L'interruttore a transistor è l'elemento principale dei dispositivi elettronici digitali e di molti dispositivi elettronici di potenza. I parametri e le caratteristiche dell'interruttore a transistor determinano in larga misura le proprietà dei circuiti corrispondenti.
Accende i transistor bipolari . L'interruttore più semplice su un transistor bipolare, collegato secondo il circuito con emettitore comune, e il corrispondente diagramma temporale della tensione di ingresso sono presentati in Fig. 14.5.
Riso. 14.5. Interruttore a transistor bipolare
Consideriamo il funzionamento di un interruttore a transistor in condizioni stazionarie. Fino a un momento nel tempo T 1 La giunzione dell'emettitore del transistor è bloccata e il transistor è in modalità di interruzione. In questa modalità io A =– io B =IO co (IO co– corrente di collettore inversa), io eh≈ 0. Inoltre tu R B ≈tu R A ≈ 0;tu bah ≈ –U 2 ;tu ke ≈–E A .
Nel frattempo T 1 …T 2 il transistor è aperto. In ordine per la tensione attraverso il transistor tu ke Era minima, la tensione U 1 solitamente scelto in modo che il transistor sia in modalità saturazione o in una modalità borderline molto vicina alla modalità saturazione.
Interruttori a transistor ad effetto di campo caratterizzato da basse tensioni residue. Possono commutare segnali deboli (pochi microvolt o meno). Ciò è una conseguenza del fatto che le caratteristiche di uscita dei transistor ad effetto di campo passano attraverso l'origine.
Ad esempio, rappresentiamo le caratteristiche di uscita di un transistor con una transizione di controllo e un canale P-digitare la regione adiacente all'origine delle coordinate (Fig. 14.6).
Riso. 14.6. Transistor ad effetto di campo con canale di tipo p
Si prega di notare che le caratteristiche nel terzo quadrante corrispondono alle tensioni specificate tra gate e drain.
In uno stato statico, l'interruttore a transistor ad effetto di campo consuma pochissima corrente di controllo. Tuttavia, questa corrente aumenta all'aumentare della frequenza di commutazione. L'altissima resistenza di ingresso degli interruttori sui transistor ad effetto di campo fornisce effettivamente l'isolamento galvanico dei circuiti di ingresso e di uscita. Ciò consente di fare a meno dei trasformatori nei circuiti di controllo.
Nella fig. La Figura 14.7 mostra uno schema di un interruttore digitale basato su un transistor MOS con un canale indotto N-tipologia e carico resistivo e relativi diagrammi temporali.
Riso. 14.7. Chiave digitale su transistor ad effetto di campo
Il diagramma mostra la capacità di carico CON N, che modella la capacità dei dispositivi collegati a un interruttore a transistor. Ovviamente, quando il segnale in ingresso è zero, il transistor è spento e tu sì =E Con. Se la tensione è maggiore della tensione di soglia U soglia invernale transistor, quindi si apre e la tensione tu sì diminuisce.
Elementi logici
Un elemento logico (porta logica) è un circuito elettronico che esegue alcune semplici operazioni logiche. Nella fig. 14.8 mostra esempi di simboli grafici convenzionali di alcuni elementi logici.
Riso. 14.8. Elementi logici
L'elemento logico può essere realizzato come circuito integrato separato. Spesso un circuito integrato contiene diversi elementi logici.
Le porte logiche vengono utilizzate nei dispositivi elettronici digitali (dispositivi logici) per eseguire una semplice conversione di segnali logici.
Classificazione degli elementi logici. Si distinguono le seguenti classi di elementi logici (cosiddette logiche):
logica resistore-transistor (TRL);
logica diodo-transistor (DTL);
logica transistor-transistor (TTL);
logica emettitore-transistor (ETL);
logica transistor-transistor con diodi Schottky (TTLS);
R(R-MDP);
logica basata su transistor MOS con canali simili N(N-MDP);
logica basata su interruttori complementari su transistor MOS (CMOS, CMOS);
logica di iniezione integrata I 2 L;
logica basata sul semiconduttore GaAs all'arseniuro di gallio.
