Транзисторные ключи. Схема, принцип работы
При работе со сложными схемами полезным является использование различных технических хитростей, которые позволяют добиться поставленной цели малыми усилиями. Одной из них является создание транзисторных ключей. Чем они являются? Зачем их стоит создавать? Почему их ещё называют «электронные ключи»? Какие особенности данного процесса есть и на что следует обращать внимание?
На чем делаются транзисторные ключи
Они выполняются с использованием полевых или биполярных транзисторов. Первые дополнительно делятся на МДП и ключи, которые имеют управляющий р–n-переход. Среди биполярных различают не/насыщенные. Транзисторный ключ 12 Вольт сможет удовлетворить основные запросы со стороны радиолюбителя.
Статический режим работы
В нём проводится анализ закрытого и открытого состояния ключа. В первом на входе находится низкий уровень напряжения, который обозначает сигнал логического нуля. При таком режиме оба перехода находятся в обратном направлении (получается отсечка). А на коллекторный ток может повлиять только тепловой. В открытом состоянии на входе ключа находится высокий уровень напряжения, соответствующий сигналу логической единицы. Возможной является работа в двух режимах одновременно. Такое функционирование может быть в области насыщения или линейной области выходной характеристики. На них мы остановимся детальнее.
Насыщение ключа
В таких случаях переходы транзистора являются смещенными в прямом направлении. Поэтому, если изменится ток базы, то значение на коллекторе не поменяется. В кремниевых транзисторах для получения смещения необходимо примерно 0,8 В, тогда как для германиевых напряжение колеблется в рамках 0,2-0,4 В. А как вообще достигается насыщение ключа? Для этого увеличивается ток базы. Но всё имеет свои пределы, равно как и увеличение насыщения. Так, при достижении определённого значения тока, оно прекращает увеличиться. А зачем проводить насыщение ключа? Есть специальный коэффициент, что отображает положение дел. С его увеличением возрастает нагрузочная способность, которую имеют транзисторные ключи, дестабилизирующие факторы начинают влиять с меньшей силой, но происходит ухудшение быстродействия. Поэтому значение коэффициента насыщения выбирают из компромиссных соображений, ориентируясь по задаче, которую необходимо будет выполнить.
Недостатки ненасыщенного ключа
А что будет, если не было достигнуто оптимальное значение? Тогда появятся такие недостатки:
- Напряжение открытого ключа упадёт потеряет примерно до 0,5 В.
- Ухудшится помехоустойчивость. Это объясняется возросшим входным сопротивлением, что наблюдается в ключах, когда они в открытом состоянии. Поэтому помехи вроде скачков напряжения будут приводить и к изменению параметров транзисторов.
- Насыщенный ключ обладает значительной температурной стабильностью.
Как видите, данный процесс всё же лучше проводить, чтобы в конечном итоге получить более совершенное устройство.
Быстродействие
Этот параметр зависит от максимальной допустимой частоты, когда может осуществляться переключение сигналов. Это в свою очередь зависит от длительности переходного процесса, что определяется инерционностью транзистора, а также влиянием паразитных параметров. Для характеристики быстродействия логического элемента часто указывают среднее время, которое происходит при задержке сигнала, при его передаче в транзисторный ключ. Схема, отображающая его, обычно именно такой усреднённый диапазон отклика и показывает.
Взаимодействие с другими ключами
Для этого используются элементы связи. Так, если первый ключ на выходе имеет высокий уровень напряжения, то на входе второго происходит открытие и работает в заданном режиме. И наоборот. Такая цепь связи существенно влияет на переходные процессы, что возникают во время переключения и быстродействия ключей. Вот как работает транзисторный ключ. Наиболее распространёнными являются схемы, в которых взаимодействие совершается только между двумя транзисторами. Но это вовсе не значит, что это нельзя сделать устройством, в котором будет применяться три, четыре или даже большее число элементов. Но на практике такому сложно бывает найти применение, поэтому работа транзисторного ключа такого типа и не используется.
Что выбрать
С чем лучше работать? Давайте представим, что у нас есть простой транзисторный ключ, напряжение питания которого составляет 0,5 В. Тогда с использованием осциллографа можно будет зафиксировать все изменения. Если ток коллектора выставить в размере 0,5мА, то напряжение упадёт на 40 мВ (на базе будет примерно 0,8 В). По меркам задачи можно сказать, что это довольно значительное отклонение, которое накладывает ограничение на использование в целых рядах схем, к примеру, в коммутаторах аналоговых сигналов. Поэтому в них применяются специальные полевые транзисторы, где есть управляющий р–n-переход. Их преимущества над биполярными собратьями такие:
- Незначительное значение остаточного напряжения на ключе в состоянии проводки.
- Высокое сопротивление и, как результат – малый ток, что протекает по закрытому элементу.
- Потребляется малая мощность, поэтому не нужен значительный источник управляющего напряжения.
- Можно коммутировать электрические сигналы низкого уровня, которые составляют единицы микровольт.
Транзисторный ключ реле – вот идеальное применение для полевых. Конечно, это сообщение здесь размещено исключительно для того, чтобы читатели имели представление об их применении. Немного знаний и смекалки – и возможностей реализаций, в которых есть транзисторные ключи, будет придумано великое множество.
Пример работы
Давайте рассмотрим более детально, как функционирует простой транзисторный ключ. Коммутируемый сигнал передаётся с одного входа и снимается с другого выхода. Чтобы запереть ключ, на затвор транзистора используют подачу напряжения, которое превышает значения истока и стока на величину, большую в 2-3 В. Но при этом следует соблюдать осторожность и не выходить за пределы допустимого диапазона. Когда ключ закрыт, то его сопротивление относительно большое – превышает 10 Ом. Такое значение получается благодаря тому, что дополнительно влияет ещё и ток обратного смещения p-n перехода. В этом же состоянии емкость между цепью переключаемого сигнала и управляющим электродом колеблется в диапазоне 3-30 пФ. А теперь откроем транзисторный ключ. Схема и практика покажут, что тогда напряжение управляющего электрода будет близиться к нулю, и сильно зависит от сопротивления нагрузки и коммутируемой характеристики напряжения. Это обусловлено целой системой взаимодействий затвора, стока и истока транзистора. Это создаёт определённые проблемы для работы в режиме прерывателя.
В качестве решения данной проблемы были разработаны различные схемы, которые обеспечивают стабилизацию напряжения, что протекает между каналом и затвором. Причем благодаря физическим свойствам в таком качестве может использоваться даже диод. Для этого его следует включить в прямое направление запирающего напряжения. Если будет создаваться необходимая ситуация, то диод закроется, а р-n-переход откроется. Чтобы при изменении коммутируемого напряжения он оставался открытым, и сопротивление его канала не менялось, между истоком и входом ключа можно включить высокоомный резистор. А наличие конденсатора значительно ускорит процесс перезарядки емкостей.
Расчет транзисторного ключа
Для понимания привожу пример расчета, можете подставить свои данные:
1) Коллектор-эмиттер – 45 В. Общая рассеиваемая мощность — 500 mw. Коллектор-эмиттер – 0,2 В. Граничная частота работы – 100 мГц. База-эмиттер – 0,9 В. Коллекторный ток – 100 мА. Статистический коэффициент передачи тока – 200.
2) Резистор для тока 60 мА: 5-1,35-0,2 = 3,45.
3) Номинал сопротивления коллектора: 3,45\0,06=57,5 Ом.
4) Для удобства берём номинал в 62 Ом: 3,45\62=0,0556 мА.
5) Считаем ток базы: 56\200=0,28 мА (0,00028 А).
6) Сколько будет на резисторе базы: 5 – 0,9 = 4,1В.
7) Определяем сопротивление резистора базы: 4,1\0,00028 = 14,642,9 Ом.
Заключение
И напоследок про название «электронные ключи». Дело в том, что состояние меняется под действием тока. А что он собой представляет? Верно, совокупность электронных зарядов. От этого и происходит второе название. Вот в целом и все. Как видите, принцип работы и схема устройства транзисторных ключей не является чем-то сложным, поэтому разобраться в этом – дело посильное. Следует заметить, что даже автору данной статьи для освежения собственной памяти потребовалось немного попользоваться справочной литературой. Поэтому при возникновении вопросов к терминологии предлагаю вспомнить о наличии технических словарей и проводить поиск новой информации про транзисторные ключи именно там.
Транзисторные ключи: схема, принцип работы и особенности ::
Изготовление ключа на полевом транзисторе
Собрать такую простую схему можно и навесным монтажом, но я решил изготовить миниатюрную печатную плату с помощью лазерно-утюжной технологии (ЛУТ). Порядок действий, следующий:
1) Вырезаем кусок текстолита, подходящий под размеры рисунка печатной платы, зачищаем его мелкой наждачной бумагой и обезжириваем спиртом или растворителем.
2) На специальной термотрансферной бумаге печатаем рисунок печатной платы. Можно использовать глянцевую бумагу из журналов или кальку. Плотность тонера на принтере следует выставить максимальную.
3) Переносим рисунок с бумаги на текстолит, используя утюг. При этом следует контролировать, чтобы бумажка с рисунком не смещалась относительно текстолита. Время нагрева зависит от температуры утюга и лежит в пределах 30 – 90 секунд.
4) В итоге на текстолите появляется рисунок дорожек в зеркальном отображении. Если тонер местами плохо прилип к будущей плате, можно подправить огрехи в помощью женского лака для ногтей.
5) Далее, кладём текстолит травиться. Существует множество способов изготовить раствор для травления, я пользуюсь смесью лимонной кислоты, соли и перекиси водорода.
После травления плата приобретает такой вид:
6) Затем необходимо удалить тонер с текстолита, проще всего это сделать с помощью жидкости для снятия лака для ногтей. Можно использовать ацетон и другие подобные растворители, я применил нефтяной сольвент.
7) Дело за малым – теперь осталось просверлить отверстия в нужных местах и залудить плату. После этого она приобретает такой вид:
Плата готова к запаиванию в неё деталей. Потребуются всего два резистора и транзистор.
На плате имеются два контакта для подачи на них управляющего напряжения, два контакта для подключения источника, питающего нагрузку, и два контакта для подключения самой нагрузки. Плата со впаянными деталями выглядит вот так:
В качестве нагрузки для проверки работы схемы я взял два мощных резистора по 100 Ом, включенных параллельно.
Использовать устройство я планирую в связке с датчиком влажности (плата на заднем плане). Именно с него на схему ключа поступает управляющее напряжение 12 вольт. Испытания показали, что транзисторный ключ прекрасно работает, подавая напряжение на нагрузку.
Схема
Схема ключа на полевого транзистора представлена ниже:
Резистор R1 в ней является токоограничивающим, он нужен для того, чтобы уменьшить ток, потребляемый затвором в момент открытия, без него транзистор может выйти из строя. Номинал этого резистора можно спокойно изменять в широких пределах, от 10 до 100 Ом, это не скажется на работе схемы.
Резистор R2 подтягивает затвор к истоку, тем самым уравнивая их потенциалы тогда, когда на затвор не подаётся напряжение. Без него затвор останется «висеть в воздухе» и транзистор не сможет гарантированно закрыться. Номинал этого резистора также можно менять в широких пределах – от 1 до 10 кОм.
Транзистор Т1 – полевой N-канальный транзистор. Его нужно выбирать исходя из мощности, потребляемой нагрузкой и величины управляющего напряжения. Если оно меньше 7-ти вольт, следует взять так называемый «логический» полевой транзистор, который надёжно открывает от напряжения 3.3 – 5 вольт.
Их можно найти на материнских платах компьютеров. Если управляющее напряжение лежит в пределах 7-15 вольт, можно взять «обычный» полевой транзистор, например, IRF630, IRF730, IRF540 или любые другие аналогичные. При этом следует обратить внимание на такую характеристику, как сопротивление открытого канала.
Транзисторы не идеальны, и даже в открытом состоянии сопротивление перехода Сток – Исток не равно нулю. Чаще всего оно составляет сотые доли Ома, что совершенно не критично при коммутации нагрузки небольшой мощности, но весьма существенно при больших токах.
«N» на схеме – какая-либо нагрузка.
Недостатком ключа на транзисторе является то, что он может работать только в цепях постоянного тока, ведь ток идёт только от Стока к Истоку.
Электронные ключи и простейшие формирователи импульсов
Ключи на биполярных транзисторах: схемы, диаграммы, принцип работы
Транзисторный ключ является основным элементом устройств цифровой электроники и очень многих устройств силовой электроники. Параметры и характеристики транзисторного ключа в очень большой степени определяют свойства соответствующих схем. Качественное улучшение параметров и характеристик транзисторных ключей приводит к радикальному улучшению электронных устройств и часто сопровождается пересмотром использующихся схемотехнических решений.
Орлов Анатолий Владимирович
Начальник службы РЗиА Новгородских электрических сетей
Задать вопрос
Знание основных особенностей транзисторного ключа является обязательным условием при разработке импульсных силовых устройств. Эти знания оказывают существенную помощь и при конструировании устройств информативной электроники.
Изобразим схему простейшего ключа на биполярном транзисторе, включенном по схеме с общим эмиттером, и соответствующую временную диаграмму входного напряжения (рис. 3.7) уменьшает напряжение между коллектором и эмиттером, что уменьшает мощность, выделяющуюся в выходной цепи транзистора, но это уменьшение практически прекращается при qнac = 3; чрезмерное увеличение тока базы приводит к заметному увеличению мощности, выделяемой во входной цепи транзистора.
Васильев Дмитрий Петрович
Профессор электротехники СПбГПУ
Задать вопрос
Кроме этих соображений, относящихся к установившемуся режиму, учитывают влияние величины тока базы на длительность переходных процессов. Чем больше ток базы, тем быстрее включается (т. е. входит в режим насыщения) транзисторный ключ, но длительность переходного процесса выключения транзистора при этом увеличивается. Подробнее эти вопросы рассматриваются ниже. Часто величину qнаc выбирают из диапазона 1,5 … 2. Изобразим временные диаграммы, соответствующие процессу включения (рис. 3.8).
