دائرة تبديل الترانزستور وتشغيله. المفتاح الإلكتروني على الترانزستور - مبدأ التشغيل والدائرة.

يعد مفتاح الترانزستور هو العنصر الرئيسي للأجهزة الإلكترونية الرقمية والعديد من أجهزة إلكترونيات الطاقة. تحدد معلمات وخصائص مفتاح الترانزستور إلى حد كبير خصائص الدوائر المقابلة.

مفاتيح على الترانزستورات ثنائية القطب . أبسط مفتاح على ترانزستور ثنائي القطب متصل وفقًا للدائرة باعث مشترك، ويتم عرض مخطط التوقيت المقابل لجهد الإدخال في الشكل. 14.5.

أرز. 14.5. مفتاح الترانزستور ثنائي القطب

دعونا نفكر في تشغيل مفتاح الترانزستور في الحالات المستقرة. حتى لحظة من الزمن ر 1 يتم قفل تقاطع الباعث للترانزستور ويكون الترانزستور في وضع القطع. في هذا الوضع أنا ل =– أنا ب =أنا شركة (أنا شركة- عكس تيار المجمع)، أنا أوه≈ 0. علاوة على ذلك ش ر ب ≈ش ر ل ≈ 0;ش يا صديقي ≈ –ش 2 ;ش كه ≈-ه ل .

في هذه الأثناء ر 1 …ر 2 الترانزستور مفتوح . من أجل الجهد عبر الترانزستور ش كهكان الحد الأدنى من التوتر ش 1 يتم اختياره عادةً بحيث يكون الترانزستور إما في وضع التشبع أو في وضع حدي قريب جدًا من وضع التشبع.

مفاتيح الترانزستور ذات التأثير الميداني تتميز بانخفاض الضغط المتبقي. يمكنهم تبديل الإشارات الضعيفة (بضعة ميكروفولت أو أقل). وهذا نتيجة لحقيقة أن خصائص خرج ترانزستورات التأثير الميداني تمر عبر الأصل.

على سبيل المثال، دعونا نصور خصائص خرج الترانزستور مع انتقال التحكم والقناة ص-النوع في المنطقة المجاورة للأصل (الشكل 14.6).

أرز. 14.6. حقل التأثير الترانزستورمع قناة من النوع p

يرجى ملاحظة أن الخصائص الموجودة في الربع الثالث تتوافق مع الفولتية المحددة بين البوابة والصرف.

في الحالة الساكنة، يستهلك مفتاح الترانزستور ذو التأثير الميداني القليل جدًا من تيار التحكم. ومع ذلك، فإن هذا التيار يزداد مع زيادة تردد التبديل. إن مقاومة الإدخال العالية جدًا للمفاتيح الموجودة على ترانزستورات التأثير الميداني توفر في الواقع عزلًا كلفانيًا لدوائر الإدخال والإخراج. هذا يسمح لك بالاستغناء عن المحولات في دوائر التحكم.

في التين. يوضح الشكل 14.7 رسمًا تخطيطيًا لمفتاح رقمي يعتمد على ترانزستور MOS مع قناة مستحثة ن-النوع والحمل المقاوم ومخططات التوقيت المقابلة.

أرز. 14.7. المفتاح الرقمي على ترانزستور التأثير الميداني

ويوضح الرسم البياني سعة الحمولة مع ن، الذي يصمم سعة الأجهزة المتصلة بمفتاح الترانزستور. من الواضح أنه عندما تكون إشارة الدخل صفر، يتم إيقاف تشغيل الترانزستور و ش سي =ه مع. إذا كان الجهد أكبر من الجهد العتبة ش عتبة الشتاءالترانزستور، ثم يفتح والجهد ش سييتناقص.

عناصر المنطق

العنصر المنطقي (البوابة المنطقية) عبارة عن دائرة إلكترونية تقوم ببعض العمليات المنطقية البسيطة. في التين. 14.8 يوضح أمثلة على الرموز الرسومية التقليدية لبعض العناصر المنطقية.

أرز. 14.8. عناصر المنطق

يمكن تنفيذ العنصر المنطقي كدائرة متكاملة منفصلة. في كثير من الأحيان تحتوي الدائرة المتكاملة على عدة عناصر منطقية.

تُستخدم البوابات المنطقية في الأجهزة الإلكترونية الرقمية (الأجهزة المنطقية) لإجراء تحويل بسيط للإشارات المنطقية.

تصنيف العناصر المنطقية. يتم تمييز الفئات التالية من العناصر المنطقية (ما يسمى بالمنطق):

منطق الترانزستور المقاوم (TRL) ؛

منطق الترانزستور الثنائي (DTL) ؛

منطق الترانزستور الترانزستور (TTL) ؛

منطق الباعث والترانزستور (ETL) ؛

منطق الترانزستور والترانزستور مع ثنائيات شوتكي (TTLS) ؛

ر(ر- إم دي بي)؛

المنطق على أساس الترانزستورات MOS مع قنوات مثل ن(ن- إم دي بي)؛

المنطق القائم على المفاتيح التكميلية على ترانزستورات MOS (CMOS، CMOS)؛

منطق الحقن المتكامل I 2 L؛

المنطق على أساس GaAs أشباه الموصلات زرنيخيد الغاليوم.