Attualmente le logiche più utilizzate sono: TTL, TTLSh, CMOS, ESL. Gli elementi logici e altri dispositivi elettronici digitali sono prodotti come parte delle seguenti serie di microcircuiti: TTL – K155, KM155, K133, KM133; TTLSH-530, KR531, KM531, KR1531, 533, K555, KM555, 1533, KR1533; ESL-100, K500, K1500; CMOS – 564, K561, 1564, KR1554; GaAs–K6500.
Maggior parte parametri importanti elementi logici:
Le prestazioni sono caratterizzate dal tempo di ritardo della propagazione del segnale T sp e la massima frequenza operativa F Massimo. U Il tempo di ritardo è solitamente determinato da differenze di livello di 0,5 ingresso U e 0,5Δ fuori F Massimo.
Frequenza operativa massima – questa è la frequenza alla quale il circuito rimane operativo. La capacità di carico è caratterizzata dal coefficiente di integrazione in ingresso A – questa è la frequenza alla quale il circuito rimane operativo. La capacità di carico è caratterizzata dal coefficiente di integrazione in ingresso Di – questa è la frequenza alla quale il circuito rimane operativo. (a volte viene utilizzato il termine “coefficiente di pooling dell’output”). Grandezza – questa è la frequenza alla quale il circuito rimane operativo. La capacità di carico è caratterizzata dal coefficiente di integrazione in ingresso =2…8,– questa è la frequenza alla quale il circuito rimane operativo. (a volte viene utilizzato il termine “coefficiente di pooling dell’output”).è il numero di ingressi logici, il valore – questa è la frequenza alla quale il circuito rimane operativo. (a volte viene utilizzato il termine “coefficiente di pooling dell’output”). =20…30.
L'immunità al rumore in modalità statica è caratterizzata dalla tensione U pst, che è chiamata immunità al rumore statico. Questa è la tensione di rumore statico massima consentita all'ingresso, alla quale i livelli di uscita dell'elemento logico non cambiano ancora.
La potenza consumata dal microcircuito dall'alimentatore. Se questa potenza è diversa per due stati logici, spesso viene riportato il consumo energetico medio per questi stati.
Tensione di alimentazione.
Ingresso tensioni di soglia alta e bassa U soglia ingresso1 E U soglia0input, corrispondente ad un cambiamento nello stato dell'elemento logico.
Tensioni di uscita livelli alti e bassi U uscita1 E U uscita0 .
Vengono utilizzati anche altri parametri.
Caratteristiche degli elementi logici di varie logiche. Una serie specifica di microcircuiti è caratterizzata dall'uso di un'unità elettronica standard, un elemento logico di base. Questo elemento è la base per costruire un'ampia varietà di dispositivi elettronici digitali.
Elemento TTL di base contiene un transistor multi-emettitore che esegue un'operazione logica AND e un inverter complesso (Fig. 14.9).
Riso. 14.9. Elemento TTL di base
Se un livello di bassa tensione viene applicato contemporaneamente a uno o entrambi gli ingressi, il transistor multi-emettitore è in uno stato di saturazione e il transistor T 2 è chiuso, e quindi anche il transistor T 4 è chiuso, cioè l'uscita sarà alto livello voltaggio. Se un livello elevato di tensione viene applicato contemporaneamente a entrambi gli ingressi, il transistor T 2 si apre ed entra in modalità saturazione, che porta all'apertura e alla saturazione del transistor T 4 e allo spegnimento del transistor T 3, ad es. La funzione AND-NOT è implementata. Per aumentare la velocità degli elementi TTL, vengono utilizzati transistor con diodi o transistor Schottky.
Elemento logico di base TTLSH (usando l'esempio della serie K555). L'elemento utilizzato come elemento base della serie di microcircuiti K555
AND-NOT (Fig. 14.10, UN), e nella Fig. 14.10, B viene mostrata una rappresentazione grafica di un transistor Schottky.