Через uбэ.порог обозначено пороговое напряжение между базой и эмиттером, которое соответствует некоторому малому значению тока базы.
Например, считают, что напряжение uбэ.порог соответствует току базы, в 10 раз меньшему тока iб.нас.мин. Через iк.порог обозначен ток коллектора, соответствующий напряжению uбэ.порог. Интервал t1…t2 называют интервалом задержки включения, интервал t2….t3 — интервалом формирования фронта, а интервал t3…t4 — интервалом накопления заряда. Разность t3 − t1 называют временем включения.
Абрамян Евгений Павлович
Доцент кафедры электротехники СПбГПУ
Задать вопрос
Длительность интервала формирования фронта определяется током базы, током насыщения коллектора iк.нас, величиной β транзистора, а также временем жизни неосновных носителей в базе.
На интервале задержки включения изменяются напряжения на эмиттерном и коллекторном переходах, и поэтому изменяются объемные нескомпенсированные заряды в области этих переходов. Это находит отражение в том, что возникают токи электродов транзистора. Но ток коллектора на рассматриваемом интервале мал.
Указанное явление изменения зарядов условно называют перезарядом барьерных емкостей эмиттерного и коллекторного переходов. Однако не следует забывать, что барьерные емкости, как и диффузионные, являются по определению дифференциальными емкостями. Поэтому к термину «перезаряд» следует относиться с осторожностью.
Например, если напряжение между базой и эмиттером равно нулю, это не означает, что некомпенсированный заряд в области эмиттерного перехода равен нулю (а заряд «обычной» емкости равен нулю при нулевом напряжении). К концу интервала задержки напряжение между базой и эмиттером увеличивается до значения uбэ.парог.
На интервале формирования фронта токи электродов транзистора являются значительными. В начале этого интервала продолжается изменение напряжения на эмиттерном переходе. В течение всего интервала изменяется напряжение на коллекторном переходе.
Абрамян Евгений Павлович
Доцент кафедры электротехники СПбГПУ
Задать вопрос
Это вызывает изменение соответствующих нескомпенсированных объемных зарядов. На интервале формирования фронта, кроме этого, происходит накопление неравновесных носителей электричества в базе транзистора. Это условно называют процессом накопления неосновных носителей.
Но следует учитывать, что заряд неосновных носителей практически мгновенно компенсируется зарядом основных носителей. Подробнее этот вопрос рассмотрен при изучении полупроводникового диода и явления диэлектрической релаксации (релаксации Максвелла). Чем больше коэффициент насыщения, тем меньше длительность фронта tф.
На интервале накопления заряда продолжается накопление неравновесных носителей электричества. При этом напряжение uкэнезначительно уменьшается, а ток коллектора незначительно увеличивается.
Изобразим временные диаграммы, иллюстрирующие процесс выключения (рис. 3.9).
На рис. 3.9 введены следующие обозначения интервалов времени:
t1 … t2 — рассасывания заряда;
t2 … t3 — формирования спада;
t3 … t4 — установления.
Разность t3 − t1 называют временем выключения. На интервале рассасывания ток базы отрицательный и ограничивается резистором Rб. Если пренебречь напряжением uбэ, то iб = − U2 / Rб
На этом интервале происходит уменьшение концентрации неравновесных носителей электричества, и к концу интервала транзистор выходит из режима насыщения. Чем больше коэффициент насыщения, тем больше время рассасывания tpac. Чем больше по модулю ток iб, тем меньше время рассасывания.
На интервале форсирования спада продолжается уменьшение концентрации неравновесных носителей, ток iк значительно уменьшается, а напряжение на коллекторном переходе и напряжение uкэ
значительно возрастает. Изменение напряжения на коллекторном переходе приводит к изменению объемных нескомпенсированых зарядов в области этого перехода (говорят, что барьерная коллекторная емкость перезаряжается).
На интервале установления напряжение uбэ изменяется от величины uбэ.порог до −U2. При этом изменяются нескомпенсированные объемные заряды переходов транзистора.
После момента времени t3ток коллектора становится равным току базы, эмиттерный переход смещается в обратном направлении, ток базы быстро уменьшается по модулю и становится нулевым.
Количественный анализ динамических режимов транзисторных ключей настоятельно рекомендуется выполнить с помощью пакетов программ для машинного анализа электронных схем (Micro-Cap V и др.). Эти пакеты программ позволяют анализировать переходные процессы при самых сложных входных сигналах.
Васильев Дмитрий Петрович
Профессор электротехники СПбГПУ
Задать вопрос
Ранее для расчета переходных процессов в транзисторных ключах применялись упрощенные методики, предполагающие к тому же использование простых входных сигналов. В настоящее время эти методики рекомендуются применять только в учебных целях.
Из изложенного следует, что время включения ключа можно уменьшить, увеличивая отпирающий ток базы. В то же время увеличивать коэффициент насыщения нежелательно, так как это удлиняет время выключения. Аналогично время выключения можно уменьшить, увеличивая запирающий (отрицательный) ток базы.
Представим схему транзисторного ключа с форсирующим конденсатором, который увеличивает положительную и отрицательную амплитуды тока базы и тем самым повышает быстродействие (рис. 3.10). Работу ключа поясняют временные диаграммы. Подобные схемы широко используются на практике.
Лабораторная работа 18 Исследование работы транзисторных ключей
10.2. ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧИ
10.2. ЭЛЕКТРОННЫЕ КЛЮЧИ Общие сведения. Электронный ключ это устройство, которое может находиться в одном из двух устойчивых состояний: замкнутом или разомкнутом. Переход из одного состояния в другое в
ПодробнееЦифровые и импульсные устройства
Электроника и МПТ Цифровые и импульсные устройства Импульсные устройства устройства, предназначенные для генерирования, формирования, преобразования и неискаженной передачи импульсных сигналов (импульсов).
ПодробнееОдновибраторы на дискретных элементах.
11.3. ОДНОВИБРАТОРЫ Одновибраторы используются для получения прямоугольных импульсов напряжения большой длительности (от десятков микросекунд до сотен миллисекунд), в качестве устройств задержки, делителей
Триггеры, одновибраторы, мультивибраторы
КЫРГЫЗСКО-РОССИЙСКИЙ СЛАВЯНСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ЕСТЕСТВЕННО-ТЕХНИЧЕСКИЙ ФАКУЛЬТЕТ Кафедра физических процессов горного производства П.И. ПАХОМОВ Триггеры, одновибраторы, мультивибраторы Методическое руководство
Подробнее11.2. МУЛЬТИВИБРАТОРЫ
11.2. МУЛЬТИВИБРАТОРЫ Мультивибраторы применяются для генерирования прямоугольных импульсов в тех случаях, когда нет жестких требований к их длительности и частоте повторения. Мультивибраторы на дискретных
Задания для индивидуальной работы
Министерство науки и образования РФ САМАРСКИЙ ГОСУДАРСТВЕННЫЙ АЭРОКОСМИЧЕСКИЙ УНИВЕРСИТЕТ ИМЕНИ АКАДЕМИКА С.П. КОРОЛЕВА Кафедра «Радиотехнические устройства» Задания для индивидуальной работы Методические
ПодробнееЛекция 29. БАЗОВЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ
97 Лекция 9. БАЗОВЫЕ ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ План. Элементы транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ).. Элементы КМОП-логики. 3. Основные параметры логических элементов. 4. Выводы.. Элементы транзисторно-транзисторной
2.2. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
2.2. БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ Средняя область транзистора называется базой, одна крайняя область эмиттером (Э), а другая коллектором (К). Обычно концентрация примесей в эмиттере больше, чем в коллекторе.
ПодробнееЛекция 3 БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
21 Лекция 3 БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ План 1. Устройство и принцип действия биполярного транзистора 3. Вольт-амперные характеристики биполярных транзисторов 3. Мощные биполярные транзисторы 4. Выводы 1. Устройство
Рис. 2 Модуль «Транзисторы»
Глава 2 Исследование полевого и биполярного транзисторов Цель проведения работ Знание устройств, изучение характеристик и параметров электронных полупроводниковых приборов: полевых и биполярных транзисторов.
Подробнее8. Интегральные логические элементы
8. Интегральные логические элементы Введение В логических элементах биполярные транзисторы могут использоваться в трёх режимах: режим отсечки оба p-n перехода транзистора закрыты, режим насыщения оба p-n
Биполярный транзистор.
Конспект 04 1 Биполярный транзистор. Транзисторы бывают биполярные (приборы, управляемые током) и полевые (приборы, управляемые напряжением). В основу биполярного транзистора положены два p-n перехода.
Подробнее2.4. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
2.4. ПОЛЕВЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ Полевой транзистор (ПТ) это полупроводниковый прибор, усилительные свойства которого обусловлены потоком основных носителей заряда одного знака, протекающим через проводящий канал,
Подробнее1.1 Усилители мощности (выходные каскады)
Лекция 9 Тема 9 Выходные каскады 1.1 Усилители мощности (выходные каскады) Каскады усиления мощности обычно являются выходными (оконечными) каскадами, к которым подключается внешняя нагрузка, и предназначены
ПодробнееЛабораторная работа 1
Лабораторная работа 1 «Исследование работы транзисторного мультивибратора» Цель работы : Произвести расчет транзисторного мультивибратора на биполярных транзисторах» Цели занятия: 1.Развивающая Развитие
ПодробнееИсточник: И.П. Степаненко, «Основы микроэлектроники», Лаборатория базовых знаний, 2003
Источник: И.П. Степаненко, «Основы микроэлектроники», Лаборатория базовых знаний, 2003 Реализация элементарных логических функций. Основные логические элементы: НЕ, И, И-НЕ, ИЛИ, ИЛИ-НЕ Таблица истинности:
ПодробнееБИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ Транзистор — это полупроводниковый преобразовательный прибор, имеющий не менее трёх выводов и способный усиливать мощность. Классификация транзисторов По материалу полупроводника
ПодробнееЛекция 9 СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ
84 Лекция 9 СТАБИЛИЗАТОРЫ НАПРЯЖЕНИЯ План 1. Введение 2. Параметрические стабилизаторы 3. Компенсационные стабилизаторы 4. Интегральные стабилизаторы напряжения 5. Выводы 1. Введение Для работы электронных
ПодробнееХарактеристики операционного усилителя
ГУАП ОТЧЕТ ЗАЩИЩЕН С ОЦЕНКОЙ ПРЕПОДАВАТЕЛЬ должность, уч. степень, звание подпись, дата инициалы, фамилия ОТЧЕТ О ЛАБОРАТОРНОЙ РАБОТЕ Характеристики операционного усилителя по курсу: ЭЛЕКТРОНИКА РАБОТУ
ПодробнееБИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ
БИПОЛЯРНЫЕ ТРАНЗИСТОРЫ Биполярный транзистор прибор, состоящий из трех полупроводниковых областей с чередующимся типом проводимости (np-n или p-n-p) с двумя p n-переходами, пригодный для усиления, генерации
idt sin tdt 0,32I T R R R R
Лабораторная работа 1 Выпрямитель переменного тока Цель: изучение работы однополупериодного и двухполупериодного выпрямителей и их характеристик. Выпрямителем называется устройство для преобразования напряжения
ПодробнееЛабораторная работа 3
Лабораторная работа 3 Определение статических — параметров биполярных транзисторов по характеристикам Цель работы: Научиться работать со справочными материалами и определять статические параметры транзистора
Пример решения задачи 1.
Введение Методические указания предназначены для студентов-заочников электрических и неэлектрических специальностей при изучении электроники по курсу «ЭОЭиМПТ», часть 2. Требования к контрольной работе:
ПодробнееЛекция 4 МОП-ТРАНЗИСТОРЫ
29 Лекция 4 МОП-ТРАНЗИСТОРЫ План 1. Классификация полевых транзисторов 2. МОП-транзисторы 4. Конструкция и характеристики мощных МОП-транзисторов 4. Биполярные транзисторы с изолированным затвором 5. Выводы
Изучение работы полевого транзистора
ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА Изучение работы полевого транзистора Цель работы: ознакомиться с принципами работы полевого транзистора, построить стоковые характеристики транзистора. Краткие теоретические сведения
Подробнее1.1 Усилители мощности (выходные каскады)
Лекция 7 Тема: Специальные усилители 1.1 Усилители мощности (выходные каскады) Каскады усиления мощности обычно являются выходными (оконечными) каскадами, к которым подключается внешняя нагрузка, и предназначены
Рисунок 1 Частотная характеристика УПТ
Лекция 8 Тема 8 Специальные усилители Усилители постоянного тока Усилителями постоянного тока (УПТ) или усилителями медленно изменяющихся сигналов называются усилители, которые способны усиливать электрические
ПодробнееГлава 5. Дифференциальные усилители
Глава 5. Дифференциальные усилители 5. Дифференциальные усилители Дифференциальный усилитель это симметричный усилитель с двумя входами и двумя выходами, использующийся для усиления разности напряжений
Транзисторный ключ — Большая Энциклопедия Нефти и Газа, статья, страница 1
Транзисторный ключ
Cтраница 1
Транзисторные ключи работают в режимах мгновенного отключения тока, ограничения тока и в режиме плавного регулирования тока и напряжения. [1]
Транзисторный ключ, особенности которого подробно рассматривались в гл. При этом в усилителе на транзисторе типа р-п — р имеет место ограничение по минимуму, а на транзисторе типа п-р — п — ограничение по максимуму. [2]
Транзисторный ключ предназначен для коммутации постоянных напряжений до 50 В. Прибор имеет два независимых канала, каждый из которых содержит оптоэлектронную пару, состоящую из арсенидгаллиевого светодиода и кремниевого n — p — t — n — фототран-зистора. [4]
Транзисторный ключ, используемый в качестве модулятора ( см. рис. 83), может служить и демодулятором. [6]
Транзисторные ключи находят широкое применение в различных электронных устройствах: измерительных усилителях для коммутации сигналов, в силовых преобразователях частоты и др. Во всех этих применениях транзистор попеременно переводится из режима насыщения в режим отсечки и обратно. В связи с этим очень важным является скорость переключения такого ключа, которая обычно характеризуется временем переключения или максимальной частотой коммутации. [8]
Транзисторный ключ, а также транзисторные логические элементы могут использоваться в качестве ограничителей, имеющих два порога ограничения. Первый порог ( ограничение снизу) определяется уровнем входного напряжения мвх, при котором транзистор закрыт, а второй ( ограничение сверху) — уровнем wBX, при котором транзистор открыт. Усилитель-ограничитель в режиме двустороннего ограничения часто применяется для формирования из синусоидального напряжения импульсов с крутыми фронтами. [9]
Транзисторный ключ на биполярном транзисторе представляет собой усилитель ( см. гл. [11]
Транзисторный ключ ( рис. 3.1) собран на транзисторе КТ 847 А, С / л 5 В; RK 1 Ом; R6 20 Ом; R 5 Ом; Еб — 1 В. Определить значения С / вх, при которых транзистор работает в режимах отсечки, насыщения и в активном режиме. [12]
Транзисторный ключ ( рис. 3.1) собран на транзисторе 2Т 860 A. Определить значения ЕС, при которых транзистор работает в режимах отсечки, насыщения и в активном режиме. [13]
Транзисторный ключ предназначен для коммутации постоянных напряжений до 50 В. [15]
Страницы: 1 2 3 4 5
Транзисторный ключ.