حاليًا، المنطق الأكثر استخدامًا هو: TTL، TTLSh، CMOS، ESL. يتم إنتاج العناصر المنطقية والأجهزة الإلكترونية الرقمية الأخرى كجزء من سلسلة الدوائر الدقيقة التالية: TTL – K155، KM155، K133، KM133؛ تلش – 530، KR531، KM531، KR1531، 533، K555، KM555، 1533، KR1533؛ الإنجليزية كلغة ثانية – 100، K500، K1500؛ سيموس - 564، K561، 1564، KR1554؛ GaAs-K6500.

معظم المعلمات الهامةالعناصر المنطقية:

يتميز الأداء بوقت تأخير انتشار الإشارة ر spوالحد الأقصى لتردد التشغيل F الأعلى. يتم تحديد وقت التأخير عادةً باختلافات في المستوى تبلغ 0.5 ش مدخلو 0.5Δ ش خارج. الحد الأقصى لتردد التشغيل F الأعلى- هذا هو التردد الذي تظل فيه الدائرة عاملة.

تتميز سعة الحمولة بمعامل تكامل المدخلات ل عن (في بعض الأحيان يتم استخدام مصطلح "معامل تجميع المخرجات"). ضخامة ل عنهو عدد المدخلات المنطقية، والقيمة ل مرة واحدة- الحد الأقصى لعدد العناصر المنطقية المتشابهة التي يمكن توصيلها بمخرجات عنصر منطقي معين. معانيها النموذجية هي: ل عن =2…8,ل مرة واحدة=4...10. للعناصر ذات سعة التحميل المتزايدة ل مرة واحدة =20…30.

تتميز مناعة الضوضاء في الوضع الثابت بالجهد ش PSTوهو ما يسمى حصانة الضوضاء الساكنة. هذا هو الحد الأقصى المسموح به لجهد الضوضاء الساكنة عند الإدخال، والذي لا تتغير عنده مستويات الإخراج للعنصر المنطقي بعد.

الطاقة التي تستهلكها الدائرة الدقيقة من مصدر الطاقة. إذا كانت هذه الطاقة مختلفة بالنسبة لحالتين منطقيتين، فغالبًا ما يتم الإبلاغ عن متوسط ​​استهلاك الطاقة لهذه الحالات.

مصدر التيار.

إدخال الفولتية عتبة عالية ومنخفضة ش input1thresholdو ش input0thresholdيتوافق مع التغيير في حالة العنصر المنطقي.

الفولتية الناتج مستويات عالية ومنخفضة ش الإخراج1و ش الإخراج0 .

وتستخدم أيضا معلمات أخرى.

ملامح العناصر المنطقية لمختلف المنطق. تتميز سلسلة محددة من الدوائر الدقيقة باستخدام وحدة إلكترونية قياسية - وهي عنصر منطقي أساسي. هذا العنصر هو الأساس لبناء مجموعة واسعة من الأجهزة الإلكترونية الرقمية.

عنصر TTL الأساسي يحتوي على ترانزستور متعدد الباعث يقوم بإجراء عملية منطقية وعاكسًا معقدًا (الشكل 14.9).

أرز. 14.9. عنصر TTL الأساسي

إذا تم تطبيق مستوى جهد منخفض في وقت واحد على أحد المدخلين أو كليهما، فإن الترانزستور متعدد الباعث يكون في حالة تشبع ويكون الترانزستور T 2 مغلقًا، وبالتالي يكون الترانزستور T 4 مغلقًا أيضًا، أي أن الخرج سيكون مستوى عالالجهد االكهربى. إذا تم تطبيق مستوى الجهد العالي في نفس الوقت على كلا المدخلين، فإن الترانزستور T 2 يفتح ويدخل في وضع التشبع، مما يؤدي إلى فتح وتشبع الترانزستور T 4 وإيقاف تشغيل الترانزستور T 3، أي. تم تنفيذ الدالة AND-NOT. لزيادة سرعة عناصر TTL، يتم استخدام الترانزستورات ذات الثنائيات أو ترانزستورات شوتكي.

العنصر المنطقي الأساسي TTLSH (باستخدام مثال سلسلة K555). العنصر المستخدم كعنصر أساسي في سلسلة K555 من الدوائر الدقيقة

و-ليس (الشكل 14.10، أ)، وفي الشكل. 14.10, بيظهر تمثيل رسومي لترانزستور شوتكي.