Riso. 14.10. Elemento logico TTLSH
Il transistor VT4 è un normale transistor bipolare. Se entrambe le tensioni di ingresso tu ingresso1 E tu vx2 sono ad alto livello, quindi i diodi VD3 e VD4 sono chiusi, i transistor VT1, VT5 sono aperti e in uscita c'è una tensione di basso livello. Se almeno un ingresso ha una tensione di basso livello, i transistor VT1 e VT5 sono chiusi e i transistor VT3 e VT4 sono aperti e all'ingresso è presente una tensione di basso livello. I microcircuiti TTLSh della serie K555 sono caratterizzati dai seguenti parametri:
tensione di alimentazione +5 IN;
tensione di uscita a basso livello non superiore a 0,4 IN;
tensione di uscita di alto livello non inferiore a 2,5 IN;
immunità al rumore – non inferiore a 0,3 V;
tempo medio di ritardo della propagazione del segnale 20 ns;
frequenza massima operativa 25 MHz.
Caratteristiche di altre logiche. La base dell'elemento logico di base dell'ESL è un interruttore di corrente, il cui circuito è simile a quello di un amplificatore differenziale. Il microcircuito ESL è alimentato da una tensione negativa (–4 IN per la serie K1500). I transistor di questo microcircuito non entrano in modalità saturazione, che è uno dei motivi delle elevate prestazioni degli elementi ESL.
Nei microcircuiti N-MOS e P Gli interruttori -MOS vengono utilizzati rispettivamente sui transistor MOS con N-canali e carico dinamico e su transistor MOS con P-canale. Per eliminare il consumo di energia da parte di un elemento logico in uno stato statico, vengono utilizzati elementi logici MIS complementari (logica CMDP o CMOS).
La logica basata sul semiconduttore in arseniuro di gallio GaAs è caratterizzata dalle massime prestazioni, che sono una conseguenza dell'elevata mobilità degli elettroni (3...6 volte maggiore rispetto al silicio). I microcircuiti basati su GaAs possono funzionare a frequenze dell'ordine di 10 GHz.
Quando si lavora con circuiti complessi, è utile utilizzare vari accorgimenti tecnici che consentono di raggiungere l'obiettivo con poco sforzo. Uno di questi è la creazione di interruttori a transistor. Cosa sono? Perché dovrebbero essere creati? Perché vengono chiamate anche “chiavi elettroniche”? Quali caratteristiche di questo processo ci sono e a cosa dovresti prestare attenzione?
Di cosa sono fatti gli interruttori a transistor?
Vengono eseguiti utilizzando campi o. I primi si dividono ulteriormente in MIS e interruttori che hanno una giunzione di controllo p-n. Tra quelli bipolari si distinguono quelli non/saturi. Un interruttore a transistor da 12 Volt sarà in grado di soddisfare le esigenze di base di un radioamatore.
Modalità operativa statica
Analizza lo stato chiuso e aperto della chiave. Nel primo, l'ingresso contiene un livello di tensione basso, che indica un segnale zero logico. In questa modalità, entrambe le transizioni avvengono nella direzione opposta (si ottiene un taglio). Ma la corrente del collettore può essere influenzata solo dalla corrente termica. Nello stato aperto, l'ingresso chiave ha un livello di tensione elevato corrispondente al segnale logico. È possibile lavorare in due modalità contemporaneamente. Tale operazione può avvenire nella regione di saturazione o nella regione lineare della caratteristica di uscita. Ci soffermeremo su di loro in modo più dettagliato.
Saturazione chiave
In questi casi, le giunzioni dei transistor sono polarizzate direttamente. Pertanto, se cambia la corrente di base, il valore sul collettore non cambierà. Nei transistor al silicio sono necessari circa 0,8 V per ottenere una polarizzazione, mentre per i transistor al germanio la tensione oscilla tra 0,2 e 0,4 V. Come si ottiene in generale la saturazione dell'interruttore? Per fare ciò, la corrente di base aumenta. Ma tutto ha i suoi limiti, così come l’aumento della saturazione. Quindi, quando viene raggiunto un certo valore corrente, smette di aumentare. Perché è necessario saturare la chiave? C'è un coefficiente speciale che riflette lo stato delle cose. Man mano che aumenta, aumenta la capacità di carico degli interruttori a transistor, i fattori destabilizzanti iniziano a influenzare con minore forza, ma le prestazioni si deteriorano. Pertanto, il valore del coefficiente di saturazione viene scelto da considerazioni di compromesso, concentrandosi sull'attività che dovrà essere eseguita.
