Công tắc điện tử Transistor - Nguyên lý hoạt động và sơ đồ

Trong các thiết bị xung, bạn thường có thể tìm thấy các công tắc bóng bán dẫn. Công tắc bóng bán dẫn được tìm thấy trong flip-flop, công tắc, bộ đa hài, bộ tạo chặn và các mạch điện tử khác. Trong mỗi mạch, công tắc bóng bán dẫn thực hiện chức năng của nó và tùy thuộc vào chế độ hoạt động của bóng bán dẫn, toàn bộ mạch của công tắc có thể thay đổi, nhưng sơ đồ cơ bản của công tắc bóng bán dẫn như sau:

Có một số chế độ hoạt động cơ bản của công tắc bóng bán dẫn: chế độ hoạt động bình thường, chế độ bão hòa, chế độ cắt và chế độ đảo ngược hoạt động. Mặc dù mạch chuyển đổi bóng bán dẫn về cơ bản là một mạch khuếch đại bóng bán dẫn bộ phát thông thường, nhưng mạch này khác về chức năng và chế độ so với một bộ khuếch đại điển hình.

Trong một ứng dụng quan trọng, bóng bán dẫn đóng vai trò là một công tắc nhanh và có hai trạng thái tĩnh chính: bóng bán dẫn tắt và bóng bán dẫn bật. Trạng thái chốt - Trạng thái mở khi bóng bán dẫn ở chế độ cắt.Trạng thái đóng - trạng thái bão hòa của bóng bán dẫn hoặc trạng thái gần bão hòa, trong đó bóng bán dẫn ở trạng thái mở. Khi bóng bán dẫn chuyển từ trạng thái này sang trạng thái khác, đó là chế độ hoạt động trong đó các quá trình trong tầng là phi tuyến tính.

Các trạng thái tĩnh được mô tả theo đặc tính tĩnh của tranzito. Có hai đặc điểm: họ đầu ra — sự phụ thuộc của dòng thu vào điện áp cực thu-phát và họ đầu vào — sự phụ thuộc của dòng cơ sở vào điện áp cơ sở-bộ phát.

Chế độ cắt được đặc trưng bởi sự sai lệch của hai điểm nối pn của bóng bán dẫn theo hướng ngược lại, và có một điểm cắt sâu và một điểm cắt nông. Sự cố sâu là khi điện áp đặt vào các mối nối cao hơn ngưỡng 3-5 lần và có cực tính ngược với điện áp đang hoạt động. Ở trạng thái này, bóng bán dẫn mở và dòng điện ở các điện cực của nó cực kỳ nhỏ.

Khi ngắt nông, điện áp đặt vào một trong các điện cực thấp hơn và dòng điện cực cao hơn so với khi ngắt sâu, kết quả là dòng điện đã phụ thuộc vào điện áp đặt theo đường cong dưới của họ đặc tính đầu ra , đường cong này được gọi là «đặc tính giới hạn» ...

Ví dụ: chúng tôi sẽ thực hiện một phép tính đơn giản cho chế độ chính của bóng bán dẫn sẽ hoạt động trên tải điện trở. Một bóng bán dẫn sẽ tồn tại trong một thời gian dài chỉ ở một trong hai trạng thái cơ bản: mở hoàn toàn (bão hòa) hoặc đóng hoàn toàn (ngắt).

Đặt tải của bóng bán dẫn là cuộn dây của rơle SRD-12VDC-SL-C, có điện trở cuộn dây ở 12 V danh nghĩa sẽ là 400 ohms.Chúng tôi bỏ qua bản chất cảm ứng của cuộn dây rơle, hãy để các nhà phát triển cung cấp bộ giảm thanh để bảo vệ chống phát xạ nhất thời, nhưng chúng tôi sẽ tính toán dựa trên thực tế là rơle sẽ bật một lần và trong một thời gian rất dài. Chúng tôi tìm thấy bộ thu hiện tại theo công thức:

Ik = (Upit-Ukenas) / Rn.

Trong đó: Ik — dòng điện một chiều của bộ thu; Sử dụng - điện áp cung cấp (12 volt); Ukenas — điện áp bão hòa của bóng bán dẫn lưỡng cực (0,5 vôn); Rn - điện trở tải (400 Ohm).

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

Để có độ trung thực, chúng ta hãy lấy một bóng bán dẫn có giới hạn cho dòng điện giới hạn và điện áp giới hạn. Một BD139 trong gói SOT-32 sẽ làm được. Transistor này có thông số Ikmax = 1,5 A, Ukemax = 80 V. Sẽ có biên độ tốt.

Để cung cấp dòng điện thu 28,7 mA, phải cung cấp dòng điện cơ sở phù hợp. Dòng điện cơ sở được xác định theo công thức: Ib = Ik / h21e, trong đó h21e là hệ số truyền dòng tĩnh.

Đồng hồ vạn năng hiện đại cho phép bạn đo tham số này và trong trường hợp của chúng tôi là 50. Vì vậy, Ib = 0,0287 / 50 = 574 μA. Nếu giá trị của hệ số h21e là không xác định, để đảm bảo độ tin cậy, bạn có thể lấy giá trị tối thiểu từ tài liệu cho bóng bán dẫn này.

Để xác định giá trị điện trở cơ bản cần thiết. Điện áp bão hòa của bộ phát chính là 1 volt. Điều này có nghĩa là nếu việc điều khiển được thực hiện bằng tín hiệu từ đầu ra của vi mạch logic, điện áp của nó là 5 V, thì để cung cấp dòng cơ sở cần thiết là 574 μA, với mức giảm khi chuyển đổi 1 V, chúng ta sẽ nhận được :

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

Hãy chọn phía nhỏ hơn (để dòng điện được cung cấp đầy đủ) của điện trở 6,8 kOhm sê-ri tiêu chuẩn.

NHƯNG, để bóng bán dẫn chuyển đổi nhanh hơn và hoạt động đáng tin cậy, chúng ta sẽ sử dụng thêm một điện trở R2 giữa đế và bộ phát, và một phần điện năng sẽ rơi vào nó, điều đó có nghĩa là cần phải giảm điện trở của bóng bán dẫn. điện trở R1. Hãy lấy R2 = 6,8 kΩ và điều chỉnh giá trị của R1:

R1 = (Uin-Ubenas) / (Ib + I (qua điện trở R2) = (Uin-Ubenas) / (Ib + Ubenas / R2)

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

Đặt R1 = 5,1 kΩ và R2 = 6,8 kΩ.

Hãy tính tổn thất của công tắc: P = Ik * Ukenas = 0,0287 * 0,5 = 0,014 W. Bóng bán dẫn không cần tản nhiệt.