أرز. 14.10. العنصر المنطقي TTLSH

الترانزستور VT4 هو ترانزستور ثنائي القطب عادي. إذا كان كلا الفولتية المدخلات ش الإدخال1و ش vx2 تكون على مستوى عالٍ، ثم يتم إغلاق الثنائيات VD3 وVD4، وتكون الترانزستورات VT1 وVT5 مفتوحة ويوجد جهد منخفض عند الخرج. إذا كان هناك مدخل واحد على الأقل لديه جهد منخفض المستوى، فإن الترانزستورات VT1 و VT5 مغلقة، والترانزستورات VT3 و VT4 مفتوحة، ويوجد جهد منخفض المستوى عند الإدخال. تتميز الدوائر الدقيقة TTLSh من سلسلة K555 بالمعلمات التالية:

جهد الإمداد +5 في;

مستوى منخفض من الجهد الناتج لا يزيد عن 0.4 في;

مستوى عال من الجهد الناتج لا يقل عن 2.5 في;

مناعة الضوضاء - لا تقل عن 0.3 فولت؛

متوسط ​​زمن تأخير انتشار الإشارة 20 نانوثانية;

الحد الأقصى لتردد التشغيل 25 ميغاهيرتز.

ميزات المنطق الأخرى. أساس العنصر المنطقي الأساسي لـ ESL هو مفتاح التيار، الذي تشبه دائرته دائرة مكبر الصوت التفاضلي. يتم تشغيل الدائرة الدقيقة ESL بجهد سلبي (-4 فيلسلسلة K1500). لا تدخل ترانزستورات هذه الدائرة الدقيقة في وضع التشبع، وهو أحد أسباب الأداء العالي لعناصر ESL.

في الدوائر الدقيقة ن-موس و ص- يتم استخدام مفاتيح MOS على التوالي في ترانزستورات MOS مع ن- القنوات والحمل الديناميكي وعلى ترانزستورات MOS ص-قناة. للتخلص من استهلاك الطاقة بواسطة عنصر منطقي في حالة ثابتة، يتم استخدام عناصر منطق MIS التكميلية (منطق CMDP أو CMOS).

يتميز المنطق المعتمد على أشباه موصلات زرنيخيد الغاليوم GaAs بأعلى أداء، وهو نتيجة لحركة الإلكترون العالية (3...6 مرات أكثر مقارنة بالسيليكون). يمكن للدوائر الدقيقة المعتمدة على GaAs أن تعمل بترددات تصل إلى 10 غيغاهرتز.

عند العمل مع دوائر معقدة، من المفيد استخدام العديد من الحيل التقنية التي تتيح لك تحقيق هدفك بأقل جهد. واحد منهم هو إنشاء مفاتيح الترانزستور. ما هم؟ لماذا يجب أن يتم إنشاؤها؟ لماذا يطلق عليهم أيضًا "المفاتيح الإلكترونية"؟ ما هي ميزات هذه العملية وما الذي يجب عليك الانتباه إليه؟

ما هي مفاتيح الترانزستور مصنوعة من؟

يتم تنفيذها باستخدام المجال أو يتم تقسيم الأول أيضًا إلى MIS ومفاتيح تحتوي على تقاطع p-n للتحكم. ومن بين ثنائيات القطب تتميز الأنواع غير المشبعة. سيكون مفتاح الترانزستور 12 فولت قادرًا على تلبية الاحتياجات الأساسية لهواة الراديو.

وضع التشغيل الثابت

يقوم بتحليل الحالة المغلقة والمفتوحة للمفتاح. في الأول، يحتوي الإدخال على مستوى جهد منخفض، مما يشير إلى إشارة صفر منطقية. في هذا الوضع، يكون كلا التحولين في الاتجاه المعاكس (يتم الحصول على قطع). لكن التيار الحراري فقط هو الذي يمكن أن يؤثر على تيار المجمع. في الحالة المفتوحة، يكون لإدخال المفتاح مستوى جهد عالي يتوافق مع الإشارة المنطقية. من الممكن العمل في وضعين في وقت واحد. يمكن أن تكون هذه العملية في منطقة التشبع أو المنطقة الخطية لخاصية الإخراج. سنتناولها بمزيد من التفصيل.

تشبع المفتاح

في مثل هذه الحالات، تكون وصلات الترانزستور منحازة للأمام. لذلك، إذا تغير التيار الأساسي، فلن تتغير القيمة الموجودة على المجمع. في ترانزستورات السيليكون، يلزم توفر ما يقرب من 0.8 فولت للحصول على انحياز، بينما يتقلب الجهد في ترانزستورات الجرمانيوم بين 0.2-0.4 فولت. كيف يتم تحقيق تشبع المفتاح بشكل عام؟ للقيام بذلك، يزيد التيار الأساسي. لكن كل شيء له حدوده، وكذلك التشبع المتزايد. لذلك، عند الوصول إلى قيمة تيار معينة، يتوقف عن الزيادة. لماذا تحتاج إلى تشبع المفتاح؟ هناك معامل خاص يعكس الوضع. مع زيادتها، تزداد سعة تحميل مفاتيح الترانزستور، وتبدأ العوامل المزعزعة للاستقرار في التأثير بقوة أقل، لكن الأداء يتدهور. ولذلك، يتم اختيار قيمة معامل التشبع من اعتبارات التسوية، مع التركيز على المهمة التي يجب القيام بها.