Электроника Транзисторный ключ.
просмотров — 440
Основными элементами электронных ключей является транзистор, работающий в ключевом режиме. Как правило, транзистор включается по схеме с ОЭ. Эта схема обладает большим коэффициентом передачи управляющего сигнала, а так же большим входным и малым выходным сопротивлением, что облегчает согласование ключа с источником сигнала и нагрузкой.
Схема включения транзистора в ключевом режиме внешне не отличается от схемы включения в усилительном режиме. Разница только в параметрах элементов схемы, обеспечивающих режим работы (рис.2.58).
Рис.2.58. Схема включения транзистора в ключевом режиме.
Во время работы транзистор может находиться в одном из трех состояний – закрытом, открытом и активном.
Транзистор закрыт, если к его эмиттерному переходу приложено запирающее напряжение. Для p–n–p типа транзистора это нулевой или отрицательный потенциал на базе по отношению к эмиттеру. Через закрытый транзистор протекает только тепловой ток обратно смещенных p–n переходов Iк обр. Рабочая точка транзистора находится в области отсечки.
Uвых=Uкэ= Eпит — Iк обр. Ru Eпит
Величина Iк обр мала и сильно зависит от . Важно заметить, что для снижения величины UR= Iк обр. Ru и зависимости выходных параметров от величину Ru стремятся уменьшить, обеспечив условие Iк обр. Ru<< Eпит.
Для открытия транзистора (включение электронного ключа) на базу крайне важно подать положительный потенциал такой величины, чтобы рабочие токи перешли в область насыщения, то есть выполнялось условие Iб= Uвх/Rб=Iб нас.
При этом напряжение на коллекторе транзистора будет равно:
Uвых=Uкэ нас
Эта величина составляет 0,2….0,6 для германиевых транзисторов и 0,4….0,8 для кремниевых. При этом через транзистор и Rк протекает максимальный ток:
На величину Rк накладывает ограничение максимально допустимый ток коллектора:
Величина крайне важного базового тока определяется из соотношения:
Временные диаграммы, поясняющие принцип работы транзисторного ключа приведены на рис.2.59.
Рис.2.59. Временные диаграммы, поясняющие принцип работы транзисторного ключа.
Величина длительности фронтов может быть приближенно определена из соотношения:
τ= τ+(1+)кэRк,
где τ — высокочастотный параметр транзистора; — коэффициент передачи тока базы транзистора; кэ=1,6…2,1Скэ – среднее значение выходной емкости транзистора; Rк – величина коллекторного резистора.
На основе транзисторного ключа строят различные функциональные узлы, такие как мультивибраторы, генераторы линейно – изменяющегося напряжения и т.д.
Рассмотрим построение и принцип работы наиболее распространенных в автомобильной электронике устройств.
Читайте также
Ключевое устройство (ключ) служит для переключения цепей нагрузки под воздействием внешних управляющих сигналов и работает в двух режимах: включенном или выключенном. В качестве ключей могут использоваться механические выключатели, электромагнитные реле и… [читать подробенее]
Основными элементами электронных ключей является транзистор, работающий в ключевом режиме. Как правило, транзистор включается по схеме с ОЭ. Эта схема обладает большим коэффициентом передачи управляющего сигнала, а так же большим входным и малым выходным сопротивлением,… [читать подробенее]
Основными элементами электронных ключей является транзистор, работающий в ключевом режиме. Как правило, транзистор включается по схеме с ОЭ. Эта схема обладает большим коэффициентом передачи управляющего сигнала, а так же большим входным и малым выходным сопротивлением,… [читать подробенее]
4 Основы построения логических схем
Глава 2. Основы построения логических схем
§ 2.1 Импульсные сигналы: основные определения и терминология
В настоящее время в системах радио и проводной связи, в телевидении, радиолокации, в электронных вычислительных машинах и в других областях радиоэлектроники широко используются импульсные устройства. Напряжения и токи в таких устройствах имеют характер импульсов и перепадов.
Электрическим импульсом называют напряжение (ток), отличающееся от постоянного уровня U0в течение короткого промежутка времени (в частности, может быть U0= 0). Понятие «короткий промежуток времени» является условным. Часто под этим понимают время, соизмеримое с длительностью переходных процессов в рассматриваемом устройстве. На рис. 2.1.1 показана одна из возможных форм импульсного напряжения:
Рис. 2.1.1
Наибольшее отклонение напряжения Umот исходного уровня Uо называется амплитудой (высотой) импульса.
Участок импульса, на котором происходит отклонение напряжения от исходного уровня, называется фронтом, а участок импульса, где напряжение возвращается к исходному уровню — спадом (срезом). В реальном импульсе, когда бывает трудно точно указать границы фронта и спада, их длительности tф и tс отсчитывают между определенными уровнями напряжения Umи Um. Величина может быть различной. Обычно ее выбирают равной 0,05 или 0,1.
Длительность импульса tиможет измеряться на разных уровнях. Длительность импульса, отсчитываемая на уровне Um, называется длительностью импульса по основанию, а на уровне Um— длительностью импульса по вершине. Иногда длительность импульса определяется на уровне 0,5 от амплитудного значения. На рис. 2.1.1 указана длительность импульса по основанию.
Рекомендуемые файлы
Техническое задание
Инженерия требований и спецификация программного обеспечения
FREE
Маран Программная инженерия
Программаня инженерия
FREE
Заполненные лабы 2,3,5,6,7,8,9,10,14,15
Материаловедение
FREE
4 типовик(В ФОРМАТЕ DOCX) (570,24 Kb)
Физика
FREE
Сопр 4дз
Сопротивление материалов
Лабораторные работы №1,2,7,8,9,11,12 4 и 420 вариант
Безопасность жизнедеятельности (БЖД и ГРОБ)
Изменение напряжения на вершине импульса называется неравномерностью (завалом) вершины.
Если импульсы следуют один за другим через равные промежутки времени, то в этом случае говорят о периодической последовательности импульсов с периодом Т.
Число импульсов, следующих в течение одной секунды, называется частотой повторения импульсов F. Частота повторения, обратная периоду повторения импульсов, равна
F = 1/T. (1)
Периодическую последовательность импульсов обычно характеризуют коэффициентом заполнения или скважностью. Коэффициент заполнения — это отношение длительности импульса к периоду его повторения:
= tи /T. (2)
Скважностью импульсов называют отношение интервала между импульсами (скважины) к длительности самого импульса:
= (T — tи )/ tи . (3)
Если длительность импульса много меньше периода повторения, то скважность можно приближенно выразить через коэффициент заполнения:
1/ (4)
Импульсы могут иметь различную форму. Наибольшее распространение получили импульсы прямоугольной (трапецеидальной), треугольной и колоколообразной формы (рис. 2.1.2). Название форм является в значительной мере условным.
Прямоугольными (рис. 2.1.2, а) принято называть импульсы, у которых длительности фронта и спада меньше 1/10 длительности импульса. Если фронт или спад превышает эту величину, то импульсы называют трапецеидальными.
У треугольных импульсов длительность вершины равна нулю. Широкое распространение получили треугольные импульсы с коротким фронтом
(tф 0) — остроконечные импульсы (рис. 2.1.2, б), а также импульсы, у которых напряжение (ток) на фронте или спаде изменяется по линейному закону — пилообразные импульсы (рис. 2.1.2, в).
Колоколообразные импульсы получили свое название благодаря специфической форме, напоминающей колокол (рис. 2.1.2, г).
Диапазон длительностей импульсов, с которыми приходится иметь дело в современной технике, достаточно велик и лежит в пределах от наносекунд (1 нc = 10-9 с) до миллисекунд (1 мс = 10-3 с) и более. Частота повторения может быть от единицы герц до сотен мегагерц.
Перепадами напряжения называют быстрые, практически скачкообразные изменения напряжения между двумя уровнями. Если в результате перепада напряжение изменяется от более низкого уровня к более высокому, то такой перепад называют положительным и, наоборот, если напряжение изменяется от более высокого уровня к более низкому, — отрицательным. Также определяются и перепады тока. На рис. 2.1.3, а, б показаны соответственно положительный и отрицательный перепады напряжения.
Разность уровней напряжения (тока) до и после перепада Umназывают величиной (амплитудой) перепада, а время изменения напряжения (тока) от одного уровня до другого — длительностью фронта перепада: t — длительностью фронта положительного перепада, t — длительностью фронта отрицательного перепада.
Рис. 2.1.2 Рис. 2.1.3
Периодически повторяющиеся положительные и отрицательные перепады напряжения образуют напряжение прямоугольной формы. В частном случае, когда перепады следуют через равные промежутки времени (рис. 2.1.4), напряжение прямоугольной формы называется меандром.
Рис. 2.1.4
При формировании электрических импульсов и перепадов диоды, электронные лампы и транзисторы в схемах обычно работают в ключевом режиме. Ключевой режим характеризуется двумя состояниями этих приборов: «включено» — «выключено». Простейшие устройства, в которых осуществляется ключевой режим, называются ключевыми схемами (или коротко ключами).
В общем виде идеализированная схема ключа и график ее выходного напряжения приведены на рис. 2.1.5:
Рис. 2.1.5
В положении «включено», когда контакты К замкнуты, можно, пренебрегая сопротивлением контактов, считать выходное напряжение равным нулю. В положении «выключено», когда контакты К разомкнуты, при отсутствии нагрузки ток i не протекает, падение напряжения uRна резисторе R равно нулю и, следовательно, напряжение на выходе определяется напряжением источника питания Е. Изменение напряжения на выходе при размыкании контактов происходит скачком. Рассмотренный режим работы ключа является идеальным. Мощность, рассеиваемая на коммутирующем приборе К этого ключа, равна нулю: при прохождении тока в положении «включено» равно нулю выходное напряжение, а в положении «выключено» при ивых= Е равен нулю ток.
В реальных ключах, когда в качестве коммутирующего устройства применяют полупроводниковый прибор или электронную лампу, уровни выходного напряжения, соответствующие состояниям «включено» и «выключено», зависят от типа коммутирующего прибора и переход из состояния «включено» в состояние «выключено» происходит не мгновенно, а в течение некоторого времени, обусловленного инерционными свойствами этого прибора и паразитными емкостями схемы. Это приводит к тому, что в реальных ключах мощность, рассеиваемая на коммутирующем приборе, отлична от нуля. Чем больше остаточное напряжение на нем в положении «включено» и чем больше время перехода ключа из положения «включено» в положение «выключено», тем больше рассеиваемая мощность. Уменьшение мощности рассеивания является первостепенной задачей для ключевой схемы, так как при этом уменьшается выделяемое ключом тепло, благодаря чему повышается надежность его работы и становится возможным увеличить плотность монтажа и уменьшить габариты аппаратуры, не прибегая к специальным мерам для отвода тепла.
§ 2.2 Ключи на биполярных транзисторах
Простейшим цифровым устройством, имеющим самое широкое применение в цифровой электронике, являются транзисторные ключи.
Их назначение: усилитель мощности для импульсных сигналов. И дополнительно — согласователи сопротивлений или элемент, реализующий логическую операцию НЕ.
В общем виде ключ может быть представлен одной из следующих схем:
Где: — элемент нагрузки ключа, в качестве которого обычно выступает либо активное сопротивление, либо полевой транзистор.
— регулирующий элемент, в качестве которого может выступать либо биполярный транзистор, либо полевой транзистор. Общим для них является то, что транзисторы обязаны работать в ключевом режиме.
Рассмотрим основные схемы построения ключей на биполярных транзисторах:
А) Схема с ОЭ:
— для германиевых структур.
— для кремниевых.
Биполярный транзистор:
Если > 0, то благодаря возникновению ≠ 0, согласно основного уровня, обязаны возникнуть и . При этом , — статический коэффициент передачи тока для схемы с ОЭ. Тогда графическое соотношение между входным и выходным напряжениями следующее:
Для диодов Шотки: 0,10,15 В.
Когда появится ток базы, обязаны появиться и , и .
Разность потенциалов, которая появится здесь — это падение напряжения на сопротивлении.
Или это величина (если ее провести через ):
Эти режимы транзистора являются основой для построения ключей.
Как видно из диаграмм, если принять во внимание, что логической единице соответствует высокий уровень, а логическому минимуму – низкий, то данный ключ является инвертирующим, т.е дополнительно реализует логическую операцию НЕ (инвертор).
Ключи с ОЭ находят широкое применение для управления элементами индикации и коммутационными устройствами, а также в качестве преобразователей логических уровней.
Другое широкое применение ключа – получение входного устройства, со входным сопротивлением .
Б) Схема с ОК:
Источник ЭДС и источник тока различаются внутренним сопротивлением.
У источника тока .
Рассмотрим работу такого ключа графически:
Обязан появиться , но его появление приведет к появлению .
Но если учесть, что , то данное устройство осуществляет усиление мощности сигнала при практически неизменной амплитуде выходного сигнала относительно входного. Поэтому такое устройство часто называют эммитерным повторителем.
