
обеспечиваются наличием на характеристиках
транзистора области насыщения и области
отсечки (точки a и c на рисунке 4, б), в которых транзистор
не управляется базовым током.
В статическом режиме связь базовых и коллекторных токов транзисторов VT1 и VT2 определяется соотношением (1), которое удобнее записать в другом виде:
. | (2) |
Если напряжение
источника питания Eб существенно превышает падение напряжения
на прямосмещенном эмиттерном переходе
транзистора uбэ 0,7 В, этим напряжением
можно пренебречь и положить uбэ1 0 и uбэ2 0.
Тогда
. | (3) |
Запишем уравнение Кирхгофа для напряжений по контуру, включающему левые по схеме резисторы
.
Отсюда следует выражение для тока i1
. | (4) |
Пользуясь соотношениями (3) и (4), запишем выражение для базового тока транзистора VT2:
. | (5) |
Записывая аналогичное соотношение для базового тока транзистора VT1, а также учитывая связь коллекторных и базовых токов (2), получим систему уравнений для коллекторных токов обоих транзисторов:
(6) |
Введем разность коллекторных токов iк(t) = iк2(t) – iк1(t) и вычислим ее в момент времени (t + ), пользуясь уравнениями (6):
.
Считая задержку , которая определяет инерционность транзисторов, малой, разложим левую часть полученного выражения в ряд, ограничиваясь первой степенью . После несложных преобразований получим дифференциальное уравнение для iк(t)
,
решение которого имеет вид
. | (7) |
Ясно, что при выполнении условия
(8) |
решение (7)
неустойчиво. Это означает, что малейшее
изменение тока коллектора любого
транзистора будет усилено схемой и
вызовет лавинообразное изменение ее
состояния. Этот процесс будет продолжаться
до тех пор, пока оба транзистора не
выйдут из линейной области своих
вольт-амперных характеристик.
При этом
один транзистор окажется в области
отсечки, другой – в области насыщения
(рис. 4, б), а полученные нами уравнения
потеряют смысл, поскольку связь базового
и коллекторного токов транзистора (1)
справедлива только в линейной области
его ВАХ.
Параметры схемы выбираются таким образом, чтобы устойчивые состояния транзисторов достигались вне линейной области их ВАХ. Если в начальный момент времени приращение тока
. | (9) |
Учитывая, что при этом коллекторный ток второго транзистора iк2 пренебрежимо мал, из соотношений (5) и (9) получаем условие
,
которое определяет выбор сопротивления R:
. | (10) |
Закрытое состояние
транзистора VT2 (область
отсечки на рисунке 4, б) обеспечивается
наличием источника базового смещения
–Eб. Полагая
потенциал коллектора насыщенного
транзистора VT1 близким
к нулю, а базовый ток закрытого транзистора VT2 – равным обратному
току коллекторного перехода iб2 = – I
.
Решая полученную систему относительно тока i1, найдем потенциал базы закрытого транзистора VT2 относительно общего зажима, который для надежного запирания транзистора должен быть отрицательным:
. | (11) |
Отсюда еще одно условие для элементов схемы:
.
Выполнение условий
(8), (10) и (11) обеспечивает надежную работу
триггера, то есть устойчивость состояний,
соответствующих логической единице и
логическому нулю.
Напряжения на выходах
триггера u1 и u2 при этом принимают значения, близкие к
нулю и напряжению питания Eк.
Перевод триггера в противоположное
состояние можно осуществить, подав в
базу насыщенного транзистора импульс
отрицательной полярности, который
выведет этот транзистор из области
насыщения в линейную область его ВАХ.
При выполнении перечисленных условий
второй транзистор также выйдет из
области отсечки в линейную область, и
в схеме начнется лавинообразный процесс
изменения состояния на противоположное,
который будет продолжаться до тех пор,
пока транзисторы не выйдут из линейной
области: первый – в область отсечки, а
второй – в область насыщения. Таким
образом, состояние триггера изменится
на противоположное.
Завершая
анализ схемы триггера, приведенной на
рисунке 5, заметим, что при использовании
в ней кремниевых транзисторов можно
обойтись без источника напряжения
смещения Eб,
поскольку кремниевые транзисторы (в
отличие от германиевых) надежно запираются
при потенциале базы порядка 0,5 В.
Условия
(10) и (11), обеспечивающие нормальную
работу триггера, при этом упрощаются и
принимают вид
и обеспечиваются без особых проблем, поскольку обратный ток коллектора кремниевых транзисторов Iк0 достаточно мал (единицы или десятки микроампер).
Электронный ключ.