عيوب المفتاح غير المشبع

وماذا سيحدث إذا لم يتحقق؟ القيمة المثلى؟ ثم ستظهر العيوب التالية:

1. الجهد االكهربى المفتاح العموميسوف تنخفض إلى حوالي 0.5 فولت.
2. سوف تتدهور مناعة الضوضاء. يتم تفسير ذلك من خلال زيادة مقاومة الإدخال التي يتم ملاحظتها في المفاتيح عندما تكون في الحالة المفتوحة. ولذلك، فإن التداخل مثل ارتفاع الجهد سيؤدي أيضًا إلى تغييرات في معلمات الترانزستورات.
3. المفتاح المشبع لديه ثبات كبير في درجة الحرارة.

كما ترون، لا يزال من الأفضل تنفيذ هذه العملية للحصول في النهاية على جهاز أكثر تقدمًا.

أداء

التفاعل مع المفاتيح الأخرى

ولهذا الغرض، يتم استخدام عناصر الاتصال. لذا، إذا كان المفتاح الأول لديه مستوى جهد عالي عند الخرج، فإن المفتاح الثاني يفتح عند الإدخال ويعمل في الوضع المحدد. والعكس صحيح. تؤثر دائرة الاتصال هذه بشكل كبير على العمليات العابرة التي تحدث أثناء التبديل وسرعة المفاتيح. هذه هي الطريقة التي يعمل بها مفتاح الترانزستور. الأكثر شيوعًا هي الدوائر التي يحدث فيها التفاعل فقط بين ترانزستورين. لكن هذا لا يعني على الإطلاق أنه لا يمكن القيام بذلك باستخدام جهاز يستخدم ثلاثة أو أربعة أو حتى عدد أكبرعناصر. ولكن من الناحية العملية، من الصعب العثور على تطبيق لذلك، لذلك لا يتم استخدام مفتاح الترانزستور من هذا النوع.

ماذا تختار

ما هو الأفضل للعمل مع؟ لنتخيل أن لدينا مفتاح ترانزستور بسيط يبلغ جهد إمداده 0.5 فولت. ثم باستخدام مرسمة الذبذبات سيكون من الممكن تسجيل جميع التغييرات. إذا تم ضبط تيار المجمع على 0.5 مللي أمبير، فسوف ينخفض ​​الجهد بمقدار 40 مللي فولت (عند القاعدة سيكون حوالي 0.8 فولت). وفقًا لمعايير المشكلة، يمكننا القول أن هذا انحراف كبير إلى حد ما، مما يفرض قيودًا على الاستخدام في سلسلة كاملة من الدوائر، على سبيل المثال، في المفاتيح، لذلك يستخدمون تلك الخاصة حيث يوجد عنصر تحكم p-n تقاطع طرق. مزاياها على نظيراتها ثنائية القطب هي:

1. قيمة ضئيلة للجهد المتبقي على المفتاح في حالة الأسلاك.
2. مقاومة عالية، ونتيجة لذلك، تيار منخفض يتدفق عبر العنصر المغلق.
3. انخفاض استهلاك الطاقة يعني عدم الحاجة إلى مصدر جهد تحكم كبير.
4. من الممكن تبديل الإشارات الكهربائية ذات المستوى المنخفض التي تصل إلى وحدات ميكروفولت.

يعد مفتاح ترحيل الترانزستور تطبيقًا مثاليًا للتطبيقات الميدانية. بالطبع، يتم نشر هذه الرسالة هنا فقط لإعطاء القراء فكرة عن تطبيقهم. مع القليل من المعرفة والبراعة، سيتم اختراع عدد كبير من الإمكانيات للتطبيقات التي تشمل مفاتيح الترانزستور.

مثال للعمل

دعونا نلقي نظرة فاحصة على كيفية عمل مفتاح الترانزستور البسيط. يتم إرسال الإشارة المحولة من أحد المدخلات وإزالتها من المخرج الآخر. لقفل المفتاح، يتم تطبيق جهد على بوابة الترانزستور يتجاوز قيم المصدر والصرف بمقدار أكبر من 2-3 فولت. ولكن يجب الحرص على عدم تجاوز النطاق المسموح به. عندما يكون المفتاح مغلقا، تكون مقاومته عالية نسبيا - أكثر من 10 أوم. يتم الحصول على هذه القيمة بسبب حقيقة أن التيار العكسي يؤثر أيضًا إزاحة p-nانتقال. في نفس الحالة، تتقلب السعة بين دائرة الإشارة المبدلة وقطب التحكم في حدود 3-30 pF. الآن دعونا نفتح مفتاح الترانزستور. سيوضح الرسم التخطيطي والممارسة أن جهد قطب التحكم سيقترب من الصفر، ويعتمد بقوة على مقاومة الحمل وخاصية الجهد المحول. ويرجع ذلك إلى نظام كامل من التفاعلات بين البوابة والصرف ومصدر الترانزستور. وهذا يخلق مشاكل معينة للعمل في وضع المروحية.