Ключ является неинвертирующим (видно из диаграмм, т.е. логическая единица равна логической единице на выходе). Данный тип ключей используют в тех случаях, когда необходимо построить импульсное устройство с большим входным сопротивлением, поскольку:
В) Схема с ОБ:
Рассмотрим работу такого ключа графически:
Если пренебреч , то , поэтому .
Данное устройство часто используется в тех случаях, когда необходимо согласование с низкоомной линией со стороны приемника. Поскольку , а его можно сделать низкоомным или вообще убрать. С другой стороны устройство позволяет осуществить переход от одного уровня сигнала к другому. От к ( на входе отрицательный, на выходе — положительный сигнал). Как правило для этих целей ключ и используется.
Т.о. применение каждого из рассмотренных выше ключей определяется заданными значениями входного сопротивления, выходного сопротивления, полярностью входных и выходных сигналов, необходимостью реализации инверсии (т.е. операции НЕ).
Применительно к цифровым устройствам более часто применяются ключи с ОЭ.
§ 2.3 Переходные процессы в ключах с ОЭ
Исходными данными для анализа таких ключей является следующее:
1) ,min
Заданные значения минимального входного напряжения, достигнув которое ключ полностью открывается (режим насыщения).
2) ,min
Минимальное значение выходного напряжения, в режиме когда ключ находится в насыщении.
3)
минимальные потери выходного напряжения, когда ключ в режиме отсечки.
4) Максимальное быстродействие ключа.
Первые три параметра удовлетворяются за счет расчета номиналов сопротивления базы и сопротивления нагрузки.
Алгоритм такого расчета:
Входная характеристика ключа с ОЭ следующая:
Для выполнения условия 2 рабочая точка – левая.
Как видно из графика, ключевой режим соответствует двум крайним областям работы транзистора. В идеальном случае в рабочей области он находиться не должен.
,min достигается тогда, когда максимальный ток поступает в базу, или путем увеличения , чтобы уменьшить наклон линии нагрузки. Но увеличение приводит к росту , которое равно . Поэтому при расчете транзисторного ключа выбирают такое значение , чтобы по максимуму удовлетворить условие 2 и 3.
Выбор транзисторного элемента ключа завершен.
Для удовлетворения условия 1 надо выполнить расчет из следующих соотношений:
Закон Ома:
Этот ток будет обеспечен значением:
=>
Откуда
Таким образом, должно быть не более этого значения.
Результат условия 4 достигается общим увеличением быстродействия ключа, который напрямую зависит от заряда, накапливаемого в базе.
Рассмотрим причину снижения быстродействия с помощью следующих временных диаграмм:
При t → ∞,
Достигнув некоторого значения 1, мы достигнем
Т.о. воздействие на ключ импульсного сигнала приводит к появлению трёх времён, которые ограничивают быстродействие ключа:
1) – длительность фронта, ограничивает .
2) , которое удлиняет время нахождения ключа в насыщении.
3) , которое так же ограничивает частоту воздействия импульсного сигнала.
Таким образом, чтобы увеличить быстродействие ключа и сделать его идеальным, необходимо свести к нулю эти три времени, ограничивающие быстродействие ключа.
Для сведения к минимуму трёх времён: , , , в цифровой электронике используют три основных приёма:
1) Использование в базе ускоряющих емкостей:
Действительно, если подать в базу ток вида:
то ток быстро зарядит базу, а ток наоборот, приведёт к минимуму времени рассасывания заряда в базе.
При этом если подобрать значение , равное такому значению тока коллектора , при котором транзистор недонасыщен, то избыточный заряд в базе накапливаться не будет.
Данный достаточно простой приём сложно реализовать интегрально. Поэтому для увеличения быстродействия ключей, часто используют схемы с диодом в цепи обратной связи.
2) Ключ с ускоряющим диодом:
Основная идея заключается в следующем: при подаче импульса (т.е. ), диод закрыт и весь ток идёт в базу, что обеспечивает быстрое насыщение транзистора. По мере падения наступает момент, когда диод открывается, и весь ток, создаваемый , течёт через него практически минуя базу.
Дальнейший принцип ускорения ключа аналогичен предыдущему.
(до открывания D). Потом диод откроется, и:
3) Ключ с диодами Шоттки:
Это полупроводник, где одним из граничных является метал (т.е. одна область – металл, а вторая – полупроводник n- или p- типа).
Отсутствие приграничного слоя => нет барьерной ёмкости.
Это очень быстродействующие диоды (ВАХ – как у обычного диода, но насыщение ~ 0,1В). Использование этих диодов в обратной связи транзисторного ключа автоматически исключает . В результате получаем следующее:
При таком подходе так же автоматически исключается избыточное накопление зарядов в базе.
Логические элементы с диодами Шоттки являются самыми быстродействующими логическими элементами для схем с однополярным питанием.
§2.4 Логические элементы на рыле и переключателях. Резисторно-транзисторная логика (РТЛ)
Построение первых вычислительных систем на базе логических элементов промышленно было освоено в середине сороковых годов прошлого столетия. Они строились в полном соответствии с основными законами Булевой алгебры, где в качестве переключаемых устройств были задействованы рыле и переключатели.
Физический эквивалент двоичной переменной для таких устройств следующий:
+ Е – логическая «1»;
0 – логический «0».
Построим функциональную систему логических элементов.
Система функциональных логических элементов полностью замкнулась.
После применения рыле и переключателей естественным стал вопрос о переходе на более компактные и быстродействующие устройства. В качестве такого устройства стали использовать изобретённый в 1847 году полупроводниковый транзистор. На его базе появилась резисторно-транзисторная логика. Базовым элементом такой логики является следующий элемент:
Составим таблицу истинности такого устройства, предполагая, что напряжения переводят ключ в насыщение.
Y | ||
0 0 1 1 | 0 1* 0 1 | 1 0 0 0 |
Транзистор в насыщении
(ИЛИ-НЕ)
(Перевод транзистора в глубокое насыщение).
Т.о. построен элемент ИЛИ-НЕ для любого количества входных переменных, который образует функционально – полную систему логических элементов, т.е. с помощью него можно в полном объёме реализовать Булеву алгебру. Что и привело к созданию ЭВМ на базе транзисторов. К сожалению, такие элементы сложно реализовать в интегральном исполнении и существенным их недостатком является влияние одной переменной на другие, что не позволяет создавать быстродействующие устройства.
§2.5 Логические элементы диодно-транзисторной логики (ДТЛ). Логические элементы транзисторно-транзисторной логики (ТТЛ)
А) Следующим шагом в плане размещения логических элементов на кристаллах и увеличения их быстродействия является создание диодно-транзисторной логики (ДТЛ). В результате этой работы появились два базовых элемента данной логики:
Принцип действия полностью аналогичен принципу действия РТЛ – логики.
Преимущество – все элементы можно изготовить интегральным способом. Влияние одной переменной на другую полностью исключено.
Как видно из рисунка, реализуется функция:
, т.е. ИЛИ – НЕ
Второй базовый элемент:
Составим таблицу истинности для двух переменных:
И – НЕ
Если заземлить хотя бы один вход (например Х1), то весь ток пойдёт обратно.
В данном случае принцип работы транзистора принципиально иной. Если к диодам ничего не подключать или подать логическую единицу, то они закрыты и ток открывает до насыщения транзистора. В результате Y = 0.
Если на любой из диодов подать логический 0, то диод откроется и весь ток пойдёт через него, т.е. =0, и транзистор окажется в режиме отсечки, т.е. Y = 1.
Таким образом, в рамках ДТЛ была решена задача создания сразу двух логических элементов, каждый из которых образует функционально-полную систему таких элементов, что существенно увеличило степень интеграции, компактность и эффективность создания цифровых устройств и увеличило быстродействие.
Б) Транзисторно-транзисторная логика (ТТЛ).
Базовый элемент диодно-транзисторной логики И-НЕ послужил основой для создания нового перспективного направления в развитии логических элементов – ТТЛ. В настоящее время это одни из основных типов логики, используемых в цифровой электронике. Основу для её построения составляют многоэмиттерные транзисторы, работающие в режиме переключателя токов:
Рассмотрим принцип действия такого логического элемента:
1) Пусть все = «1», тогда базовые переходы обратно смещенные, и следовательно весь ток поступает на , значит в режиме насыщения. А это значит, что Y= «0»
2) Пусть любой из выходов = «0» (т.е. заземлен), следовательно весь ток пойдет через прямо-смещенный базовый переход. В результате транзистор в режиме отсечки. А это эквивалентно: Y = «1».
Исходя из этих двух условий данный элемент выполняет логическую операцию И-НЕ. Т.о. для ТТЛ логики основным логическим элементом является элемент И-НЕ.
Примечание: из логики работы следует, что если ко входу никакого сигнала не подаётся, то это эквивалентно логической «1» на входе элемента.
§2.6 Элементы ТТЛ с разными выходными каскадами
В процессе развития ТТЛ был разработан целый набор элементов, предназначенный для решения конкретных задач в цифровой электронике. Общим для них является наличие многоэмиттерного транзистора на входе, а отличаются они различными типами выходных каскадов:
А) Элемент с открытым коллектором:
Используется для элементов индикации, элементов коммуникации, для создания общих шин вычислительных систем (монтажное ИЛИ). Для функционирования элемента коллектор соединяется через внешние связи с +Е. Например, элемент индикации:
Возьмем два элемента:
В этом случае любой из транзисторов, переводимый в режим насыщения, приводит к логическому «0» в линии (=> ИЛИ).
Б) Элементы со сложным выходным каскадом:
Обеспечивают существенное преимущество по отношению к базовому элементу, поскольку исключают работу выходных транзисторов в линейном режиме (т.е. в момент переключения с одного уровня на другой потребления тока минимальны).
Принцип работы:
1) Все — «1» (т.е. в режиме насыщения).
В результате ток потечет как показано на рисунке. => — в режиме насыщения, а — в режиме отсечки (напряжение базы на ниже, чем напряжение эмиттера на ) => Y= «0».
2) Любой (т.е. в режиме отсечки, в него не идет ток).
=> — в режиме насыщения, а — в режиме отсечки, значит Y= «1».
Т.о. общая логика работы не изменилась, а транзисторы и по мощности достаточны, чтобы работать на приемлемую нагрузку.
Диод нужен для того, чтобы исключить ситуации, когда транзисторы и одновременно находятся в режиме насыщения.
В) Элементы с тремя состояниями на выходе:
Расширители по ИЛИ.
В настоящее время часто используются в микропроцессорной и вычислительной технике. С их помощью формируются шины вычислительных устройств (путем перевода Y входа в третье, высокоимпедансное или z-состояние). Перевод осуществляется с помощью цепочки:
При Z = «0» весь ток будет направлен во «Вход Z – состояния» и транзисторы и всегда будут в режиме отсечки, что эквивалентно высокому сопротивлению Y-выхода. Графически такие элементы имеют следующее изображение:
в обычном ТТЛ-режиме.
С помощью таких элементов создаются устройства, которые называются шинными формирователями. С их помощью можно менять направление передачи данных.
Шинный формирователь:
Пусть Z = 0, то 2 – в -состоянии, а 1 – в ТТЛ-состоянии. Т.е. передача идет от А к В.
Пусть Z = 1, то 1 – в -состоянии, а 2 – в ТТЛ-состоянии. Передача идет от В к А.
Расширители по ИЛИ: создаются, если к точкам А и В подключить следующий элемент:
В результате такого подключения получаем следующее логическое устройство:
§2.7 Ключи на полевых транзисторах
Важным направлением развития цифровой электроники является создание логических элементов на базе полевых структур. Для этих целей были использованы следующие структуры:
Металл – Окисел – Полупроводник (МОП). МОП – структура, представляет собой следующее:
Если = 0, то положительные заряды будут находиться в этом положении и между стоком и истоком отсутствует канал .
сток-исток – появление канала, ширина которого зависит от приложенного напряжения, следовательно появляется . Такая структура обладает важным преимуществом управления каналом не с помощью тока, а с помощью напряжения, а значит энергопотребления минимальны.
Недостаток: образующийся канал имеет достаточно высокое омическое сопротивление канала. В ранних структурах оно порядка единиц КОм, в современных – десятки сотни Ом. Эти особенности вносят и особенности в работу ключей, созданных на таких структурах. Рассмотрим эти особенности на примере данного полевого транзистора с резистивной нагрузкой:
Выходная характеристика транзистора:
Из рисунка: выходные характеристики имеют две качественно разных области:
I – триодная область. Если взять → мало.
II – пентодная; → велико.
Нагрузочная характеристика: как видно из линии нагрузки, вторая особенность в зависимости от напряжения на затворе осуществляется переход из пентодной области в триодную (напряжение из точки А в точку В). При этом напряжение открытого ключа к нулю свести практически не возможно, т.е. если данный ключ использовать в логических схемах, то надо подбирать транзисторы с такими выходными характеристиками, чтобы напряжение открытого ключа было меньше, чем максимальное допустимое значение уровня логического нуля.
Чтобы устранить данные недостатки, существует два основных приема:
1) Ключ с динамической нагрузкой:
Рассмотрим принцип его работы с помощью комбинированных выходных характеристик:
Качественный анализ выходных характеристик (см. стрелки) указывает на то, что с ростом напряжения на входе ключа транзистор из высокоомного состояния переходит в низкоомное (переход А → В). С другой стороны более резкое изменение переводит второй транзистор из триодной области в пентодную (наоборот), что эквивалентно резкому росту нагрузки . Тем самым, доводя выходное напряжение открытого ключа практически до нуля.
Второе преимущество: когда , сопротивление — мало (триодная область) (т. В’), что обеспечивает хорошую нагрузочную способность.
В-третьих, такой ключ оптимально технологичен для интегрального исполнения.
2) Ключ на комплиментарных парах (КМОП-технология):
В данном ключе используется два транзистора с разными типами канала, => рост входного напряжения открывает транзистор , и автоматически уменьшает канал транзистора , и наоборот. В результате такой симметрии получается идеальная переходная характеристика:
Использование КМОП-структур приводит к идеальной характеристике (благодаря симметрии).