Опубликовано: 08/03/22
Универсальные электронные ключи DC/AC.
Данная схема управления ключами расширила возможности предыдущей версии. Обработка входного сигнала перенесена в низковольтную часть. Для согласования уровней входного сигнала и уровнями логических микросхем добавлен компаратор с установкой уровня срабатывания. Добавлен сигнал разрешения переключения транзисторов. Добавлена функция блокировки ложных срабатываний по переднему и заднему фронтам управляющего сигнала.
Электронные ключи Вы можете изготовить самостоятельно, используя схему и печатную плату проекта
в altium по данной ссылке или закажите готовое изделие.
Если используете
данную схему в разработках указывайте ссылки на первоисточник.
Компаратор определения уровня входящего сигнала.
Сигнал разрешения на включение транзистора.
Режим блокировки по подереднему и заднему фронту управляющего сигнала.
Генератор сигналов.
Реализована работа N-канальных транзисторов в верхнем и нижнем уровнях.
Гальваническая развязка между цепями управления и силовой частью.
Возможно использование ключей для коммутации цепей переменного тока.
Инверсия входного сигнала.
Встроен генертор сигналов до 2мHz с регулировкой длительности импульса и паузы.
Регулируемая задержка переднего фронта входного сигнала.
Генерация импульса заданной длительности по переднему фронту сигнала.
Предусмотрено подключение внешних IGBT сборок или транзисторов.
Через разъём IDC 10 предусмотрено подключение микроконтроллера.
Универсальные электронные ключи DC/AC.
Разработана схема управления ключами которая расширила возможности предыдущей версии. Добавлен внутренний генератор сиганлов с регулировкой длительности импульса и паузы. Доабавлена возможность установки бюджетного DC/DC преобразователя HLK-5D2412. Заменён драйвер управления транзистра на более быстрый по закрытию.
Схему управления Вы можете изготовить самостоятельно, используя схему и печатную плату проекта в altium
по данной ссылке или закажите готовое изделие.
Если используете схему в
разработках указывайте ссылки на первоисточник. В архиве gerbers.zip находятся файлы с трассировкой печатной платы.
Данный файл подготовлен для размещения на https://www.pcbway.ru/ по расценкам 5USD за 10 штук. Полная схема в
PDF формате.
Реализована работа N-канальных транзисторов в верхнем и нижнем уровнях.
Гальваническая развязка между цепями управления и силовой частью.
Возможно использование ключей для коммутации цепей переменного тока.
Инверсия входного сигнала.
Встроен генертор сигналов до 2мHz с регулировкой длительности импульса и паузы.
Регулируемая задержка переднего фронта входного сигнала.
Генерация импульса заданной длительности по переднему фронту сигнала.
Предусмотрено подключение внешних IGBT сборок или транзисторов.
Через разъём IDC 10 предусмотрено подключение микроконтроллера.
Опубликовано: 07/04/21
Электронные ключи DC/AC.
В основе устройства N-канальные полевые транзисторы либо IGBT.
Выполнена гальваническая развязка между цепями управления и силовой частью.
Реализована работа N-канальных транзисторов в верхнем ключе до 2KV.
Возможно использование ключей для коммутации цепей переменного тока.
Инверсия входного сигнала.
Регулируемая задержка переднего фронта входного сигнала.
Генерация импульса заданной длительности по переднему фронту сигнала.
Предусмотрено подключение внешних IGBT сборок или транзисторов.
Заземление схемы выполняется через крепёжные отверстия.
Предусмотрено подключение внешних радиаторов.
Через разъём IDC 10 предусмотрено подключение микроконтроллера.
Электронные ключи Вы можете изготовить самостоятельно, используя схему и печатную плату проекта в altium по данной ссылке или закажите готовое изделие. Если используете данную схему в разработках указывайте ссылки на первоисточник. В архиве gerbers.zip находятся файлы с трассировкой печатной платы. Данный файл подготовлен для размещения на https://www.pcbway.ru/ по расценкам 5USD за 10 штук.
Previous Next
Противопоказаний использовать в верхнем ключе транзисторы N-типа не существует.
Но Вы должны
обеспечить чтобы напряжение срабатывания на затворе было выше напряжения на стоке. Как правило
за Вас эту работу делает драйвер верхнего ключа.
Питание драйвера TC4452 выполнено от преобразователя с гальванической развязкой от исходного напряжения. «Минус» полученного напряжения 12 вольт соединён с истоком транзистора через резистор с нулевым сопротивлением по схеме. В результате на затворе управляющее напряжение будет всегда выше напряжения стока, это значит, что в процессе работы транзистор будет открыт либо закрыт полностью.