وكحل لهذه المشكلة، تم تطوير دوائر مختلفة توفر استقرار الجهد الذي يتدفق بين القناة والبوابة. والشكر ل الخصائص الفيزيائيةحتى الصمام الثنائي يمكن استخدامه بهذه الصفة. للقيام بذلك، ينبغي تضمينه في الاتجاه الأمامي لجهد الحجب. إذا تم إنشاء الوضع الضروري، فسيتم إغلاق الصمام الثنائي وسيتم فتح تقاطع PN. بحيث عندما يتغير جهد المحول، يظل مفتوحًا ولا تتغير مقاومة قناته، يمكن توصيل مقاومة عالية المقاومة بين مصدر ومدخل المفتاح. ووجود مكثف سوف يسرع بشكل كبير عملية إعادة شحن الحاويات.

حساب تبديل الترانزستور

للفهم، إليك مثال لعملية حسابية، يمكنك استبدال بياناتك:

1) باعث المجمع - 45 فولت. إجمالي تبديد الطاقة - 500 ميجاوات. باعث المجمع - 0.2 فولت. تردد القطع - 100 ميجا هرتز. الباعث الأساسي - 0.9 فولت. تيار المجمع - 100 مللي أمبير. معامل التحويل الإحصائي الحالي - 200.

2) المقاوم لتيار 60 مللي أمبير: 5-1.35-0.2 = 3.45.

3) معدل مقاومة المجمع: 3.45\0.06=57.5 أوم.

4) للراحة، نأخذ القيمة الاسمية 62 أوم: 3.45\62=0.0556 مللي أمبير.

5) نحسب تيار القاعدة : 56\200=0.28 مللي أمبير (0.00028 أمبير).

6) كم سيكون على المقاوم الأساسي: 5 - 0.9 = 4.1V.

7) تحديد مقاومة المقاومة الأساسية: 4.1\0.00028 = 14.642.9 أوم.

خاتمة

وأخيرا، عن اسم "المفاتيح الإلكترونية". الحقيقة هي أن الحالة تتغير تحت تأثير التيار. ماذا يحب؟ هذا صحيح، مجموعة من الرسوم الإلكترونية. ومن هنا يأتي الاسم الثاني. هذا كل شئ. كما ترون، فإن مبدأ التشغيل وتصميم مفاتيح الترانزستور ليس شيئًا معقدًا، لذا فإن فهم هذه المهمة أمر ممكن. وتجدر الإشارة إلى أنه حتى كاتب هذا المقال، على سبيل التذكير، الذاكرة الخاصةيتطلب بعض الأعمال المرجعية. لذلك، إذا كانت لديك أسئلة حول المصطلحات، أقترح عليك أن تتذكر التواجد القواميس التقنيةوابحث عن معلومات جديدة حول مفاتيح الترانزستور هناك.

ما نوع الحمل الذي نتحدث عنه؟ نعم، حول أي - المرحلات، المصابيح الكهربائية، الملفات اللولبية، المحركات، عدة مصابيح LED في وقت واحد أو مصباح كشاف LED عالي الطاقة. باختصار، أي شيء يستهلك أكثر من 15 مللي أمبير و/أو يتطلب جهد إمداد أكثر من 5 فولت.

خذ على سبيل المثال التتابع. فليكن BS-115C. يبلغ تيار اللف حوالي 80 مللي أمبير ، وجهد اللف 12 فولت. الحد الأقصى لجهد الاتصال 250 فولت و10 أمبير.

يعد توصيل المرحل بوحدة التحكم الدقيقة مهمة نشأت لدى الجميع تقريبًا. إحدى المشكلات هي أن المتحكم الدقيق لا يمكنه توفير الطاقة اللازمة للتشغيل العادي للملف. الحد الأقصى الحالينادرًا ما يتجاوز خرج وحدة التحكم الذي يمكن أن يمر عبره 20 مللي أمبير، ولا يزال هذا يعتبر رائعًا - خرج قوي. عادة لا يزيد عن 10 مللي أمبير. نعم، جهدنا هنا لا يزيد عن 5 فولت، ويتطلب المرحل ما يصل إلى 12. هناك بالطبع مرحلات بخمسة فولت، لكنها تستهلك أكثر من ضعف التيار. بشكل عام، أينما قبلت التتابع، فهو حمار. ما يجب القيام به؟

أول ما يتبادر إلى الذهن هو تركيب الترانزستور. القرار الصائب- يمكن اختيار الترانزستور لمئات المللي أمبير، أو حتى الأمبيرات. إذا كان هناك ترانزستور واحد مفقود، فيمكن تشغيله بشكل متتالي، عندما يفتح الضعيف الأقوى.