Svantaggi di una chiave insatura
Cosa accadrà se non sarà raggiunto? valore ottimale? Quindi appariranno i seguenti svantaggi:
- Voltaggio chiave pubblica scenderà a circa 0,5 V.
- L'immunità al rumore si deteriorerà. Ciò è spiegato dall'aumento della resistenza di ingresso che si osserva negli interruttori quando sono nello stato aperto. Pertanto, anche interferenze come picchi di tensione porteranno a cambiamenti nei parametri dei transistor.
- La chiave saturata ha una significativa stabilità della temperatura.
Come puoi vedere, è ancora meglio eseguire questo processo per ottenere alla fine un dispositivo più avanzato.
Prestazione
Interazione con altri tasti
A questo scopo vengono utilizzati elementi di comunicazione. Pertanto, se il primo interruttore ha un livello di tensione elevato in uscita, il secondo si apre in ingresso e funziona nella modalità specificata. E viceversa. Un tale circuito di comunicazione influisce in modo significativo sui processi transitori che si verificano durante la commutazione e sulla velocità dei tasti. Ecco come funziona un interruttore a transistor. I più comuni sono i circuiti in cui l'interazione avviene solo tra due transistor. Ma questo non significa affatto che ciò non possa essere fatto con un dispositivo che ne utilizzerà tre, quattro o anche numero maggiore elementi. Ma in pratica è difficile trovare un'applicazione per questo, quindi non viene utilizzato il funzionamento di un interruttore a transistor di questo tipo.
Cosa scegliere
Con cosa è meglio lavorare? Immaginiamo di avere un semplice interruttore a transistor la cui tensione di alimentazione è di 0,5 V. Quindi utilizzando un oscilloscopio sarà possibile registrare tutte le variazioni. Se la corrente del collettore è impostata su 0,5 mA, la tensione diminuirà di 40 mV (alla base sarà di circa 0,8 V). Per gli standard del problema, possiamo dire che si tratta di una deviazione piuttosto significativa, che impone una limitazione all'uso in un'intera gamma di circuiti, ad esempio negli interruttori, vengono quindi utilizzati quelli speciali dove è presente un controllo p-n giunzione. I loro vantaggi rispetto alle loro controparti bipolari sono:
- Valore non significativo della tensione residua sulla chiave in condizioni di cablaggio.
- Elevata resistenza e, di conseguenza, bassa corrente che scorre attraverso l'elemento chiuso.
- Il basso consumo energetico significa che non è necessaria alcuna fonte di tensione di controllo significativa.
- È possibile commutare segnali elettrici di basso livello che ammontano a unità di microvolt.
Un interruttore a relè a transistor è un'applicazione ideale per le applicazioni sul campo. Naturalmente, questo messaggio viene pubblicato qui esclusivamente per dare ai lettori un'idea della loro applicazione. Con un po' di conoscenza e ingegno, verranno inventate moltissime possibilità di implementazioni che includono interruttori a transistor.
Esempio di lavoro
Diamo uno sguardo più da vicino a come funziona un semplice interruttore a transistor. Il segnale commutato viene trasmesso da un ingresso e rimosso dall'altra uscita. Per bloccare la chiave, al gate del transistor viene applicata una tensione che supera i valori di source e drain di un valore superiore a 2-3 V. Ma bisogna fare attenzione a non andare oltre l'intervallo consentito. Quando la chiave è chiusa, la sua resistenza è relativamente alta: più di 10 ohm. Questo valore si ottiene perché influisce anche la corrente inversa offset p-n transizione. Nello stesso stato, la capacità tra il circuito del segnale commutato e l'elettrodo di controllo oscilla nell'intervallo 3-30 pF. Ora apriamo l'interruttore del transistor. Il diagramma e la pratica mostreranno che la tensione dell'elettrodo di controllo si avvicinerà allo zero e dipende fortemente dalla resistenza di carico e dalle caratteristiche della tensione commutata. Ciò è dovuto a tutto un sistema di interazioni tra gate, drain e source del transistor. Ciò crea alcuni problemi per lavorare in modalità chopper.