В итоге Вы получаете драйвер верхнего ключа на транзисторе N-типа использование
которого ограничено напряжением гальванической изоляции преобразователя.
Преимуществом является более высокое быстродействие транзисторов N-типа и
низкое сопротивление канала сток-исток чему у аналогичных транзистороы P-типа.
Электронные ключи Вы можете изготовить самостоятельно, используя схему и печатную плату, загрузив проект altium по данной ссылке или закажите готовое изделие. Если используете данную схему в разработках указывайте ссылки на первоисточник.
Previous Next
Если у Вас нет необходимости работать с цепями переменного тока и перед Вами не стоит задача
предотвратить возврат ОЭДС в истчник питания, один транзистор можно не ставить. В этом случае
выходы на плате исток и сток транзистора следует перемкнуть перемычкой.
Драйвер управления тиристорами и транзисторами.
Данная схема является продолжением работы над драйвером управления транзисторами и дополнена функционалом необходимым для включения и выключения тиристоров в цепях постоянного и переменного тока без привзяки к фазе питающего напряжения. Схема и разводка печатной платы доступна по данной ссылке .
Previous Next
Принципиальная схема.
В основе устройства N-канальные полевые транзисторы либо IGBT.
Выполнена гальваническая развязка между цепями управления и силовой частью.
Установлен разъём IDC10 для подключения к микроконтроллеру. Выбор порта осуществляется установкой соответсвующей перемычки.
Реализована работа N-канальных транзисторов в верхнем ключе до 2KV.
Возможно использование ключей для коммутации цепей переменного тока.
Предусмотрено подключение внешних IGBT сборок или транзисторов.
Инверсия входного сигнала.
Регулируемая задержка переднего фронта сигнала.
По переднему фронту формируется импульс заданной длительности.
Генерация коротких импульсов с настраиваемыми длительностью импульса и паузами между ними.
Управление тиристорами.
Использование тиристоров в качестве ключей позволяет управлять силовой нагрузкой значительной мощности, превосходящей возможности большинства транзисторов. Для использования тиристоров в качестве силовых ключей в цепях постоянного и переменного тока прорабатывается схемотехника управления тиристорами.
Если замкнуть катод и анод тиристора, то ток идущий через тиристор снижается до величины меньшей Iвыкл, в результате тиристор закроется. Если снять напряжение с управляющего электрода тиристора, замкнуть ключ соединяющий анод и катод, то после размыкания ключа тиристор будет заперт, ток через него течь не будет.
По спаду управляющего сигнала, формируется импульс запирающий
тиристор через замыкание катода и анода тиристора
— красный луч.
Замыкание анода и катода реализовано
через транзисторную пару включенную по схеме
нечувствительной к полярности источника питания нагрузки.
На осциллограмме ниже показано как соотносится изменение напряжения на нагрузке - синий луч, к управляющему сигналу — жёлтый луч. Сигнал закрытия транзистора формируется по спаду управляющего сигнала, на осциллограмме курсором показано время в течение которого должен быть замкнут катод и анод тиристора для гарантированного закрытия тиристора. Соответственно схема формирующая управляющий сигнал должна учитывать это время.
Тиристор допускает прохождение тока только в одном направлении, поэтому для работы в цепи переменного тока требуется два тиристора включенных встречно.
Включение тириситора осуществлялось подачей напряжения на его управляющий электрод
с импульсного трансформатора B82804A0264A210.
При длительности импульса более пятнадцати
микросекунд данный импульсный трансформатор греется и после выходит из строя.
По итогам тестирования индуктивных нагрузок в резонансе времени включения в 10 мкс недостаточно, поэтому в итоговой версии драйвера было принято решение вместо импульсного трансформатора использовать ферритовое кольцо с намотанными на нем 50 витками провода UTP с размещением его непосредственно на управляющем электроде тиристора.
Данная техника работы с тиристорами на стадии тестирования, поэтому для полноценной работы
с тиристорами требуется две схемы драйвера. Первый на включение с формированием импульса по
переднему фронту на включение и второй с генерацией аналогичного импульса инвертированного
входного сигнала на выключение. Установка транзисторов на включение через импульсный трансформатор
не требуется.
Достаточно токов драйвера.
На видео демонстрируется работоспособность схемы в цепи постоянного тока — включение и выключение лампы накаливания 12V и управление нагрузкой в сети 220V с переменным напряжением. На частотах вплоть до 20кГц и работе на нагрузку в 150 ватт нагрев силовых электронных компонентов отсутствует.