نظرًا لأننا قبلنا أن 1 قيد التشغيل و0 متوقف عن التشغيل (وهذا أمر منطقي، على الرغم من أنه يتعارض مع عادتي الطويلة الأمد التي جاءت من بنية AT89C51)، فإن 1 سيوفر الطاقة، وسيزيل 0 الحمل. لنأخذ الترانزستور ثنائي القطب. يتطلب المرحل 80 مللي أمبير، لذلك نحن نبحث عن ترانزستور بتيار مجمع أكبر من 80 مللي أمبير. في أوراق البيانات المستوردة، تسمى هذه المعلمة Ic، في بلدنا Ic، أول ما يتبادر إلى الذهن هو KT315 - ترانزستور سوفياتي رائع تم استخدامه في كل مكان تقريبًا :) مثل هذا اللون البرتقالي. لا يكلف أكثر من روبل واحد. وسوف تقوم أيضًا بتأجير KT3107 مع أي فهرس حروف أو BC546 مستورد (بالإضافة إلى BC547، BC548، BC549). بالنسبة للترانزستور، أولا وقبل كل شيء، من الضروري تحديد الغرض من المحطات الطرفية. أين المجمع وأين القاعدة وأين الباعث. من الأفضل القيام بذلك باستخدام ورقة بيانات أو كتاب مرجعي. هنا، على سبيل المثال، جزء من ورقة البيانات:

إذا نظرت إلى جانبها الأمامي، الذي عليه النقوش، وأمسكت به ورجليه إلى الأسفل، فالاستنتاجات، من اليسار إلى اليمين: الباعث، الجامع، القاعدة.

نأخذ الترانزستور ونوصله حسب هذا المخطط:

المجمع إلى الحمولة، الباعث، الذي معه السهم، إلى الأرض. والقاعدة لإخراج وحدة التحكم.

الترانزستور هو مضخم تيار، أي أنه إذا مررنا تيارًا عبر دائرة الباعث الأساسي، فيمكن أن يمر تيار مساوٍ للإدخال عبر دائرة الباعث المجمع مضروبًا في الكسب h fe.
h fe لهذا الترانزستور هو عدة مئات. حوالي 300، لا أتذكر بالضبط.

الحد الأقصى لجهد الخرج للمتحكم الدقيق عند توصيله بمنفذ الوحدة = 5 فولت (يمكن إهمال انخفاض الجهد بمقدار 0.7 فولت عند تقاطع القاعدة والباعث هنا). المقاومة في الدائرة الأساسية هي 10000 أوم. وهذا يعني أن التيار، وفقًا لقانون أوم، سيكون مساويًا لـ 5/10000 = 0.0005A أو 0.5mA - وهو تيار ضئيل تمامًا لن تتعرق منه وحدة التحكم. وسيكون الناتج في هذه اللحظة هو I c = I be *h fe =0.0005*300 = 0.150A. 150 مللي أمبير هي أكثر من 100 مللي أمبير، ولكن هذا يعني أن الترانزستور سوف يفتح على نطاق واسع وينتج أقصى ما يستطيع. وهذا يعني أن reluha الخاص بنا سيحصل على التغذية الكاملة.

هل الجميع سعداء، هل الجميع راضون؟ لكن لا، هناك مشكلة هنا. في التتابع، يتم استخدام الملف كمشغل. والملف لديه محاثة قوية، لذلك من المستحيل قطع التيار فيه فجأة. إذا حاولت القيام بذلك، فإن الطاقة المحتملة المتراكمة في المجال الكهرومغناطيسي ستخرج إلى مكان آخر. عند انقطاع التيار صفر، سيكون هذا المكان هو الجهد - مع انقطاع حاد للتيار، سيكون هناك زيادة قوية في الجهد عبر الملف، مئات الفولتات. إذا تمت مقاطعة التيار عن طريق اتصال ميكانيكي، فسيكون هناك انهيار للهواء - شرارة. وإذا قمت بقطعها بالترانزستور، فسيتم تدميرها ببساطة.

نحن بحاجة إلى القيام بشيء ما، في مكان ما لوضع طاقة الملف. لا مشكلة، سنغلقه أمام أنفسنا عن طريق تركيب صمام ثنائي. في عملية عاديةيتم تشغيل الصمام الثنائي مقابل الجهد ولا يتدفق التيار من خلاله. وعند إيقاف التشغيل، سيكون الجهد عبر الحث في الاتجاه الآخر ويمر عبر الصمام الثنائي.

صحيح أن هذه الألعاب ذات الزيادات في الجهد لها تأثير سيء على استقرار شبكة إمداد الطاقة بالجهاز، لذا فمن المنطقي تثبيتها بالقرب من الملفات بين موجب وناقص مصدر الطاقة مكثف كهربائيامائة ميكروفاراد أخرى. سوف يستغرق معظم النبض.