Область 1 – область, где один из транзисторов имеет не бесконечно большое внутреннее сопротивление. В т. А сопротивления каналов обоих транзисторов равны.
Таким образом, такая структура полностью устраняет недостатки всех предыдущих ключей, и как видно из графика, только в области 1 потребляет ток от источника ЭДС.
Так как и (на графике) => интегральные схемы, собранные по КМОП-технологии, обладают наивысшим энергосбережением.
Единственный недостаток таких устройств – меньшее быстродействие по отношению к ТТЛ-структурам.
§ 2.8 Базовые элементы КМОП-логики
Российские эквиваленты:
К 176, К 561, К 564.
В качестве базовых элементов здесь используются следующие (рассмотрим на примере двухвходовых):
Рассмотрим логику работы такой структуры на примере таблицы истинности, при условии, что:
Логическая «1» → +E B
Логический «0» → О B
Примечание | |||
0 0 1 1 | 0 1 0 1 | 1 0 0 0 | ,- заперт; ,- открыт ,- заперт; — открыт ,- заперт; — открыт ,- открыт; ,- заперт |
Как видно из таблицы, реализуется логическая операция ИЛИ – НЕ.
Элемент И-НЕ:
В рамках серии КМОП-структур, оказалось удачным и создание другого базового элемента (элемента И-НЕ).
Рассмотрим его схемотехнику на примере двух входных элементов:
Построим таблицу истинности для данного логического элемента:
| Примечание | ||
0 0 1 1 | 0 1 0 1 | 1 1 1 0 | ,- закрыты; ,- открыты ,- закрыты; — открыты — закрыты; ,- открыты , — открыты; ,- закрыты |
Лекция «31 Электрохимические процессы» также может быть Вам полезна.
Как видно из таблицы, действительно => И-НЕ.
Транзисторкак переключатель
Все мы знаем, что транзистор имеет 4 режима работы, в которых обычно используются активная, отсечка и насыщенность. Транзистор работает в активной области, когда он работает как усилитель. Когда транзистор работает как переключатель, он работает в областях отсечки и насыщения. В состоянии отсечки соединения эмиттерной базы и коллекторной базы имеют обратное смещение. Но в области насыщения оба перехода смещены вперед. Переключатель — очень полезное и важное применение транзисторов.В большинстве цифровых ИС транзисторы будут работать как переключатель, чтобы снизить энергопотребление. Это также очень полезная схема для любителей электроники, поскольку ее можно использовать в качестве драйвера, инвертора и т. Д.
Транзистор как переключатель Принципиальная схемаИз приведенной выше схемы мы можем видеть, что управляющий вход Vin подается на базу через токоограничивающий резистор Rb, а Rc — резистор коллектора, который ограничивает ток через транзистор. В большинстве случаев выход снимается с коллектора, но в некоторых случаях нагрузка подключается вместо Rc.
- ВКЛ = насыщенность
- ВЫКЛ = отсечка
Транзистор как переключатель — ВКЛ
Транзистор как переключательТранзистор переходит в состояние ВКЛ (насыщение), когда на вход подается достаточное напряжение V. В этом состоянии напряжение коллектор-эмиттер Vce будет примерно равно нулю, т.е. транзистор действует как короткое замыкание. Для кремниевого транзистора он равен 0,3 В. Таким образом, будет течь ток коллектора Ic = Vcc / Rc .
Транзистор как переключатель — ВЫКЛ.
Транзистор как выключательТранзистор будет в выключенном состоянии (отсечка), когда вход Vin равен нулю.В этом состоянии транзистор работает как разомкнутая цепь, и, таким образом, все напряжение Vcc будет доступно на коллекторе.
Дизайн
Ток коллектора, Ic = ßIb + Iceo
, где ß — коэффициент усиления в конфигурации с обычным эмиттером, а lceo — ток утечки.
Ток утечки, Iceo можно пренебречь, поэтому
Ib = Ic / ß
Когда транзистор включен (область насыщения), напряжение Vce коллектора-эмиттера приблизительно равно нулю.Для кремниевого транзистора обычно 0,3 В. Таким образом, ток коллектора Ic можно записать как,
Ic = (Vcc — Vce) / Rc , то есть максимальное значение Ic, которое может протекать через контур.
Ic = Vcc / Rc , так как Vce меньше 0,3 В.
Чтобы транзистор оставался в состоянии насыщения, должен течь достаточный базовый ток Ib. Минимальный базовый ток можно определить из уравнения Ib = Ic / ß
Чтобы убедиться, что транзистор находится в состоянии насыщения, возьмем Ib ’= 10Ib
Так Rb = (Vin — Vbe) / Ib ’
Примечание: В случае транзистора PNP просто замените GND на Vcc , Vcc на GND , и транзистор будет ВКЛ. , когда входное напряжение Vin равно LOW .
Различные способы подключения нагрузок
Нагрузка может быть подключена к транзистору разными способами, некоторые из них показаны ниже.
Транзистор в качестве переключателя Различные способы подключения нагрузокВ случае индуктивных нагрузок, таких как реле, параллельно ему должен быть подключен обратный диод.
Расчет базового значения сопротивления
Транзисторкак теория переключателей
Транзистор также может действовать как переключатель и включать и выключать питание электрической нагрузки.Действие транзистора , использующего транзистор в качестве переключателя , поясняется ниже:- Рассмотрим транзистор NPN, показанный на рисунке. Z — нагрузка в цепи коллектора, а управляющий переключатель S — в цепи базы.
- Когда переключатель S замкнут, переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, и транзистор проводит ток, т.е. ток начинает течь через нагрузку Z.
- Так как ток базы намного меньше тока нагрузки (ток коллектора), поэтому мы можем включить намного больший ток с небольшим током.
- Эта работа транзистора аналогична работе реле, где при небольшом токе катушки реле мы можем управлять гораздо более сильным током нагрузки. Здесь базовая схема соответствует катушке реле, а транзистор — контактам реле.
- Наиболее важным моментом, который следует здесь отметить, является то, что нет движущихся контактов в транзисторе и проводимость осуществляется за счет действия транзистора.
- Когда переключатель S выключен, базовый ток равен нулю. Однако ток коллектора не равен нулю, поскольку через коллектор всегда протекает небольшой ток утечки.Ток утечки составляет всего несколько мкА для кремниевого транзистора, но несколько сотен мкА для германиевого транзистора.
Действие переключения транзистора
Чтобы подробно понять переключающее действие транзистора, рассмотрим характеристики коллектора для конфигурации CE, как показано на рисунке. Опишем различные условия переключения этих характеристик.
OFF область : Когда цепь базы разомкнута, транзистор (т.е.переключатель) находится в выключенном состоянии, и питание нагрузки отключено. В выключенном состоянии транзистор работает в области отсечки .
В выключенном состоянии I b = 0 и ток коллектора равен току утечки коллектора (I ceo ).
Область включения : Когда базовая цепь замкнута и течет ток, транзистор (то есть переключатель) считается включенным. В состоянии ВКЛ ток насыщения протекает через нагрузку и V ce = V колено .
В состоянии ВКЛ транзистор работает в области насыщения. Это называется областью насыщения, потому что ток I c больше не зависит от входного тока I b .
Активная область : Область, лежащая между состояниями ВКЛ и ВЫКЛ, называется активной областью.
Ниже приведены важные термины, которые часто используются при использовании транзистора в качестве переключателя :
Насыщение Коллектор (нагрузка) Ток : Максимальный ток коллектора для конкретной нагрузки в транзисторе называется насыщением. коллекторный ток .Говорят, что в таких условиях транзистор работает в области насыщения.
Рассмотрим NPN-транзистор, содержащий нагрузку R L в цепи коллектора, как показано на рисунке. По мере увеличения базового тока ток коллектора также увеличивается. Это увеличение тока коллектора в β раз больше тока базы.
Однако с увеличением тока коллектора напряжение на нагрузке R L также увеличивается. Следовательно, V ce продолжает уменьшаться.
Когда V ce падает до напряжения изгиба (V изгиб = 0,5 В для Ge и 1,0 В для Si) , дальнейшее увеличение тока коллектора невозможно, поскольку β резко уменьшается, когда V ce падает ниже напряжение колена.
Этот максимальный ток коллектора называется током насыщения, т.е.
Ток насыщения коллектора = (В куб. цепи и измерьте значение сопротивления между точками A и B, отмеченными на цепи. Значение сопротивления базы (R b ), которое необходимо подключить к базе для использования транзистора в качестве переключателя.
Усиление мощности : Транзисторы, как и реле, могут обрабатывать большую мощность в нагрузке, размещенной в коллекторе, за счет подачи небольшой мощности в базовую цепь.
Это связано с тем, что напряжение база-эмиттер, необходимое для включения питания нагрузки, размещенной в коллекторе, очень мало (0,5 В для кремниевого транзистора и 0,2 В для транзисторов Ge).
Отношение выходной мощности к входной мощности транзистора называется усилением мощности.
Потеря мощности в транзисторе при использовании в качестве переключателя
Важно знать потери мощности в транзисторе во время операций переключения по следующим причинам:
- Для определения допустимой мощности транзистора. Это позволяет нам выбрать транзистор для конкретной операции переключения.
- Для определения эффективности системы.Потеря мощности в транзисторе снижает эффективность системы. Потеря мощности в транзисторе определяется выражением: .
Потери мощности = V ce x I c
Давайте теперь обсудим потери мощности в состояниях ВЫКЛ и ВКЛ.
ВЫКЛ. Состояние : В этом состоянии ток коллектора очень мал и равен току утечки коллектора (I ceo ).
Однако в таких условиях V ce = V cc , поскольку падение напряжения в нагрузке из-за I ceo незначительно.Следовательно, потеря мощности в транзисторе в выключенном состоянии определяется как:
P off = V ce x I c = V cc x I ceo
As I ceo чрезвычайно мал по сравнению с током полной нагрузки, протекающим в состоянии ВКЛ, поэтому потери мощности в транзисторе в состоянии ВЫКЛ довольно малы. Другими словами, транзистор имеет очень высокий КПД в качестве переключателя в выключенном состоянии.
ВКЛ. Состояние : В этом состоянии ток коллектора велик и равен току насыщения.Однако в таких условиях V ce довольно мал и равен V колену . Следовательно, потеря мощности в транзисторе во включенном состоянии определяется выражением:
P on = V ce x I c = V колено x I c sat
Это также довольно мало . Следовательно, эффективность транзистора во включенном состоянии также очень высока.
Цепь указателя уровня воды
Это устройство, которое сигнализирует звонком зуммера, когда резервуар для воды заполняется.
Простая схема показана на рисунке. Базовые провода подведены к резервуару. Клеммы основного провода держатся достаточно близко.
Когда уровень воды достигает клемм основания, контур основания замыкается. Это запускает ток в зуммере, включенном в цепь коллектора, и зуммер начинает звонить.
При управлении индуктивной нагрузкой с помощью транзистора, свободный диод подключается к нагрузке для защиты транзистора. Раньше я обсуждал работу диода свободного хода.
Преимущества транзистора в качестве переключателя
- Нет движущихся частей, что снижает износ.
- Бесперебойное обслуживание благодаря твердотельной технологии.
- Бесшумная работа.
- Имеет бесконечную жизнь.
- Быстрая работа (до 10 9 операций в секунду).
- Не требует значительного обслуживания.
Электроника | Все сообщения
© www.yourelectricalguide.com / использование транзистора в качестве теории переключения.
Как транзистор работает как переключатель. Транзистор NPN и PNP рабочий
Как работает транзистор Транзистор рабочий простойТранзистор — это 3-контактный электронный полупроводниковый компонент / устройство.
Он имеет три терминала с именами BASE, Emitter и Collector.
Значение названия транзистора заключается в его работе.
Trans + istor = Транзистор
Приставка trans сообщает о передаче сигнала от части с низким сопротивлением к части с высоким сопротивлением, а istor означает твердую физическую структуру, обладающую свойством сопротивления.
A состоит из трех слоев легированных полупроводников.
В основном транзисторы бывают 2-х типов.
1. NPN транзистор
2. Транзистор PNP
Транзистор — очень важный компонент в электронной системе. Это основной электронный компонент, который широко используется при создании электронных схем.
В основном для коммутации используются транзисторы. другое использование транзистора в качестве усилителя.
Транзистор выполнен с использованием диода с 2 pn переходом.
NPN = отрицательно-положительно-отрицательно.
Транзистор NPN имеет материал обеих сторон n-типа и материал положительного (отверстия) типа. Электроны являются основными носителями, а дырки — неосновными носителями.
База NPN-транзистора P-типа, а эмиттер N-типа и должен быть подключен к отрицательному источнику питания.
Требуется небольшой положительный ток на клемме базы для включения транзистора. Посылая переменные уровни тока на базу, можно регулировать количество тока, протекающего через коллектор к эмиттеру.
Когда мы подаем небольшой положительный источник питания на базу, тогда пройдет ток между эмиттером и коллектором, и мы скажем, что транзистор включен. Для управления большим током можно использовать очень небольшое количество тока, это свойство известно как усилитель.
База транзистора используется для коммутации тока через коллектор и эмиттер. Когда база находится между 0 В и 0,7 В, она выключена, а когда больше 0.7V он включен и позволяет току течь от коллектора к эмиттеру.
В транзисторе типа PNP нам необходимо отрицательное напряжение на выводе базы для включения транзистора. В случае pnp единственная разница связана с эмиттером p-типа и базой n-типа, дырки являются основными носителями, а электроны — неосновными носителями.
Когда мы подаем небольшой отрицательный источник питания на базу PNP, ток между коллектором и эмиттером будет проводиться.
PNP = положительный-отрицательный-положительный
На следующей анимации показана основная функция переключения с использованием реле для переключения высокого тока. Если вам нужно переключение небольшого тока, тогда без реле, вы можете напрямую подключить нагрузку с помощью коллектора.
.
Примечание. При использовании реле в любой цепи диод (называемый обратным диодом) должен подключаться параллельно входу реле. Это важно для защиты.Как с транзисторами PNP, так и с NPN, обратный диод должен иметь обратное смещение.