Заметки на будущее:
В случае ёмкостной или активной нагрузки рассматриваемая схемотехника включения и выключения тиристоров работает идеально. С индуктивной нагрузкой, если та ещё и в резонансе — сложности. Трудно добиться стабильной работы. Частично помогает снаббер. Гарантированному включению тиристора способствует генерация коротких импульсов. Но в любом случае нужна обратная связь.
Радует что при ошибках оператора вылетают пробки, а не полупроводниковый прибор как это гарантированно случается с транзисторами не зависимо от цены.
Универсальные электронные ключи DC/AC.
В основе устройства N-канальные полевые транзисторы либо IGBT.
Выполнена гальваническая развязка между цепями управления и силовой частью.
Реализована работа N-канальных транзисторов в верхнем ключе до 2KV.
Возможно использование ключей для коммутации цепей переменного тока.
Предусмотрено подключение внешних IGBT сборок или транзисторов.
Заземление схемы выполняется через крепёжные отверстия.
Возможно подключение внешних радиаторов.
Плата 85*42мм на двустороннем текстолите FR4 2мм, толщина фольги 105 мкм.
Электронные ключи Вы можете изготовить самостоятельно, используя схему и печатную плату, загрузив проект diptrace по данной ссылке или закажите готовое изделие. Если используете данную схему в разработках указывайте ссылки на первоисточник.
Противопоказаний использовать в верхнем ключе транзисторы N-типа не существует. Но Вы должны обеспечить чтобы напряжение срабатывания на затворе было выше напряжения на стоке. Как правило за Вас эту работу делает драйвер верхнего ключа.
Питание драйвера TC4452 выполнено от преобразователя с гальванической развязкой
от исходного напряжения.
«Минус» полученного напряжения 12 вольт соединён с истоком
транзистора через резистор с нулевым сопротивлением по схеме. В результате на затворе
управляющее напряжение будет всегда выше напряжения стока, это значит, что в процессе
работы транзистор будет открыт либо закрыт полностью.
В итоге Вы получаете драйвер верхнего ключа на транзисторе N-типа использование которого ограничено напряжением гальванической изоляции преобразователя. Преимуществом является более высокое быстродействие транзисторов N-типа и низкое сопротивление канала сток-исток чему у аналогичных транзистороы P-типа.
Для приложений может быть критична задержка в распространении сигнала. На осциллограмме далее
показана задержка между сигналом с генератора на входе схемы (жёлтый луч) и затвором транзистора (синий луч).
Задержка формируется оптроном
ACPL-W70L-000E
и драйвером управления транзистором
TC4452VAT
и составляет около 100ns.
В демонстрационном видеоролике показана работа схемы в управлении транзисторными модулями BSM100GB60DLC в цепи переменного тока 220V, но требуется дополнительная установка параллельно внутренним диодам транзисторов внешних, соответсвующей мощности.
Если у Вас нет необходимости работать с цепями переменного тока и перед Вами не стоит задача
предотвратить возврат ОЭДС в истчник питания, один транзистор можно не ставить. В этом случае
выходы на плате исток и сток транзистора следует перемкнуть перемычкой.
| # | Элемент | Номинал | Кол-во |
|---|---|---|---|
| 1 | С1,C3,C5 | 0,1 uF | 2 |
| 2 | C2,C4 | 100 uF | 2 |
| 3 | D1,D3 | IDD03SG60C | 2 |
| 4 | D2 | MBRAF3200T3G | 1 |
| 5 | HS1,HS2 | SK29-38s | 2 |
| 6 | J1-J4 | TBH-1×2/5/ | 4 |
| 7 | Q1,Q2 | IPW60R080P7 | 2 |
| 8 | R1 | 10 om | 1 |
| 9 | R2 | 530 om | 1 |
| 10 | R3,R4 | 10 k | 2 |
| 11 | R5 | Zero om | 1 |
| 12 | U1 | TMR 3-2412WI | 1 |
| 13 | U2 | L78L05 | 1 |
| 14 | U3 | TC4452VAT | 1 |
| 15 | VO1 | ACPL-W70L | 1 |
- ← Older
- Newer →
Tinkoff: 5536 9141 6900 6230
energy4all@inbox.
ru
Буду признателен за поддержку!
- PIC32MZ
- NB-IoT модем
- Форт
- PIC18F46K22
- ARM Renesas
- Универсальные DC/AC ключи
- Индукционный нагрев.