جمال! ولكن يمكنك أن تفعل ما هو أفضل - تقليل استهلاكك. يحتوي التتابع على تيار كسر كبير إلى حد ما، ولكن تيار الاحتفاظ بحديد التسليح أقل بثلاث مرات. يعتمد الأمر على من تريد، لكن الضفدع يضغط عليّ لأطعم البكرة أكثر مما تستحق. وهذا يعني التدفئة واستهلاك الطاقة وأكثر من ذلك بكثير. نأخذ أيضًا وندخل في الدائرة مكثفًا قطبيًا بعشرة ميكروفاراد بمقاوم. ماذا يحدث الآن:

عند فتح الترانزستور، يكون المكثف C2 غير مشحون بعد، مما يعني أنه في لحظة شحنه يمثل تقريبًا دائرة مقصورةويتدفق التيار عبر الملف دون قيود. ليس لفترة طويلة، ولكن هذا يكفي لكسر عضو التتابع من مكانه. ثم سيتم شحن المكثف ويتحول إلى دائرة مفتوحة. وسيتم تشغيل التتابع من خلال المقاوم المحدد الحالي. يجب اختيار المقاوم والمكثف بطريقة تجعل المرحل يعمل بشكل واضح.
بعد إغلاق الترانزستور، يتم تفريغ المكثف من خلال المقاومة. وهذا يؤدي إلى المشكلة المعاكسة - إذا حاولت على الفور تشغيل التتابع عندما لم يتم تفريغ المكثف بعد، فقد لا يكون هناك ما يكفي من التيار للرعشة. لذا، علينا هنا أن نفكر في السرعة التي سينقر بها المرحل. سيتم تفريغ الكوندر بالطبع في جزء من الثانية، لكن في بعض الأحيان يكون هذا كثيرًا.

دعونا نضيف ترقية أخرى.
عندما يفتح التتابع، الطاقة حقل مغناطيسييتم تحريره من خلال الصمام الثنائي، فقط في نفس الوقت يستمر التيار في التدفق في الملف، مما يعني أنه يستمر في تثبيت عضو الإنتاج. يزداد الوقت بين إزالة إشارة التحكم وفقدان مجموعة الاتصال. زابادلو. من الضروري وضع عائق أمام تدفق التيار، ولكن بحيث لا يقتل الترانزستور. لنقم بتوصيل صمام ثنائي زينر بجهد فتح أقل من جهد الانهيار المحدد للترانزستور.
من قطعة من ورقة البيانات يمكن أن نرى أن الحد الأقصى لجهد قاعدة المجمع لـ BC549 هو 30 فولت. نقوم بربط صمام ثنائي زينر بجهد 27 فولت - الربح!

ونتيجة لذلك، فإننا نوفر زيادة في الجهد على الملف، ولكن يتم التحكم فيها وتكون أقل من نقطة الانهيار الحرجة. وبالتالي، فإننا بشكل كبير (عدة مرات!) نقوم بتقليل تأخير إيقاف التشغيل.

الآن يمكنك أن تمد نفسك بالرضا وتبدأ في خدش اللفت بشكل مؤلم لمعرفة كيفية وضع كل هذه القمامة عليها لوحة الدوائر المطبوعة... علينا أن نبحث عن حلول وسط ونترك فقط ما هو مطلوب في مخطط معين. لكن هذه بالفعل غريزة هندسية وتأتي مع الخبرة.

بالطبع، بدلا من التتابع، يمكنك توصيل المصباح الكهربائي والملف اللولبي، وحتى المحرك، إذا كان التيار يحمله. يتم أخذ التتابع كمثال. حسنًا، بالطبع، المصباح الكهربائي لا يتطلب مجموعة مكثفات الصمام الثنائي بأكملها.

يكفي حاليا. في المرة القادمة سأخبرك عن مجموعات دارلينجتون ومفاتيح MOSFET.

في أجهزة النبضفي كثير من الأحيان يمكنك العثور على مفاتيح الترانزستور. توجد مفاتيح الترانزستور في المتأرجح والمفاتيح والهزازات المتعددة ومذبذبات الحظر وغيرها. الدوائر الإلكترونية. في كل دائرة، يؤدي مفتاح الترانزستور وظيفته الخاصة، واعتمادًا على وضع تشغيل الترانزستور، قد تتغير دائرة التبديل ككل، ولكن المفتاح الرئيسي مخطط الرسم البيانيمفتاح الترانزستور هو كما يلي:

هناك عدة أوضاع رئيسية لتشغيل مفتاح الترانزستور: عادي الوضع النشط، وضع التشبع، وضع القطع والنشط الوضع العكسي. على الرغم من أن دائرة تبديل الترانزستور هي من حيث المبدأ دائرة مضخم ترانزستور باعث مشترك، إلا أن وظائفها وأوضاعها تختلف عن مرحلة المضخم النموذجية.

في التطبيقات الرئيسية، يعمل الترانزستور كمفتاح عالي السرعة، والحالات الساكنة الرئيسية هي حالتان: الترانزستور متوقف والترانزستور قيد التشغيل. الحالة المقفلة هي حالة مفتوحة عندما يكون الترانزستور في وضع القطع. الحالة المغلقة - حالة تشبع الترانزستور، أو حالة قريبة من التشبع، في هذه الحالة يكون الترانزستور مفتوحًا. عندما يتحول الترانزستور من حالة إلى أخرى، فهذا هو الوضع النشط الذي تستمر فيه العمليات في التتالي بشكل غير خطي.

