Tranzistorska elektronička sklopka - princip rada i shema

U pulsnim uređajima često možete pronaći tranzistorske sklopke. Tranzistorske sklopke nalazimo u flip-flopovima, sklopkama, multivibratorima, blok generatorima i drugim elektroničkim sklopovima. U svakom strujnom krugu tranzistorska sklopka obavlja svoju funkciju, a ovisno o načinu rada tranzistora može se mijenjati sklop sklopke u cjelini, ali je osnovna shema tranzistorske sklopke sljedeća:

Postoji nekoliko osnovnih načina rada tranzistorske sklopke: normalni aktivni način, način zasićenja, način prekida i aktivni obrnuti način. Iako je krug tranzistorske sklopke u osnovi krug pojačala tranzistora sa uobičajenim emiterom, ovaj se krug razlikuje po funkciji i načinu rada od tipičnog pojačala.

U ključnoj primjeni, tranzistor služi kao brzi prekidač, a glavna statička stanja su dva: tranzistor je isključen i tranzistor je uključen. Stanje zaključavanja — Otvoreno stanje kada je tranzistor u načinu rada prekida.Zatvoreno stanje - stanje zasićenja tranzistora ili stanje blizu zasićenja, u kojem je stanju tranzistor otvoren. Kada tranzistor prelazi iz jednog stanja u drugo, radi se o aktivnom načinu rada u kojem su procesi u kaskadi nelinearni.

Statička stanja se opisuju prema statičkim karakteristikama tranzistora. Postoje dvije karakteristike: izlazna familija — ovisnost kolektorske struje o naponu kolektor-emiter i ulazna familija — ovisnost bazne struje o naponu baza-emiter.

Režim rezanja karakterizira prednapon dvaju pn spojeva tranzistora u suprotnom smjeru, a postoji duboki rez i plitki rez. Duboki slom je kada je napon primijenjen na spojeve 3-5 puta veći od praga i ima suprotan polaritet od radnog. U tom stanju, tranzistor je otvoren, a struje na njegovim elektrodama su izuzetno male.

U plitkom prekidu, napon primijenjen na jednu od elektroda je niži, a struje elektrode su veće nego u dubokom prekidu, s rezultatom da struje već ovise o primijenjenom naponu prema nižoj krivulji obitelji izlaznih karakteristika , ova se krivulja naziva «ograničavajuća karakteristika» ...

Na primjer, izvršit ćemo pojednostavljeni izračun za ključni način rada tranzistora koji će raditi na otpornom opterećenju. Tranzistor će dugo ostati samo u jednom od dva osnovna stanja: potpuno otvoren (zasićenje) ili potpuno zatvoren (cutoff).

Neka opterećenje tranzistora bude zavojnica releja SRD-12VDC-SL-C, čiji će otpor zavojnice pri nazivnom naponu od 12 V biti 400 ohma.Zanemarujemo induktivnu prirodu zavojnice releja, dopuštamo programerima da osiguraju prigušivač za zaštitu od prolaznih emisija, ali izračunat ćemo na temelju činjenice da će se releji uključiti jednom i na jako dugo vrijeme. Struju kolektora nalazimo po formuli:

Ik = (Upit-Ukenas) / Rn.

Gdje je: Ik — istosmjerna struja kolektora; Usup — napon napajanja (12 volti); Ukenas — napon zasićenja bipolarnog tranzistora (0,5 volta); Rn — otpor opterećenja (400 Ohma).

Dobivamo Ik = (12-0,5) / 400 = 0,02875 A = 28,7 mA.

Za vjernost, uzmimo tranzistor s rezervom za graničnu struju i granični napon. BD139 u SOT-32 paketu će poslužiti. Ovaj tranzistor ima parametre Ikmax = 1,5 A, Ukemax = 80 V. Bit će dobra margina.

Da bi se osigurala struja kolektora od 28,7 mA, mora se osigurati odgovarajuća struja baze.Struja baze se određuje po formuli: Ib = Ik / h21e, gdje je h21e statički koeficijent prijenosa struje.

Moderni multimetri omogućuju vam mjerenje ovog parametra, au našem slučaju bilo je 50. Dakle, Ib = 0,0287 / 50 = 574 μA. Ako je vrijednost koeficijenta h21e nepoznata, za pouzdanost možete uzeti minimum iz dokumentacije za ovaj tranzistor.

Za određivanje potrebne vrijednosti osnovnog otpornika. Napon zasićenja glavnog emitera je 1 volt. To znači da ako se kontrola provodi signalom s izlaza logičkog mikro kruga, čiji je napon 5 V, tada za osiguranje potrebne bazne struje od 574 μA, s padom na prijelazu od 1 V, dobivamo :

R1 = (Uin-Ubenas) / Ib = (5-1) / 0,000574 = 6968 Ohm

Izaberimo manju stranu (tako da struja bude sasvim dovoljna) standardnog otpornika serije 6,8 kOhm.

ALI, da bi se tranzistor brže prebacivao i rad bio pouzdan, koristit ćemo dodatni otpornik R2 između baze i emitera, na koji će pasti nešto snage, što znači da je potrebno smanjiti otpor otpornik R1. Uzmimo R2 = 6,8 kΩ i prilagodimo vrijednost R1:

R1 = (Uin-Ubenas) / (Ib + I (preko otpornika R2) = (Uin-Ubenas) / (Ib + Ubenas / R2)

R1 = (5-1) / (0,000574 + 1/6800) = 5547 ohma.

Neka je R1 = 5,1 kΩ i R2 = 6,8 kΩ.

Izračunajmo gubitke prekidača: P = Ik * Ukenas = 0,0287 * 0,5 = 0,014 W. Tranzistor ne treba hladnjak.