Подача тока между коллектором и эмиттером регулируется сигналом питания клеммы базы. Если сигнал на базе увеличивается, то увеличивается и токопроводимость между эмиттером и коллектором. Базовый вывод транзистора работает как регулируемая ручка любого наконечника / чаши для воды. Это контролирует количество воды, проходящей через него.
Токопроводимость в транзисторе общего назначения (NPN и PNP) обеспечивается обеими полярностями, отрицательным и положительным питанием из-за наличия как основной, так и основной несущей.Это называется биполярным переходным транзистором (BJT).
Биполярные переходные транзисторы работают в трех разных регионах
- Активная область — транзистор работает как усилитель
- Насыщение — транзистор «полностью включен», работает как переключатель, а
- Отсечка — транзистор полностью выключен, работает как переключатель
BJT ТЕКУЩЕЕ УПРАВЛЯЕТСЯ
BJT — это устройство с управлением по току, поскольку его выходные характеристики определяются входным током.
, если отклонения на выходе вызваны изменениями входного тока, тогда это устройство управляется током, а если отклонения на выходе вызваны изменениями входного напряжения, то устройство управляется напряжением.
BJT — это устройство, управляемое током, но MOSFET — это устройство, управляемое напряжением.
В электронике Транзистор широко используется для переключения.
При проектировании логических вентилей в цифровых схемах также используются транзисторы.
Также прочтите
Как сделать цепь мигающего светодиода с помощью 555
Выключатель светового включения с использованием транзистора
Автоматический ночник с использованием LDR
Схема таймера задержки включения с использованием транзистора
Использование транзистора в качестве переключателя | коммутационная цепь
Переключатель или ключ полезны для ВКЛЮЧЕНИЯ или ВЫКЛЮЧЕНИЯ цепи подключения, чтобы активировать или деактивировать устройство.Например, если мы хотим включить или выключить вентилятор, телевизор или лампу, нам нужно нажать на переключатели . Иногда в лаборатории физики мы используем кнопку быстрого нажатия, чтобы подключить цепь, чтобы получить ток. Все эти клавиши должны управляться вручную. Во многих случаях людям нужен автоматический выключатель или выключатель, зависящий от напряжения. С этой целью мы собираемся обсудить, как транзистор можно использовать в качестве переключателя в электронных схемах.
Содержание статьи:
- Преимущества использования транзистора в качестве переключателя
- Схема переключения транзистора
- Как использовать биполярный переходной транзистор в качестве переключателя?
- Экспериментальная проверка схемы переключения транзистора
Как я уже упоминал выше, для работы многих схем требуется автоматический переключатель или переключатель, зависящий от напряжения.Теперь электронная схема использует токи, то есть напряжение, чтобы быть активным. Итак, если мы сможем сконструировать переключатель, который зависит от протекающего тока или напряжения, приложенного в цепи, то он будет похож на ромб. Потому что в этом случае нам не нужно работать вручную, скорее, ток или напряжение схемы сами решают, будет схема включена или выключена. Используя транзистор в электронной схеме, можно создать такие типы операций переключения в этой схеме. Поэтому использование транзистора в качестве переключателя более полезно, чем ручной переключатель.В этом преимущество схемы переключения транзисторов. В последнее время люди используют транзистор в качестве переключателя в электронных схемах.
Схема переключения транзистораЭто принципиальная схема для использования транзистора в качестве переключателя. Это схема конфигурации NPN-транзистора с общим эмиттером (CE), которую также можно использовать в качестве схемы транзисторного усилителя. Просто области работы транзистора разные. Для той же цели можно использовать схему на основе PNP.
Схема переключения транзисторовЗдесь V BE дает входное напряжение, V CE — выходное напряжение, I B — входной ток, а I C — выходной ток. Мы должны заметить выходное напряжение V CE , соответствующее входному напряжению V BE .
Работа транзистора как переключателяОперацию переключения транзистора можно реализовать с помощью приведенной выше принципиальной схемы.Чтобы транзистор работал как переключатель, нам нужно работать в области насыщения и в области отсечки. В области насыщения он действует как замкнутый переключатель (стадия включения), а в области отключения — как разомкнутый переключатель (стадия выключения). Теперь давайте реализуем это с помощью некоторых электронных уравнений.
Используя закон Кирхгофа во входной клемме (от базы к эмиттеру), мы получаем V BB = I B R B + V BE ………… (1)
И, используя закон Кирхгофа для выходной клеммы (от коллектора к эмиттеру), получаем: В CE = V CC — I C R C ………… (2)
Здесь эффективный входное напряжение составляет В в = В BB , которое определяется уравнением- (1), а эффективное выходное напряжение составляет В o = В CE , которое определяется уравнением- (2 ).
Теперь для кремниевого транзистора В BE = 0,7 В . Итак, когда В BB очень низкое (менее 0,8 В), входной ток или базовый ток I B остается нулевым. В этом состоянии транзистор еще не включен, то есть транзистор находится в области отсечки . Тогда ток коллектора I C также будет равен нулю. Следовательно, из уравнения (2) мы получаем выходное напряжение, В CE = V CC (очень высокое).Опять же, когда V BB очень высокое, базовый ток I B станет выше. Тогда ток коллектора I C также станет очень большим. Это приводит транзистор в область насыщения работы. Следовательно, выходное напряжение В CE становится очень низким (почти нулевым).
| Входное напряжение В BB | Выходное напряжение В CE | Область работы |
| Низкий (<0.8 В) | Высокий (почти В CC ) | Отсечка |
| Высокий | Низкий (почти 0,2 В) | Насыщенность |
Во включенном состоянии переключателя напряжение на нем остается очень низким (почти нулевым), поскольку оба конца ключа напрямую соединены или закорочены. При работе транзистора мы также видим, что, когда транзистор работает в области насыщения, выходное напряжение становится очень низким.Эта ситуация похожа на состояние включения переключателя. Опять же, в выключенном состоянии переключателя напряжение на нем становится очень большим, поскольку он остается разомкнутым. В области отсечки транзистора можно добиться такой же ситуации. Таким образом, транзистор ведет себя как выключенный переключатель, когда он действует в области отключения. Таким образом, BJT действует как состояние включения переключателя в области насыщения и состояние выключения переключателя в области отключения. Ясно, что состояние транзистора включено или выключено зависит от входного напряжения на нем.
Как на практике проверить работу транзистора?Я настоятельно рекомендую вам попробовать эту схему на практике и проверить операцию переключения транзисторов для BJT . Вам понадобится транзистор (используйте BJT), источник питания (достаточно источника 10 вольт), источник переменного входного напряжения , два резистора (R B и R C ), Мультиметр для сбора данных для входов и выходов.Вы можете разместить транзистор на макетной плате и построить схему. Обратите внимание на данные выходного напряжения для низкого и высокого входного напряжения соответственно и проверьте, работает оно или нет. Вы можете измерить выходное напряжение напрямую мультиметром. Однако вы можете рассчитать выходное напряжение, используя уравнение — (2) после получения данных для выходного тока I C . Таким образом можно проверить принцип работы транзистора как переключателя.
Это все из этой статьи.Надеюсь, вы почерпнули отличные знания из этой статьи. Если у вас есть сомнения по этой теме, вы можете спросить меня в разделе комментариев.
Спасибо!
Связанные сообщения:
- Биполярный переходной транзистор (BJT)
- Входные и выходные кривые транзистора
- Разница между NPN и PNP транзисторами
- Классификация усилителей BJ41 9 Транзистор как теория переключателя
В следующей схеме транзистор действует как переключатель так же, как и реле.Преимущество транзистора перед реле заключается в том, что транзистор легче, имеет меньше шума (если он вообще есть), не имеет движущихся компонентов, он быстрее, потребляет меньше энергии и дешевле.
Обратите внимание, что в сложной системе, такой как работа лифта или поезда, могут быть сотни, а иногда и более тысячи реле. В прошлом эти релейные системы были обычным явлением.
Помимо того, что каждое реле занимает гораздо больше места и шумит каждым реле при установлении контактов, через некоторое время ошибки могут также скапливаться в теплом пространстве между ними и постепенно нарушать работу (термин «ошибка» и «отладка» в компьютерной терминологии происходит от здесь).
В схеме, показанной на рис. 1 , показан NPN-транзистор. При необходимости переход коллектор-база имеет обратное смещение, и между коллектором и базой никогда не протекает ток.
Рисунок 1. Транзистор , используемый в качестве переключателя.
Переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, но когда переключатель разомкнут, ток между базой и эмиттером отсутствует. Следовательно, между коллектором и эмиттером нет тока, потому что транзистор действует как изолятор.
Если измеряется напряжение в точке A (где подключена нагрузка), оно показывает 25 В, потому что на резисторе 200 Ом нет падения напряжения (из-за отсутствия тока). Разница напряжений на нагрузке равна нулю, и нагрузка не находится под напряжением.
Замыкание переключателя позволяет току течь между базой и эмиттером. Как упоминалось ранее, это действие включает внутреннее соединение коллектор-эмиттер и заставляет электрический ток течь от коллектора к эмиттеру. Величина этого тока зависит от сопротивления R, которое здесь составляет 200 Ом.
Если не брать в расчет небольшие падения напряжения на транзисторе, то C-E ток составляет 125 мА (25 ÷ 200, согласно закону Ома ). Ток 125 мА вызывает падение напряжения на резисторе 200 Ом на 25 В. В таком случае, если напряжение в точке A измеряется, оно должно быть 0 В.
По сравнению с тем временем, когда переключатель был разомкнут, теперь разница напряжений на нагрузке составляет 25 В, и, следовательно, нагрузка находится под напряжением (примечание что, когда нагрузка подключена к точке A, ток через эмиттер является суммой тока через резистор 200 Ом и тока нагрузки).
Сценарий, показанный на рисунке 1, представляет собой практический пример переключающего действия транзистора. Хотя это очень простой пример, он показывает принцип использования транзистора для этого типа приложений.
Подобную схему можно использовать для других приложений, таких как подсчет людей, входящих в библиотеку или автомобилей, проезжающих по проезжей части, путем замены ручного переключателя на фотоэлемент (резистор, сопротивление которого изменяется в зависимости от света и может использоваться в качестве светового датчика) , или автоматическим выключателем другого типа.
Переключающее действие транзистора может происходить на очень высокой частоте, как, например, сигналы радио, телевидения и связи с мегагерцовыми частотами.
На практике мы можем захотеть избежать использования более одного источника напряжения. Это очень разумно. Рисунок 2 иллюстрирует ту же схему, что и на рисунке 1, но напряжение на базе получается от того же источника питания, который питает нагрузку и коллектор.
Рисунок 2 Обеспечение базового напряжения с помощью делителя напряжения.
В этой схеме резисторы R 2 и R 3 выбраны таким образом, чтобы обеспечить необходимое напряжение на базе транзистора, когда переключатель замкнут.
Резисторы 14000 Ом и 2000 Ом слева устанавливают делитель напряжения. Когда переключатель замкнут, на базу подается напряжение, равное 1/8 (2000 / [14000 + 2000]) от общего напряжения, подаваемого на нагрузку.
Вышеупомянутая схема может использоваться для автоматического включения-выключения лампочки, если фотоэлемент вставлен в качестве переключателя в схему.
Фотоэлемент похож на переменный резистор. Когда нет света, он имеет высокое сопротивление, а в присутствии света его сопротивление падает.
Рассмотрим схему, показанную на рис. 3 . В течение дня фотоэлемент (показанный как переменный резистор) действует как проводник, и, таким образом, напряжение в точке N равно нулю (N замкнут на землю). Однако ночью сопротивление велико, и напряжение в точке N равно падению напряжения на сопротивлении фотоэлемента.В результате между базой транзистора и эмиттером протекает ток; это вызывает включение транзистора, как описано.
Рисунок 3 Автоматический выключатель для включения света в ночное время.
Для других приложений, в качестве альтернативы, напряжение на клемме базы может быть обеспечено датчиком, который генерирует сигнал с достаточным напряжением. (Помните, что соединение между B и E требует 0,7 В, если оно сделано из кремния, чтобы проводить. Таким образом, напряжение на B должно быть больше, чем напряжение для протекания тока.)
Транзистор как переключатель — Анализируйте измеритель
Транзистор — это полупроводниковое устройство, используемое для переключения или усиления электрической энергии и электронного сигнала. В нашем предыдущем руководстве мы объяснили, как использовать транзистор в качестве генератора и транзисторного усилителя. Здесь мы собираемся объяснить вам, как использовать транзистор в качестве переключателя и протестировать транзистор с помощью мультиметров и схем переключения.
В этой статье вы узнаете:
Транзистор как переключатель:
Когда мы используем переключающий транзистор, напряжение смещения базы транзистора прикладывается таким образом, что оно всегда работает в своей активной области.Таким образом, оба типа транзисторов NPN и PNP предназначены для работы в качестве твердотельных переключателей двухпозиционного типа. Это делается смещением базы транзистора.
В настоящее время мы используем транзистор в качестве переключателя, потому что транзисторные переключатели могут управлять мощными устройствами, такими как соленоиды, двигатели и т. Д., А также в цифровой электронике и схемах логических вентилей.
Если вы хотите использовать биполярный переходной транзистор (BJT) в качестве переключателя в любой из электронных схем, то вам необходимо настроить смещение транзистора.Транзисторы NPN или PNP должны быть смещены таким образом, чтобы они могли управлять транзисторами по обе стороны кривой ВАХ.
В основном транзистор как переключатель работает в двух регионах; один — это область насыщенности , а другой — область отсечения .
(i) Область насыщения
Для подачи максимального тока базы мы в основном смещаем транзистор в области насыщения. Это приводит к максимальному току коллектора и минимальному падению напряжения коллектор-эмиттер.
Это дополнительно приводит к тому, что область обеднения становится как можно меньше, что обеспечивает максимальный ток, протекающий через транзистор. Следовательно, транзистор включен «полностью открыт».
Характеристики области насыщения:
В области насыщения вы должны помнить о следующих условиях:
- Соединение база-эмиттер всегда имеет прямое смещение на .