يتم وصف الحالات الثابتة وفقًا للخصائص الثابتة للترانزستور. هناك خاصيتان: عائلة الإخراج - اعتماد تيار المجمع على جهد المجمع والباعث وعائلة الإدخال - اعتماد التيار الأساسي على جهد الباعث الأساسي.

يتميز وضع القطع بإزاحة كليهما تقاطعات p-nالترانزستور في الاتجاه المعاكس، وهناك قطع عميق وقطع ضحل. يحدث القطع العميق عندما يكون الجهد المطبق على التحولات أعلى بمقدار 3-5 مرات من العتبة ويكون له قطبية معاكسة للجهد العامل. في هذه الحالة، يكون الترانزستور مفتوحًا، وتكون تيارات أقطابه صغيرة للغاية.

مع القطع الضحل، يكون الجهد المطبق على أحد الأقطاب الكهربائية أقل، وتكون تيارات القطب أعلى من القطع العميق؛ ونتيجة لذلك، تعتمد التيارات بالفعل على الجهد المطبق وفقًا للمنحنى السفلي لعائلة خصائص الإخراج، ويسمى هذا المنحنى "خاصية القطع".

على سبيل المثال، دعونا نجري عملية حسابية مبسطة لـ وضع المفتاحالترانزستور الذي سيعمل بحمل مقاوم. سوف الترانزستور منذ وقت طويليكون في حالة واحدة فقط من حالتين رئيسيتين: مفتوح تمامًا (التشبع) أو مغلق تمامًا (القطع).

دع حمل الترانزستور يكون عبارة عن لف مرحل SRD-12VDC-SL-C ، حيث ستكون مقاومة الملف عند 12 فولت اسمية 400 أوم. دعونا نتجاهل الطبيعة الاستقرائية لملف التتابع، دع المطورين يوفرون جهاز حماية من الصدمات في الوضع العابر، لكننا سنجري الحساب بناءً على حقيقة أنه سيتم تشغيل التتابع مرة واحدة ولفترة طويلة جدًا. نجد تيار المجمع باستخدام الصيغة:

Iк = (أوبيت-أوكيناس) / Rн.

أين: إيك - العاصمة.جامع؛ Upit - جهد الإمداد (12 فولت) ؛ Ukanas - جهد التشبع الترانزستور ثنائي القطب(0.5 فولت)؛ Rн - مقاومة الحمل (400 أوم).

نحصل على Ik = (12-0.5) / 400 = 0.02875 A = 28.7 مللي أمبير.

للتأكد، لنأخذ ترانزستورًا بهامش لأقصى تيار وأقصى جهد. يعتبر BD139 الموجود في حزمة SOT-32 مناسبًا. يحتوي هذا الترانزستور على معلمات Ikmax = 1.5 A، Ukemax = 80 V. وسيكون هناك هامش جيد.

لتوفير 28.7 مللي أمبير من تيار المجمع، يجب توفير تيار أساسي مطابق. يتم تحديد التيار الأساسي بالصيغة: Ib = Ik / h21e، حيث h21e هو معامل نقل التيار الثابت.

تتيح لك المقاييس المتعددة الحديثة قياس هذه المعلمة، وفي حالتنا كانت 50. وهذا يعني Ib = 0.0287 / 50 = 574 μA. إذا كانت قيمة المعامل h21e غير معروفة، فمن أجل الموثوقية، يمكنك أخذ الحد الأدنى من الوثائق الخاصة بالترانزستور المحدد.

لتحديد القيمة المطلوبة للمقاومة الأساسية. جهد تشبع الباعث الأساسي هو 1 فولت. هذا يعني أنه إذا تم التحكم عن طريق إشارة من خرج شريحة منطقية، جهدها 5 فولت، ثم لتوفير التيار الأساسي المطلوب البالغ 574 ميكرو أمبير، مع انخفاض قدره 1 فولت عند الانتقال، نحصل على :

R1 = (Uin-Ubenas) / Ib = (5-1) / 0.000574 = 6968 أوم

دعنا نختار الجانب الأصغر (بحيث يكون هناك تيار كافٍ بالتأكيد) منه النطاق القياسيالمقاوم 6.8 كيلو أوم.

ولكن لكي يتحول الترانزستور بشكل أسرع ولكي يكون التشغيل موثوقًا، سنستخدم مقاومًا إضافيًا R2 بين القاعدة والباعث، وستنخفض بعض الطاقة عبره، مما يعني أنه من الضروري تقليل مقاومة المقاوم ر1. لنأخذ R2 = 6.8 كيلو أوم ونضبط قيمة R1:

R1 = (Uin-Ubenas) / (Ib+I (من خلال المقاوم R2) = (Uin-Ubenas) / (Ib+Ubenas/R2)

R1 = (5-1) / (0.000574+1/6800) = 5547 أوم.

دع R1 = 5.1 كيلو أوم و R2 = 6.8 كيلو أوم.

لنحسب خسائر المفتاح: P = Ik * Ukenas = 0.0287 * 0.5 = 0.014 W. الترانزستور لا يحتاج إلى غرفة تبريد.