Come soluzione a questo problema sono stati sviluppati vari circuiti che forniscono la stabilizzazione della tensione che scorre tra il canale e il gate. E grazie a proprietà fisiche Anche un diodo può essere utilizzato in questa capacità. Per fare ciò, dovrebbe essere incluso nella direzione in avanti della tensione di blocco. Se viene creata la situazione necessaria, il diodo si chiuderà e la giunzione pn si aprirà. Affinché quando la tensione di commutazione cambia, rimanga aperta e la resistenza del suo canale non cambi, è possibile collegare un resistore ad alta resistenza tra la sorgente e l'ingresso dell'interruttore. E la presenza di un condensatore accelererà notevolmente il processo di ricarica dei contenitori.
Calcolo dell'interruttore a transistor
Per capire, ecco un esempio di calcolo, puoi sostituire i tuoi dati:
1) Collettore-emettitore - 45 V. Potenza dissipata totale - 500 mw. Collettore-emettitore - 0,2 V. Frequenza di taglio - 100 MHz. Emettitore base - 0,9 V. Corrente di collettore - 100 mA. Coefficiente statistico di trasferimento corrente - 200.
2) Resistore per corrente 60 mA: 5-1,35-0,2 = 3,45.
3) Grado di resistenza del collettore: 3,45\0,06=57,5 Ohm.
4) Per comodità prendiamo il valore nominale di 62 Ohm: 3,45\62=0,0556 mA.
5) Contiamo la corrente di base: 56\200=0,28 mA (0,00028 A).
6) Quanto ci sarà sulla resistenza di base: 5 - 0,9 = 4,1 V.
7) Determinare la resistenza del resistore di base: 4,1\0,00028 = 14,642,9 Ohm.
Conclusione
E infine il nome “chiavi elettroniche”. Il fatto è che lo stato cambia sotto l'influenza della corrente. Com'è? Esatto, una raccolta di addebiti elettronici. Da qui deriva il secondo nome. Questo è tutto. Come puoi vedere, il principio di funzionamento e la progettazione degli interruttori a transistor non sono complicati, quindi comprenderlo è un compito fattibile. È opportuno precisare che anche l’autore di questo articolo, a titolo di ripasso, propria memoria richiesto un lavoro di consultazione. Pertanto, se hai domande sulla terminologia, ti suggerisco di ricordare la presenza dizionari tecnici e cerca lì nuove informazioni sugli interruttori a transistor.
Di che carico stiamo parlando? Sì, su qualsiasi cosa: relè, lampadine, solenoidi, motori, più LED contemporaneamente o un faretto LED di potenza per carichi pesanti. In breve, tutto ciò che consuma più di 15 mA e/o richiede una tensione di alimentazione superiore a 5 volt.
Prendi, ad esempio, un relè. Lascia che sia BS-115C. La corrente dell'avvolgimento è di circa 80 mA, la tensione dell'avvolgimento è di 12 volt. Voltaggio massimo di contatto 250V e 10A.
Collegare un relè a un microcontrollore è un compito che riguarda quasi tutti. Un problema è che il microcontrollore non può fornire la potenza necessaria per il normale funzionamento della bobina. Corrente massima che l'uscita del controller può attraversare raramente supera i 20 mA e questo è comunque considerato interessante: un'uscita potente. Di solito non più di 10 mA. Sì, la nostra tensione qui non è superiore a 5 volt e il relè ne richiede fino a 12. Esistono, ovviamente, relè con cinque volt, ma consumano più del doppio della corrente. In generale, ovunque baci una staffetta, è un asino. Cosa fare?
La prima cosa che mi viene in mente è installare un transistor. La decisione giusta- il transistor può essere selezionato per centinaia di milliampere o addirittura ampere. Se manca un transistor, possono essere accesi a cascata, quando quello debole apre quello più forte.