- Всегда подключайте вход и базу к V CC .
- Соединение база-коллектор всегда смещено в прямом направлении.
- Напряжение эмиттера тока всегда равно 0, т. Е. Vce = 0
- Напряжение базового эмиттера всегда больше 0,7 В, т. Е. V BE > 0,7 В.
- Транзистор — это «Полностью ВКЛ», в области насыщения.
- Транзистор работает как «замкнутый переключатель»
(ii) Область отсечки
Условия работы транзистора в этой области: нулевой входной базовый ток (I b ), нулевой выходной коллектор ток (I c ) и максимальное напряжение коллектора .Это приводит к образованию большого обедненного слоя и отсутствие тока через устройство.
Это означает, что транзистор выключен «Полностью выключен» . Область отсечки: Характеристики
Чтобы использовать транзистор в качестве переключателя в области отсечки, вы должны помнить о следующих условиях:
- Всегда подключайте вход и базу к земле.
- Соединение база-коллектор всегда имеет обратное смещение .
- Переход база-эмиттер всегда имеет обратное смещение .
- Напряжение база-эмиттер всегда меньше 0,7 В, т. Е. BE <0,7 В.
- Транзистор работает как «открытый переключатель» .
- В этой области ток коллектора не течет, т. Е. I c = 0 .
Транзистор как SPST-переключатель
Во многих схемах вы можете использовать транзистор как «однополюсный однопозиционный» твердотельный переключатель .
Когда мы подаем нулевой сигнал на базу транзистора, он «выключается» и действует как разомкнутый переключатель, что приводит к нулевому протеканию тока коллектора.
Точно так же, когда мы подаем положительный сигнал на базу транзистора, он «включается», действуя как замкнутый переключатель, который позволяет максимальному току течь через устройство.
Видео предоставлено: Electrical4u
Как проверить транзисторТранзисторы могут быть повреждены из-за сильного нагрева при пайке или неправильного использования в цепи. Если у вас есть сомнения, что транзистор может быть поврежден, вы можете легко проверить свой транзистор с помощью мультиметра и в схеме переключения.Следуйте этим двум методам для тестирования транзистора:
(i) Тестирование в простой схеме переключения:
Как показано на рисунке ниже, подключите транзистор NPN в цепи, которая использует его в качестве переключателя. . Подавать напряжение не критично, поэтому выбирайте подходящее напряжение в диапазоне от 5 В до 12 В. Всегда подключайте к базе резистор 10 кОм, чтобы защитить транзистор от чрезмерного тока. Транзистор: переключающая схема
Когда переключатель нажат, светодиод загорается, указывает на то, что транзистор в порядке, а когда переключатель отпущен, светодиод гаснет, указывая на то, что транзистор не в порядке.
Примечание. Если вы хотите проверить транзистор PNP, используйте ту же схему, но поменяйте местами светодиод и напряжение питания.
(ii) Тестирование с помощью мультиметра:
Чтобы проверить каждую пару выводов транзистора на проводимость, вы можете использовать мультиметр или простой тестер, такой как батарея, светодиод и резистор.
Для проверки транзисторов установите цифровой мультиметр на проверку диодов, а аналоговый мультиметр на диапазон низкого сопротивления. Вы можете проверить выводы попарно шестью способами:
- Переход база-эмиттер должен вести себя как диод и проводить только в одном направлении.
- Переход база-коллектор должен вести себя как диод и проводить только в одном направлении.
- Переход коллектор-эмиттер ни в коем случае не должен проводить ток.
С помощью мультиметров можно проверить транзисторы NPN или PNP .
Надеюсь, вам всем понравится эта статья. Для любых предложений, пожалуйста, прокомментируйте ниже. Мы всегда ценим ваши предложения.
Конструкция схемы переключения транзисторов и ее теория
РезюмеСхема переключения транзисторов (работающая в состоянии насыщения) является обычным явлением в современных приложениях для проектирования схем.Классические 74LS, 74ALS и другие интегральные схемы используют схемы переключения транзисторов внутри, но они имеют только общие возможности управления. Схема переключения транзисторов делится на две категории: одна — это классическая схема переключения транзисторов TTL, другая — схема переключения на МОП-лампе. Эта статья покажет вам знания о схеме переключения транзисторов, включая схему переключения транзисторов TTL; Схема управления зуммером — зуммер пассивный; и т.д ..
Проектирование схем переключения транзисторов
Каталог
I Схема переключения транзисторовСхема переключения транзисторов TTL в зависимости от способности управления делится на схему переключения с малым сигналом и схему переключения мощности.В соответствии со стилем подключения транзистора делится на эмиттер заземления (эмиттер транзистора PNP, подключенный к источнику питания) и стрелок следуют схеме переключателя.
1.1 Цепь выключателя заземления эмиттера
Базовая схема, приведенная выше, немного дальше от фактической проектной схемы: есть переход от включенного к выключенному из-за накопления базового заряда транзистора (когда транзистор выключен, высвобождение базового заряда замедляется из-за наличие R1, поэтому Ic не будет сразу обращается в ноль).Другими словами, схема заземлителя эмиттера имеет время отключения. Его нельзя напрямую применять к высокочастотному переключателю.
Пояснение: Когда транзистор внезапно включается (внезапный скачок сигнала IN), C1 на мгновение вызывает короткое замыкание, которое быстро обеспечивает транзистор током базы, тем самым ускоряя проводимость транзистора. Когда транзистор внезапно выключается (внезапно срабатывает сигнал IN), C1 мгновенно включается, обеспечивая путь с низким импедансом для разряда базового заряда, тем самым ускоряя транзистор.Значение C обычно составляет от десятков до сотен скин-метода. R2 в схеме должен гарантировать, что транзистор остается в выключенном состоянии, когда нет входа IN с высоким уровнем. R4 должен гарантировать, что транзистор остается выключенным, когда нет входа IN с низким уровнем. R1 и R3 используются для ограничения тока базы.
Пояснение: Поскольку TVS-диод Vf на 0,2–0,4 В меньше, чем Vbe, большая часть тока базы протекает через диод, а затем через транзистор и в последнюю очередь на землю, когда транзистор включен, так что ток течет к базе транзистора мала, накапливается меньше заряда.Когда транзистор выключен (сигнал IN внезапно подскакивает), разряженного заряда становится меньше, действие выключения естественно ускоряется.
В реальной конструкции схемы мы должны учитывать транзисторы Vceo, Vcbo, чтобы соответствовать давлению, и транзистор, чтобы соответствовать потребляемой мощности коллектора. Используя ток нагрузки и hfe (чтобы вычислить минимальное значение hfe транзистора), вычислите сопротивление базы (ток базы должен оставаться в 0,5–1 раз больше запаса). Обратите внимание, что специальный диод выдерживает обратное напряжение.
1.2 Схема переключателя эмиттерного повторителя
Эмиттерный повторитель также называется эмиттерным повторителем, который представляет собой типичный усилитель с отрицательной обратной связью. Судя по способу подключения транзистора, это фактически обычный коллекторный усилитель. Сигнал вводится с базы и выводится эмиттером. Резистор Re, подключенный к эмиттеру транзистора, играет важную роль в схеме. Это похоже на зеркало, отражающее следующие характеристики выхода и входа.
Входное напряжение usr = ube + usc. Обычно Usc> Ube, игнорируя Ube, затем usr≈usc. Очевидно, это означает, что коэффициент усиления напряжения ограничителя излучения примерно равен 1, то есть амплитуда входного напряжения примерно равна амплитуде выходного напряжения. Когда Usr увеличивается, увеличивается как ib, так и ie, а также увеличивается напряжение эмиттера ue (usc). И наоборот, когда Usr уменьшается, Usc также уменьшается. Это показывает, что выходное напряжение находится в фазе с входным напряжением именно потому, что не только выходное напряжение равно входному напряжению, но и фаза.Выходное напряжение близко соответствует входному напряжению и изменяется. Мы называем эту схему со следующими характеристиками «повторителем ограничения излучения».
Эмиттерный повторитель может получать большой выходной ток при небольшом входном токе (т.е. = (1 + β) ib). Следовательно, он имеет функции усиления тока и усиления мощности. Следует различать то, что обычная многокаскадная схема усилителя с общим эмиттером не усиливает ток, а усиливает напряжение, что является противоположностью эмиссии.В схеме ТВ телевизионное видеоизображение выводится схемой эмиттера, чтобы гарантировать, что выходное изображение изменяется вместе с входным. Следует отметить, что общая амплитуда должна достигать примерно 1,2 В, а RB и RE необходимо регулировать. Соотношение регулирует амплитуду выходного сигнала переменного тока.
II Цепь управления зуммером — Пассивный зуммерКогда BUZZ находится на высоком напряжении, транзистор T1 (транзистор N-типа) включается, звучит зуммер. Роль R5 используется для текущего ограничения.
Следующая схема добавляет конденсатор C18 и обратный диод D2 для фильтрации и блокировки обратного направления. Напряжение обратного пробоя диода очень высокое. Напряжение триггера на маломощных триодах очень низкое — 0,7 В. Ток тоже очень маленький, обычно меньше 1UA.
III IO Control Power Switch включен — используйте транзистор и трубку MOSMOS: одна из трубок полевого МОП-транзистора, которая может быть преобразована в усиленный или обедненный, P-канальный или N-канальный типы.Но на практике это только усовершенствованная лампа MOS с N-каналом и лампа с MOS с P-каналом, то есть NMOS и PMOS.
Для этих двух усиленных МОП-трубок обычно используются NMOS, характеризующиеся низким сопротивлением при открытии. Обычно применяется для цепных блоков питания и с моторным приводом.
Условия проведения:
NMOS включается, когда Vgs больше определенного значения. PMOS включается, когда Vgs меньше определенного значения.
Потеря переключения:
Независимо от того, является ли это NMOS или PMOS, после проводимости возникает сопротивление в открытом состоянии, что приводит к неизбежным потерям.А теперь сопротивление открытого МОП-транзистора обычно составляет десятки миллиомов.
МОП-трубка AO3401: полевой транзистор с P-канальным режимом расширения
Условия проводимости: как правило, не превышайте -12 В для AO3401. Ниже приведено полное сопротивление для различных перепадов давления:
Ниже приводится схема управления переключателем в инженерных приложениях.
3.1 Через контакт ввода-вывода для управления питанием
3.2 Две МОП-трубки 3401
Ниже представлены две МОП-трубки 3401 без добавления переключателя. Сразу после включения напряжение VDD равно входному напряжению. На этом этапе вы можете включить питание двумя способами. Если на J5 нет входного напряжения, питание через шину VBUS, выходное напряжение 5 В через F1. Следующая схема может заменить R10 переключателем, Q201 всегда включен, падение напряжения на внутреннем диоде составляет около 0,5 В.
Примечание: направление двух транзисторов разное, левый Q200 — S, правый — D.Q201 слева — D, справа — s.
Когда J5 находится под напряжением, Q200 включается, Q201 также соответствует условию проводимости, напряжение составляет 0,1 В.
Примечание: правая сторона VBUS отключена.
Артикул J5 напряжение
R11
R9
VDD
VBUS
J5 и VBUS
5.09
0
0,46
5,07
4,6
Только VBUS
4,21
0
0,38
4,21
4.51
Только J5
5,09
0
0,46
5,09
4,75
3.3 Трубка регулятора напряжения и цепь регулятора напряжения трубки MOS
Описание:
VCC может поступать с левой стороны VDD5V_Control, также может поступать от источника питания Vpc_IN ПК PS2.VCC принимает тот, который имеет высокое напряжение.
Оригинальная схема:
Левый Vpc_IN питается от источника питания PS2, правый — от VCC.
Когда PS2 питается, а левый — 5 В, правый — около 4,5 В, он может соответствовать требованиям к напряжению машины, когда порт PS2 выключен, машина может работать должным образом.
Чтобы уменьшить падение напряжения PS2, я решил принять следующую схему:
Когда порт PS2 запитан, три лампы Q412 включены, поэтому Q411 включен, а VCC близок к Vpc_IN.В это время машина принимает напряжение порта PS2 (около 5 В). когда PS2 не подключен, ток не может течь от машины к порту PS2.
Тестовая запись с использованием вышеуказанных параметров:
Напряжение на обоих концах регулятора напряжения
А (вход)
В
К
D (выход)
E
B текущий
3.41
5,14
1,73
0,68
5,13
0
1.05MA
3,25
4,63
1,38
0.67
4,63
0
0,71MA
3,1
4,23
1,13
0,66
4,23
0
0.47 MA
2,9
3,8
0,9
0,64
3,8
0
0,26 MA
2,59
3,32
0.73
0,62
3,32
0
0,09 MA
2,34
2,9
0,56
0,5
2,35
2.25
0,05 MA
2,28
2,73
0,45
0,41
2,16
2,15
0,04 MA
Последние две строки показывают:
Падение напряжения на внутреннем диоде МОП-диода составляет около 0.6В.
Ток утечки стабилитрона может сделать транзистор проводящим. PN переход можно включить около 0,6 В.
Выводы:
Входное напряжение на уровне 3,3В, транзистор включен, что говорит о том, что сопротивление R436 слишком велико, нужно уменьшить.
Ток утечки стабилитрона увеличивается с увеличением входного напряжения, но ток должен превышать 1 мА, когда напряжение на обоих концах достигает 3,9 В.
Чтобы обеспечить стабильное входное напряжение около 5 В, необходимо увеличить ток, уменьшить сопротивление, а когда входное напряжение ниже 4.7V необходимо выключить транзистор.
Напряжение на обоих концах регулятора напряжения
А (вход)
В
К
D (выход)
E
B текущий
3.94
5,15
1,21
0,69
5,15
0
5.2MA
3,85
4,9
1,05
0.65
4,9
0
4MA
3,8
4,76
0,96
0,63
4,76
0
3.3 MA
3,77
4,65
0,88
0,59
4,65
0
2,9 MA
3,76
4,62
0.86
0,58
4,62
0
2,8 MA
3,72
4,48
0,76
0,51
4,03
3.70
2,5МА
3,64
4,25
0,61
0,41
3,67
3,67
2 MA
Последние две строки показывают:
Для соответствия входному напряжению PS2 в [4.6-5V], чтобы удовлетворить эффект регулятора. А затем большая клавиатура, подключенная к машине, когда машина выключена, клавиатура может работать должным образом. Когда электроинструмент работает, также можно нормально работать.
