מתג אלקטרוני טרנזיסטור - עקרון הפעולה וסכמטי

במכשירי דופק ניתן למצוא לרוב מתגי טרנזיסטור. מתגי טרנזיסטור נמצאים בכפכפים, מתגים, מולטי ויברטורים, גנרטורים חוסמים ומעגלים אלקטרוניים אחרים. בכל מעגל, מתג הטרנזיסטור מבצע את תפקידו, ובהתאם למצב הפעולה של הטרנזיסטור, מעגל המתג בכללותו עשוי להשתנות, אך התרשים הסכמטי הבסיסי של מתג הטרנזיסטור הוא כדלקמן:

ישנם מספר מצבי פעולה בסיסיים של מתג טרנזיסטור: מצב פעיל רגיל, מצב רוויה, מצב ניתוק ומצב הפוך פעיל. למרות שמעגל מתג הטרנזיסטור הוא בעצם מעגל מגבר טרנזיסטור פולט נפוץ, מעגל זה שונה בתפקוד ובמצב ממגבר טיפוסי.

ביישום מפתח, הטרנזיסטור משמש כמתג מהיר, והמצבים הסטטיים העיקריים הם שניים: הטרנזיסטור כבוי והטרנזיסטור פועל. מצב נעול - מצב פתוח כאשר הטרנזיסטור נמצא במצב ניתוק.מצב סגור - מצב הרוויה של הטרנזיסטור או מצב קרוב לרוויה, שבו הטרנזיסטור פתוח. כאשר הטרנזיסטור עובר ממצב אחד לאחר, זהו מצב פעיל בו התהליכים במפל אינם ליניאריים.

מצבים סטטיים מתוארים על פי המאפיינים הסטטיים של הטרנזיסטור. ישנם שני מאפיינים: משפחת המוצא - התלות של זרם האספן במתח הקולטן-פולט ומשפחת הקלט - התלות של זרם הבסיס במתח הבסיס-פולט.

מצב החיתוך מאופיין בהטיה של שני חיבורי ה-pn של הטרנזיסטור בכיוון ההפוך, ויש חתך עמוק וחתך רדוד. התמוטטות עמוקה היא כאשר המתח המופעל על הצמתים גבוה פי 3-5 מהסף ובעל קוטביות הפוכה לזו הפועלת. במצב זה, הטרנזיסטור פתוח, והזרמים באלקטרודות שלו קטנים ביותר.

בהפסקה רדודה, המתח המופעל על אחת האלקטרודות נמוך יותר וזרמי האלקטרודות גבוהים יותר מאשר בהפסקה עמוקה, וכתוצאה מכך הזרמים כבר תלויים במתח המופעל לפי העקומה התחתונה של משפחת מאפייני המוצא. , עקומה זו נקראת "המאפיין המגביל" ...

לדוגמה, נבצע חישוב פשוט עבור מצב המפתח של הטרנזיסטור שיפעל על עומס התנגדות. טרנזיסטור יישאר במשך זמן רב רק באחד משני מצבים בסיסיים: פתוח לחלוטין (רוויה) או סגור לחלוטין (ניתוק).

תנו לעומס הטרנזיסטור להיות הסליל של הממסר SRD-12VDC-SL-C, שהתנגדות הסליל שלו ב-12 V נומינלי תהיה 400 אוהם.אנחנו מתעלמים מהאופי האינדוקטיבי של סליל הממסר, נותנים למפתחים לספק משתיק קול כדי להגן מפני פליטות חולפות, אבל נעשה חישוב על סמך העובדה שהממסרים יופעלו פעם אחת ולמשך זמן רב מאוד. אנו מוצאים את זרם האספן לפי הנוסחה:

Ik = (Upit-Ukenas) / Rn.

איפה: Ik - זרם ישר של הקולט; Usup - מתח אספקה ​​(12 וולט); Ukenas - מתח הרוויה של הטרנזיסטור הדו קוטבי (0.5 וולט); Rn - התנגדות עומס (400 אוהם).

נקבל Ik = (12-0.5) / 400 = 0.02875 A = 28.7 mA.

למען הנאמנות, ניקח טרנזיסטור עם מרווח לזרם המגביל והמתח המגביל. BD139 בחבילה SOT-32 יתאים. לטרנזיסטור הזה יש פרמטרים Ikmax = 1.5 A, Ukemax = 80 V. יהיו מרווחים טובים.

על מנת לספק זרם קולט של 28.7 mA יש לספק זרם בסיס מתאים. זרם הבסיס נקבע לפי הנוסחה: Ib = Ik / h21e, כאשר h21e הוא מקדם העברת הזרם הסטטי.

מולטימטרים מודרניים מאפשרים לך למדוד את הפרמטר הזה, ובמקרה שלנו זה היה 50. אז Ib = 0.0287 / 50 = 574 μA. אם הערך של מקדם h21e אינו ידוע, עבור אמינות אתה יכול לקחת את המינימום מהתיעוד של טרנזיסטור זה.

כדי לקבוע את ערך הנגד הבסיסי הנדרש. מתח הרוויה של הפולט הראשי הוא 1 וולט. משמעות הדבר היא שאם הבקרה מתבצעת על ידי אות מהפלט של מיקרו-מעגל לוגי, שהמתח שלו הוא 5 V, אז כדי לספק את זרם הבסיס הדרוש של 574 μA, עם ירידה במעבר של 1 V, אנו מקבלים :

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

בואו נבחר את הצד הקטן יותר (כדי שהזרם יספיק לחלוטין) של הנגד הסטנדרטי של 6.8 קילו אוהם.

אבל, כדי שהטרנזיסטור יעבור מהר יותר והפעולה תהיה אמינה, נשתמש בנגד R2 נוסף בין הבסיס לפולט, וייפול עליו קצת כוח, מה שאומר שיש צורך להפחית את ההתנגדות של נגד R1. בואו ניקח R2 = 6.8 kΩ ונתאים את הערך של R1:

R1 = (Uin-Ubenas) / (Ib + I (דרך הנגד R2) = (Uin-Ubenas) / (Ib + Ubenas / R2)

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

תן R1 = 5.1 kΩ ו- R2 = 6.8 kΩ.

בוא נחשב את הפסדי המתג: P = Ik * Ukenas = 0.0287 * 0.5 = 0.014 W. הטרנזיסטור אינו זקוק לגוף קירור.