Poiché abbiamo accettato che 1 sia acceso e 0 sia spento (questo è logico, anche se contraddice la mia abitudine di lunga data derivante dall'architettura AT89C51), allora 1 fornirà alimentazione e 0 rimuoverà il carico. Prendiamo un transistor bipolare. Il relè richiede 80 mA, quindi cerchiamo un transistor con una corrente di collettore maggiore di 80 mA. Nei fogli dati importati questo parametro si chiama Ic, nel nostro Ic La prima cosa che mi è venuta in mente è stata il KT315, un capolavoro del transistor sovietico che veniva usato quasi ovunque :) Così arancione. Non costa più di un rublo. Noleggierà anche KT3107 con qualsiasi indice di lettere o BC546 importato (così come BC547, BC548, BC549). Per un transistor, prima di tutto, è necessario determinare lo scopo dei terminali. Dov'è il collettore, dov'è la base e dov'è l'emettitore. È meglio farlo utilizzando una scheda tecnica o un libro di consultazione. Ecco, ad esempio, un pezzo della scheda tecnica:
Se guardi il suo lato anteriore, quello con le iscrizioni, e lo tieni con le gambe abbassate, allora le conclusioni, da sinistra a destra: Emettitore, Collettore, Base.
Prendiamo il transistor e lo colleghiamo secondo questo schema:
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Il collettore al carico, l'emettitore, quello con la freccia, a terra. E la base all'uscita del controller.
Un transistor è un amplificatore di corrente, cioè se facciamo passare una corrente attraverso il circuito base-emettitore, allora una corrente pari all'ingresso può passare attraverso il circuito collettore-emettitore, moltiplicata per il guadagno h fe.
h fe per questo transistor è di diverse centinaia. Qualcosa come 300, non ricordo esattamente.
La tensione di uscita massima del microcontrollore quando fornito alla porta dell'unità = 5 volt (la caduta di tensione di 0,7 volt sulla giunzione base-emettitore può essere qui trascurata). La resistenza nel circuito di base è di 10.000 ohm. Ciò significa che la corrente, secondo la legge di Ohm, sarà pari a 5/10000 = 0,0005 A o 0,5 mA, una corrente del tutto insignificante dalla quale il controller non suderà nemmeno. E l'uscita in questo momento sarà I c =I be *h fe =0,0005*300 = 0,150A. 150 mA sono più di 100 mA, ma ciò significa semplicemente che il transistor si aprirà completamente e produrrà il massimo possibile. Ciò significa che la nostra risorsa riceverà una nutrizione completa.
Sono tutti felici, sono tutti soddisfatti? Ma no, qui c'è un peccato. In un relè, una bobina viene utilizzata come attuatore. E la bobina ha una forte induttanza, quindi è impossibile interrompere bruscamente la corrente al suo interno. Se provi a farlo, l'energia potenziale accumulata nel campo elettromagnetico uscirà in un altro posto. Con corrente di interruzione pari a zero, questo posto sarà la tensione: con una brusca interruzione della corrente, si verificherà un potente aumento di tensione attraverso la bobina, centinaia di volt. Se la corrente viene interrotta da un contatto meccanico, si verificherà una rottura dell'aria: una scintilla. E se lo spegni con un transistor, verrà semplicemente distrutto.
Dobbiamo fare qualcosa, mettere da qualche parte l'energia della bobina. Nessun problema, lo chiudiamo noi installando un diodo. A funzionamento normale Il diodo è acceso contro la tensione e non scorre corrente attraverso di esso. E quando spento, la tensione attraverso l'induttanza sarà nella direzione opposta e passerà attraverso il diodo.
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È vero, questi giochi con picchi di tensione hanno un effetto negativo sulla stabilità della rete di alimentazione del dispositivo, quindi ha senso avvitarlo vicino alle bobine tra il positivo e il meno dell'alimentatore condensatore elettrolitico altri cento microfarad. Occuperà la maggior parte della pulsazione.
Bellezza! Ma puoi fare ancora meglio: ridurre i consumi. Il relè ha una corrente di interruzione abbastanza elevata, ma la corrente di mantenimento dell'armatura è tre volte inferiore. Dipende da te, ma sono costretto dal rospo a nutrire il mulinello più di quanto meriti. Ciò significa riscaldamento, consumo energetico e molto altro ancora. Prendiamo e inseriamo anche nel circuito un condensatore polare di altri dieci microfarad con un resistore. Cosa succede ora:
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Quando il transistor si apre, il condensatore C2 non è ancora carico, il che significa che al momento della sua carica lo è quasi cortocircuito e la corrente scorre attraverso la bobina senza restrizioni. Non per molto, ma è sufficiente per rompere l'armatura del relè dalla sua posizione. Quindi il condensatore si caricherà e si trasformerà in un circuito aperto. E il relè sarà alimentato tramite un resistore limitatore di corrente. Il resistore e il condensatore devono essere selezionati in modo tale che il relè funzioni chiaramente.