переключателей — Могу ли я переключить npn-транзистор с помощью 12 В
Задать вопрос
спросил
Изменено 4 года, 9 месяцев назад
Просмотрено 6к раз
\$\начало группы\$
Я хочу включить 5В, когда переключатель подключен к 12В. Я использовал реле для этого, но мне интересно, могу ли я использовать NPN-транзистор или что-то подобное, что дешевле и меньше, чем реле.
Это логика, к которой я стремлюсь:
Версия 2:
- транзисторы
- переключатели
- реле
- 12В
- 5В
\$\конечная группа\$
3
\$\начало группы\$
Да, вы можете:
смоделировать эту схему – Схема создана с помощью CircuitLab
Некоторые соображения: чем излучатель. Если вы используете 12 В, у вас не должно возникнуть проблем с этим
. Транзисторы NPN (и PNP) выглядят как диод от базы к эмиттеру. Если вы попытаетесь управлять им без какого-либо ограничения тока, транзистор будет разрушен. В приведенной ниже схеме R1 ограничивает базовый ток примерно до 1/10 от того, что может протекать через нагрузочный резистор, надежно переводя транзистор в режим насыщения. Это означает, что транзистор открыт настолько, насколько это возможно, поэтому на нем будет лишь небольшое падение напряжения (~ 0,3 В).
\$\конечная группа\$
8
\$\начало группы\$
Конечно можно, просто поищите на e-bay 12V Enchancment транзистор. Мофсет-транзистор: 1) Enchancment: больше VBase больше I между источником и стоком 2) Развертывание: больше VBase меньше тока между истоком и стоком https://www.ebay.it/itm/IRLR3802PBF-Transistor-N-MOSFET-unipolare-HEXFET-logic-level-12V-84A-88W-TO-252/322342748233?hash=item4b0d200049:g:cRgAAOSwCGVX7X7k
\$\конечная группа\$
Зарегистрируйтесь или войдите в систему
Зарегистрируйтесь с помощью Google
Зарегистрироваться через Facebook
Зарегистрируйтесь, используя электронную почту и пароль
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Опубликовать как гость
Электронная почта
Требуется, но не отображается
Нажимая «Опубликовать свой ответ», вы соглашаетесь с нашими условиями обслуживания, политикой конфиденциальности и политикой использования файлов cookie
.
переключателей — схема NPN для переключения нагрузки 12 В 1 А постоянного тока на 3,3 В 1 А постоянного тока с использованием PIR
спросил
Изменено 6 лет, 8 месяцев назад
Просмотрено 13 тысяч раз
\$\начало группы\$
Я пытаюсь включить цепь с датчиком движения PIR.
У меня есть ИК-модуль, который выдает 3,3 В 1 А постоянного тока при обнаружении движения. Я хочу включить цепь, рассчитанную на 12 В 1 А постоянного тока. Я читал несколько статей о том, что мы можем использовать NPN-транзистор для включения нагрузки.
Но я не могу определить номинал транзистора и, при необходимости, резисторы.
Может кто-нибудь, пожалуйста, помогите.
Полная электрическая схема будет очень полезна.
С уважением
- Не новичок, но еще учусь *
- переключатели
- нпн
- пир
\$\конечная группа\$
4
\$\начало группы\$
На схемах показаны два разных способа переключения нагрузки.
Первый использует транзисторы NPN, соединенные по схеме Дарлингтона, в качестве переключателя нижнего плеча. Преимуществом этой простой схемы является высокий коэффициент усиления по току и высокий выходной ток.
Когда выходное напряжение PIR превышает 1,2 В (падение 2 x Vbe), транзисторы включаются, и через нагрузку протекает ток. Если нагрузка индуктивная (катушка реле, двигатель), добавьте диод на нагрузку, чтобы предотвратить повреждение от обратной ЭДС (отрицательный всплеск напряжения при отключении тока нагрузки).
Вторая схема показывает MOSFET-переключатель p-канала верхней стороны. В этом случае, когда выход PIR становится высоким, он включает T1, который переводит затвор Q2 в низкий уровень, включая MOSFET. Эта схема имеет то преимущество, что одна сторона нагрузки подключена к земле. Опять же, если нагрузка индуктивная, добавьте к ней диод.
Существует множество транзисторов и полевых МОП-транзисторов подходящего номинала, которыми можно заменить показанные. Вы можете составить собственную пару Дарлингтона, используя отдельные транзисторы (например, 2N39).04 + 2N4922 (средней мощности))
Просто для полноты картины;
Можно использовать переключатель N-канала нижнего уровня или PNP-переключатель верхнего уровня.
\$\конечная группа\$
7
\$\начало группы\$
Вы можете использовать два транзистора, один npn и один pnp.