Обнаружено проблем:
Проверка качества показывает, что терминал не может быть выключен. Было обнаружено, что когда терминал выключен, все еще остается напряжение на Vpc_In. VCC (4,84 В) проходит через Q411, что дает напряжение 4,8 В на уровне Vpc_In. А падение напряжения D405 равно 0.3В или около того. Когда Vpc_IN внезапно отключается, источник питания VCC находится в момент отключения питания, транзистор включен, весь VCC вливается в клемму, транзистор всегда включен.
Диапазон напряжения блока питания PS2 определить непросто. То есть, когда напряжение на клеммах велико, схема имеет прямую проводимость. При этом напряжение Vpc_IN должно быть меньше определенного значения, чтобы транзистор Q412 не включился.
Например:
ХарактеристикиIRF530:, Общий VGS принимает 12-15 В, плавающий между плюс или минус 20 В
Схема выше неправильная.Vgs слишком мал.
Для одночипового ШИМ-привода высоковольтного МОП (VGS близко к 10 В в состоянии включения насыщения), мы должны рассмотреть следующие вопросы:
Преобразование уровня, выход микроконтроллера высокого уровня не превышает 5 В, обычно 12-15 В, поэтому схема привода должна иметь возможность преобразования уровня.
Преобразование фазы, МОП, упомянутый выше, является инвертором, поэтому в соответствии с фазой нагрузки и фазовым преобразованием выходного микроконтроллера.Например, запрос MOS выхода MOS включения, схема возбуждения требуется синфазно.
Частота переключения, разные схемы привода имеют разную частотную характеристику, для частоты переключения до 1,5 м, с простым триодом простая схема самоуправления трудно удовлетворить требованиям, основная потребность в выборе выделенного драйвера IC. Также оптопара общего назначения не работает на частоте в несколько десятков К выше состояния переключателя, если вы хотите изолировать, лучше 6N137, есть специальные оптопары с оптической развязкой и приводом, 1.До 5М все равно не дотянуться.
Управляющий ток. Хотя МОП не потребляет движущую силу, когда он статичен, его вход является емкостным. Чтобы включить переключатель как можно скорее и уменьшить потери переключения, необходимо заряжать Cgs с максимальной скоростью, поэтому схема управления имеет очень важный параметр Пиковый ток возбуждения, такой как 200 мА, 600 мА, 1 А, 2А, 4А, 6А.
Рабочее напряжение схемы привода, общий максимальный VGS не может превышать 20 В, поэтому рабочее напряжение схемы привода также не должно превышать 18 В, к приведенной выше схеме вам, конечно же, необходимо добавить напряжение 15 В. можно понизить от 40В.
Проблема DV / DT, электромагнитные помехи увеличиваются, потому что MOS легко повреждается при высоком DV / DT. Чтобы решить эти проблемы, иногда необходимо увеличить время нарастания / спада выходного сигнала схемы драйвера. Самый простой способ — добавить небольшое сопротивление между выходом драйвера и G-полюсом.
VI Преобразование уровня сигнала4.1 Базовый транзисторный переключатель для улучшения схемы
Иногда установленный нами низкий уровень напряжения может не привести к выключению транзистора, особенно когда входной уровень близок к 0.6 вольт. Чтобы преодолеть это критическое состояние, мы должны предпринять корректирующие действия, чтобы убедиться, что транзистор должен быть закрыт. На рисунке 1 показана улучшенная схема, разработанная для двух ситуаций.
Рисунок 1 обеспечивает действие транзисторного переключателя, правильные две модифицированные схемы
Схема на Рисунке 1 (а) имеет диод, включенный последовательно между базой и эмиттером, так что значение входного напряжения, которое позволяет току базы включиться, увеличивается на 0.6 вольт, так что даже если значение Vin приближается к значению из-за неисправности источника сигнала 0,6 вольт, транзистор не приведет к проводимости, поэтому переключатель все еще может быть в выключенном состоянии.
Схема на Рисунке 1 (b) включает вторичный запорный резистор R2, спроектированный с соответствующими значениями R1, R2 и Vin, чтобы гарантировать отключение переключателя при критическом входном напряжении. Как показано на рис. 1 (b), R1 и R2 образуют схему последовательного делителя напряжения до того, как переход база-эмиттер станет непроводящим (IB0), поэтому R1 должен проходить фиксированное (изменяющееся в зависимости от Vin) напряжение.И базовое напряжение должно быть ниже значения Vin. Даже если Vin приближается к пороговому значению (Vin = 0,6 В), базовое напряжение все равно будет снижено сопротивлением отключения вспомогательной цепи, подключенным к отрицательному источнику питания, до уровня ниже 0,6 В. Из-за преднамеренной разработки значений R1, R2 и VBB, пока Vin находится в верхнем диапазоне, база все еще будет иметь достаточно напряжения для включения транзистора, не подвергаясь влиянию сопротивления вспомогательного выключения.
4.2 Конденсатор ускорения
В приложениях, требующих быстрого переключения, скорость переключения триодного переключателя должна быть увеличена.Рисунок 2 — это распространенный метод, этот метод только параллельно с резистором RB на конденсаторе ускорения, поэтому, когда Vin возрастает с нуля и начинает посылать ток на базу, конденсатор не может заряжаться мгновенно, поэтому такое же короткое замыкание Однако в этот момент от конденсатора к базе протекает мгновенный сильный ток, что ускоряет срабатывание переключателя. Позже, пока заряд не завершится, емкость такая же, как у разомкнутой цепи, не влияя на нормальную работу транзистора.
Рисунок 2 Схема с конденсатором ускорения
Как только входное напряжение падает с высокого до нулевого уровня, конденсатор за очень короткий период времени переводит переход база-эмиттер в обратное смещение, вызывая быстрое отключение триодного переключателя из-за того, что левый конец конденсатора имеет был заряжен до положительного напряжения, поэтому в тот момент, когда входное напряжение падает, напряжение на конденсаторе не может быть мгновенно изменено, останется на фиксированном значении, поэтому входное напряжение сразу же падает, чтобы уменьшить базовое напряжение, так что базовый эмиттер переход станет обратным смещением, и транзистор быстро выключится.Правильный выбор ускоряющего конденсатора сокращает время переключения триодного переключателя ниже нескольких десятых микросекунд, а большинство ускоряющих конденсаторов имеют порядок сотен пФ.
Иногда нагрузка триодного переключателя не прикладывается напрямую между коллектором и источником питания, а затем подключается, как показано на рисунке 3. Это соединение и схема усилителя слабого сигнала очень близки, но отсутствует только один выходной конденсатор связи. Это соединение и нормальное соединение с точностью до наоборот.Когда транзистор выключен, нагрузка включена. При включении транзистора нагрузка отключается. Форма этих двух цепей общая, у нас должна быть четкая разрешающая способность.
Рисунок 3 Улучшенная схема, которая подключает нагрузку к схеме транзистора
Одним из наиболее распространенных применений транзисторного переключателя является включение контрольной лампы, которая может указывать на рабочие условия в конкретной точке цепи, на то, находится ли контроллер двигателя под напряжением, или какой-либо концевой выключатель прошел или цифровая схема находится в высоком состоянии.
Например, на рис. 4 (а) показано состояние выхода цифрового триггера, использующего транзисторный ключ. Если выход триггера высокий (обычно 5 вольт), транзисторный переключатель включается, оставляя световой индикатор, поэтому оператор, просто взглянув на свет, вы можете узнать условия работы триггера по току, без необходимости использовать глюкометр для обнаружения.
Иногда мощность выходного тока источника сигнала (например, триггера) слишком мала, недостаточна для управления транзисторным переключателем, на этот раз, чтобы избежать перегрузки и неисправности источника сигнала, мы должны использовать улучшенную схему, показанную на рисунке 4 (b ) Когда выход высокий, сначала нужно сделать усиление тока эмиттера драйвера с транзистором Q1, а затем включить Q2 и управлять светом, потому что эмиттер с входным каскадом входного сопротивления довольно высок, поэтому триггер Должен быть обеспечен небольшой входной ток, можно получить удовлетворительную работу.
Цепь цифрового дисплея, показанная на Рисунке 4 (а), часто используется на цифровых дисплеях.
Рисунок 4 (а) Принципиальная схема
(б) Улучшенная принципиальная схема
Анализ: Если FREOF имеет высокое значение 5 В, выходной сигнал FREOUT должен быть прямоугольным с частотой около 1,3 кГц,
Формы сигналов следующие: Левая сторона C39 и правая сторона C41 представляют собой прямоугольную волну около 1,3K, одну высокую и одну низкую.
Об экспериментах по заряду и разряду RC:
На следующем рисунке при входном сигнале прямоугольной формы с частотой 1 Гц перехват левой части сигнала C3 выглядит следующим образом. Полная зарядка занимает около 4 мсек.
Теоретические расчеты: заряд и разряд основываются на одном принципе. Сначала вычислите постоянную заряда и разряда TC = RC, единица измерения — Ом и F.
Следующая схема TC = 1K * 1uf = 1ms 3TC обычно может достигать 0.95E и 4,75 В, поэтому 3 мс могут достигать 4,75 В в соответствии с формой сигнала.
На рисунке представлена простая схема управления:
Когда KSEL высокий, KCLK1 и KCLK0 — через, KDAT1 и KDAT0 — через.
Пока он находится на низком уровне, схема блокируется.
V FAQ
1. Что такое схема переключения транзисторов?
Одно из наиболее распространенных применений транзисторов в электронных схемах — это простые переключатели. Короче говоря, транзистор проводит ток по пути коллектор-эмиттер только тогда, когда на базу подается напряжение…. Переключатель включен, когда база насыщена, так что ток коллектора может течь без ограничений.
2. Какой транзистор используется чаще всего?MOSFET является наиболее широко используемым транзистором как для цифровых, так и для аналоговых схем, составляя 99,9% всех транзисторов в мире. Биполярный переходный транзистор (BJT) ранее был наиболее часто используемым транзистором в период с 1950-х по 1960-е годы.
3.Каково основное использование транзистора?Транзистор, полупроводниковый прибор для усиления, управления и генерации электрических сигналов. Транзисторы — это активные компоненты интегральных схем или «микрочипов», которые часто содержат миллиарды этих крохотных устройств, выгравированных на их блестящих поверхностях.
4. Каков принцип работы транзистора?Транзистор состоит из двух диодов PN, соединенных спина к спине.Он имеет три вывода: эмиттер, базу и коллектор. Основная идея транзистора заключается в том, что он позволяет вам управлять потоком тока через один канал, изменяя интенсивность гораздо меньшего тока, протекающего через второй канал.
5. Как определить транзистор?Материалы, из которых сделаны транзисторы, включают кремний и германий. Биполярные переходные транзисторы являются наиболее часто используемым типом. Чтобы облегчить их идентификацию, на корпусах транзисторов нанесены цифры и буквы.Маркировка транзисторов соответствует используемой системе нумерации.
6. Какие два основных типа переходных транзисторов используются сегодня?Сегодня существует два наиболее распространенных типа транзисторов: металл-оксидный полупроводник или MOS и биполярный переходный транзистор или BJT.
7. Каковы два основных различия между механическим переключателем и транзистором?Общий выключатель — это однокомпонентный; транзисторный ключ требует вспомогательных компонентов (резисторов и т. д.)…). Обычный переключатель может иметь несколько положений (ходов) и цепей (полюсов), но они должны быть спроектированы с использованием транзисторных переключателей, с использованием нескольких транзисторов и вспомогательных компонентов.
8. В чем разница между транзистором и усилителем?В этом смысле усилитель модулирует выходной сигнал источника питания, чтобы выходной сигнал был сильнее входного. Транзистор — это полупроводниковое устройство, используемое для усиления и переключения электронных сигналов и электроэнергии.
9. Транзистор изменяет напряжение?Помните, что механический переключатель не имеет падения напряжения при включении, потому что между контактами нет сопротивления. С другой стороны, транзисторы имеют небольшое сопротивление на клеммах коллектора / эмиттера (RCE) при включении и, следовательно, падение напряжения.
10. Может ли транзистор усиливать постоянный ток?Да, транзисторы усиливают постоянный ток.Однако постоянный ток может быть усилен только BJT, а не полевым транзистором. Входной постоянный ток усиливается на базе, и этот усиленный ток выводится на коллекторе.
Рекомендация книги
— Луис А. Делом (Автор)
— Техас Инструментс Инкорпорейтед (Автор)
Соответствующая информация по теме «Проектирование схемы переключения транзисторов и ее теория»
О статье «Проектирование схемы переключения транзисторов и ее теория». Если у вас есть лучшие идеи, не стесняйтесь писать свои мысли в следующей области комментариев.Вы также можете найти больше статей об электронных полупроводниках через поисковую систему Google или обратиться к следующим статьям по теме.
Альтернативные модели
.Часть Сравнить Производителей Категория Описание ПроизводительЧасть #: A1020B-PG84B Сравнить: Текущая часть Производитель: Actel Категория: ПЛИС Описание: Семейство 2K Gates 547 Cells 48 МГц 1.0um Производитель Номер детали: A1020B-1PG84B Сравнить: A1020B-PG84B VS A1020B-1PG84B Производитель: Actel Категория: ПЛИС Описание: ПЛИС серии ACT 1 Производитель.Номер детали: A1020B-1PG84M Сравнить: A1020B-PG84B VS A1020B-1PG84M Производитель: Actel Категория: Описание: ПЛИС серии ACT 1 Производитель.Часть #: TPC1020AMGB84B Сравнить: A1020B-PG84B VS TPC1020AMGB84B Изготовители: TI Категория: Описание: IC FPGA, 547 CLBS, 2000 GATES, 100 МГц, CPGA84, CERAMIC, PGA-84, программируемая вентильная матрица