Dopo la chiusura del transistor, il condensatore si scarica attraverso il resistore. Ciò porta al problema opposto: se provi immediatamente ad accendere il relè quando il condensatore non si è ancora scaricato, potrebbe non esserci abbastanza corrente per lo strappo. Quindi qui dobbiamo pensare a quale velocità scatterà il relè. Il Conder, ovviamente, si scaricherà in una frazione di secondo, ma a volte è troppo.
Aggiungiamo un altro aggiornamento.
Quando il relè si apre, l'energia campo magnetico viene rilasciato attraverso il diodo, solo che allo stesso tempo la corrente continua a fluire nella bobina, il che significa che continua a trattenere l'armatura. Il tempo che intercorre tra la rimozione del segnale di controllo e la perdita del gruppo di contatto aumenta. Zapadlo. È necessario creare un ostacolo al flusso di corrente, ma tale da non uccidere il transistor. Colleghiamo un diodo zener con una tensione di apertura inferiore alla tensione di rottura limite del transistor.
Da un pezzo della scheda tecnica si può vedere che la tensione massima base collettore per BC549 è di 30 volt. Avvitiamo il diodo zener per 27 volt: profitto!
Di conseguenza, forniamo un picco di tensione sulla bobina, ma è controllato e al di sotto del punto critico di rottura. Pertanto, riduciamo significativamente (di diverse volte!) il ritardo di spegnimento.
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Adesso puoi allungarti con soddisfazione e cominciare a grattare faticosamente le tue rape per capire come depositare tutta questa spazzatura circuito stampato... Dobbiamo cercare compromessi e lasciare solo ciò che è necessario in un dato schema. Ma questo è un istinto ingegneristico e viene fornito con l'esperienza.
Naturalmente, invece di un relè, puoi collegare una lampadina e un solenoide e persino un motore, se la corrente lo trasporta. Il relè è preso come esempio. Ebbene, ovviamente, la lampadina non richiede l'intero kit diodi-condensatori.
Per ora basta. La prossima volta vi parlerò dei gruppi Darlington e degli interruttori MOSFET.
IN dispositivi a impulsi molto spesso puoi trovare interruttori a transistor. Gli interruttori a transistor sono presenti in infradito, interruttori, multivibratori, oscillatori di blocco e altri. circuiti elettronici. In ciascun circuito, l'interruttore a transistor svolge la propria funzione e, a seconda della modalità operativa del transistor, il circuito dell'interruttore nel suo insieme può cambiare, ma il principale schema elettrico l'interruttore a transistor è il seguente:
Esistono diverse modalità principali di funzionamento dell'interruttore a transistor: normale modalità attiva, modalità di saturazione, modalità di taglio e attiva modalità inversa. Sebbene un circuito interruttore a transistor sia in linea di principio un circuito amplificatore a transistor a emettitore comune, le sue funzioni e modalità differiscono da quelle di un tipico stadio amplificatore.
Nelle applicazioni chiave, il transistor funge da interruttore ad alta velocità e gli stati statici principali sono due: il transistor è spento e il transistor è acceso. Lo stato bloccato è uno stato aperto quando il transistor è in modalità di interruzione. Stato chiuso: lo stato di saturazione del transistor o uno stato vicino alla saturazione, in questo stato il transistor è aperto. Quando un transistor passa da uno stato all'altro, questa è una modalità attiva in cui i processi nella cascata procedono in modo non lineare.
Gli stati statici sono descritti in base alle caratteristiche statiche del transistor. Esistono due caratteristiche: la famiglia di uscita - la dipendenza della corrente del collettore dalla tensione collettore-emettitore e la famiglia di ingresso - la dipendenza della corrente di base dalla tensione base-emettitore.
La modalità di cutoff è caratterizzata da uno spostamento di entrambi giunzioni p-n transistor nella direzione opposta e c'è un taglio profondo e un taglio poco profondo. Il cutoff profondo si verifica quando la tensione applicata alle transizioni è 3-5 volte superiore alla soglia e ha la polarità opposta a quella di lavoro. In questo stato, il transistor è aperto e le correnti dei suoi elettrodi sono estremamente piccole.
Con un'interruzione poco profonda, la tensione applicata a uno degli elettrodi è inferiore e le correnti degli elettrodi sono più elevate rispetto a un'interruzione profonda, di conseguenza le correnti dipendono già dalla tensione applicata secondo la curva inferiore della famiglia di; caratteristiche di uscita, questa curva è chiamata “caratteristica di taglio”.
Ad esempio, eseguiamo un calcolo semplificato per modalità chiave transistor che funzionerà con un carico resistivo. Il transistor lo farà a lungo trovarsi in uno solo dei due stati principali: completamente aperto (saturazione) o completamente chiuso (cutoff).
Lascia che il carico del transistor sia l'avvolgimento del relè SRD-12VDC-SL-C, la cui resistenza della bobina a 12 V nominali sarà di 400 Ohm. Ignoriamo la natura induttiva dell'avvolgimento del relè, lasciamo che gli sviluppatori forniscano uno smorzatore per la protezione dalle sovratensioni in modalità transitoria, ma eseguiremo il calcolo in base al fatto che il relè verrà acceso una volta e per un tempo molto lungo. Troviamo la corrente del collettore utilizzando la formula:
Iê = (Upit-Ukenas) / Rí.
Dove: Iк - DC collettore; Upit - tensione di alimentazione (12 volt); Ukanas - tensione di saturazione transistor bipolare(0,5 volt); Rí - resistenza al carico (400 Ohm).
Otteniamo Ik = (12-0,5) / 400 = 0,02875 A = 28,7 mA.
Per essere sicuri, prendiamo un transistor con un margine per la corrente massima e la tensione massima. Il BD139 nel pacchetto SOT-32 è adatto. Questo transistor ha parametri Ikmax = 1,5 A, Ukemax = 80 V. Ci sarà un buon margine.
Per fornire 28,7 mA di corrente di collettore è necessario fornire una corrente di base corrispondente. La corrente di base è determinata dalla formula: Ib = Ik / h21e, dove h21e è il coefficiente di trasferimento della corrente statica.
I multimetri moderni consentono di misurare questo parametro e nel nostro caso era 50. Ciò significa Ib = 0,0287 / 50 = 574 µA. Se il valore del coefficiente h21e è sconosciuto, per affidabilità è possibile prendere il minimo dalla documentazione per questo transistor.
Per determinare il valore richiesto del resistore di base. La tensione di saturazione dell'emettitore base è di 1 volt. Ciò significa che se il controllo viene effettuato da un segnale dall'uscita di un chip logico, la cui tensione è 5 V, quindi per fornire la corrente di base richiesta di 574 μA, con una caduta di 1 V alla transizione, otteniamo :
R1 = (Uin-Ubenas) / Ib = (5-1) / 0,000574 = 6968 Ohm
Scegliamo il lato più piccolo (in modo che ci sia sicuramente abbastanza corrente) da gamma standard resistenza 6,8 kOhm.
MA, affinché il transistor possa commutare più velocemente e affinché l'operazione sia affidabile, utilizzeremo un resistore aggiuntivo R2 tra la base e l'emettitore, e una certa potenza cadrà attraverso di esso, il che significa che è necessario abbassare la resistenza del resistore R1. Prendiamo R2 = 6,8 kOhm e regoliamo il valore di R1:
R1 = (Uin-Ubenas) / (Ib+I (attraverso il resistore R2) = (Uin-Ubenas) / (Ib+Ubenas/R2)
R1 = (5-1) / (0,000574+1/6800) = 5547 Ohm.
Sia R1 = 5,1 kOhm e R2 = 6,8 kOhm.
Calcoliamo le perdite sull'interruttore: P = Ik * Ukenas = 0,0287 * 0,5 = 0,014 W. Il transistor non richiede un dissipatore di calore.