Transistorbetjening i nøgletilstand

For at forenkle historien kan du forestille dig transistor i form af en variabel modstand. Konklusionen af ​​basen er bare selve grebet, som du kan vri. I dette tilfælde ændres modstanden for kollektor - emitterafsnittet. Selvfølgelig behøver du ikke at vri basen, den kan komme af. Men at anvende en vis spænding på det i forhold til emitteren er selvfølgelig muligt.

Hvis spændingen overhovedet ikke anvendes, men blot tag og luk konklusionerne fra basen og emitteren, selvom ikke kort, men gennem en modstand på flere KOhms. Det viser sig, at base-emitter-spændingen (Ube) er nul. Derfor er der ingen basestrøm. Transistoren er lukket, kollektorstrømmen er ubetydelig, lige den samme startstrøm. Omtrent det samme som en diode i den modsatte retning! I dette tilfælde siger de, at transistoren er i OFF-position, hvilket på almindeligt sprog betyder, at den er lukket eller låst.

Den modsatte tilstand kaldes SATURATION. Dette er når transistoren er helt åben, så der ikke er nogen steder at åbne yderligere. Med en sådan åbningsgrad er modstanden for kollektor-emitter-sektionen så lille, at det simpelthen er umuligt at tænde transistoren uden belastning i kollektorkredsløbet, den brænder øjeblikkeligt. I dette tilfælde kan restspændingen på kollektoren kun være 0,3 ... 0,5V.

For at bringe transistoren til en sådan tilstand er det nødvendigt at tilvejebringe en tilstrækkelig stor basestrøm ved at påføre en stor spænding Ube til den i forhold til emitteren i størrelsesordenen 0,6 ... 0,7V. Ja, for en base-emitter-kryds er en sådan spænding uden en begrænsende modstand meget stor. Når alt kommer til alt, er transistorens indgangskarakteristik, der er vist i figur 1, meget lig den direkte gren af ​​diodens karakteristik.

Figur 1. Transistorindgangskarakteristik

Disse to tilstande - mætning og afbrydelse - bruges, når transistoren er i nøgletilstand som en normal relækontakt. Hovedpunktet i denne tilstand er, at en lille basestrøm styrer en stor kollektorstrøm, som er flere titusinder større end basestrømmen. En stor opsamlerstrøm opnås på grund af en ekstern energikilde, men stadig er den nuværende forstærkning, som de siger, indlysende. Et simpelt eksempel: en lille mikrokredsløb tænder en stor pære!

For at bestemme størrelsen af ​​en sådan forstærkning af transistoren i nøgletilstand anvendes "strømforstærkning i det store signaltilstand". I bibliotekerne fra er angivet med det græske bogstav β "betta". For næsten alle moderne transistorer bestemmes denne koefficient, når man arbejder i nøgletilstand, ikke mindre end 10 ... 20 β som forholdet mellem den maksimale mulige kollektorstrøm og den mindst mulige basestrøm. Størrelsen er dimensionløs, bare "hvor mange gange."

ß ≥ Ic / Ib

Selv hvis basestrømmen er mere end krævet, er der ingen særlige problemer: transistoren vil stadig ikke være i stand til at åbne mere. Derfor er det i mætningstilstand. Foruden traditionelle transistorer bruges Darlington eller sammensatte transistorer til at fungere i nøgletilstand. Deres "super-betta" kan nå 1000 eller flere gange.

Sådan beregnes nøgletrinnets driftstilstand

For ikke at være helt ubegrundet, lad os forsøge at beregne driftsformen for nøglekaskaden, hvis kredsløb er vist i figur 2.

Figur 2

Denne kaskades opgave er meget enkel: tænd og sluk for pæren. Naturligvis kan belastningen være alt - en relæspole, en elektrisk motor, bare en modstand, men du ved aldrig hvad. Pæren blev taget bare for at gøre eksperimentet klart og forenkle det. Vores opgave er lidt mere kompliceret. Det kræves at beregne værdien af ​​modstanden Rb i basiskredsløbet, så pæren brænder til fuld varme.

Sådanne pærer bruges til at belyse instrumentbrættet i husbiler, så det er let at finde det. KT815-transistoren med en kollektorstrøm på 1,5A er meget velegnet til en sådan oplevelse.

Den mest interessante ting i hele denne historie er, at der ikke tages højde for spændinger i beregningerne, så længe betingelsen ß ≥ Ic / Ib er opfyldt. Derfor kan pæren have en driftsspænding på 200V, og basiskredsløbet kan styres fra mikrochips med en forsyningsspænding på 5V. Hvis transistoren er designet til at arbejde med en sådan spænding på solfangeren, vil lyset blinke uden problemer.

Men i vores eksempel forventes ingen mikrokredsløb, basiskredsløbet styres simpelthen af ​​en kontakt, der simpelthen leverer 5V. Pære til spænding 12V, forbrugsstrøm 100mA. Det antages, at vores transistor har β nøjagtigt 10. Spændingsfaldet ved base-emitterkrydset er Ube = 0,6V. Se indgangskarakteristik i figur 1.

Med sådanne data skal strømmen i basen være Ib = Ik / β = 100/10 = 10 (mA).

Spændingen ved basismodstanden Rb vil være (minus spændingen ved base-emitterkrydset) 5V - Ube = 5V - 0.6V = 4.4V.

Vi husker Ohms lov: R = U / I = 4.4V / 0.01A = 440ohm. I henhold til SI-systemet erstatter vi spændingen i volt, strømmen i ampere, resultatet er i Ohms. Fra standardserien vælger vi en modstand med en modstand på 430 ohm. På denne beregning kan betragtes som komplet.

Men som nøje ser på kredsløbet, kan spørge: ”Hvorfor blev der ikke sagt noget om modstanden mellem basen og emitteren Rbe? De glemte bare ham, eller er han virkelig brug for? ”

Formålet med denne modstand er pålideligt at lukke transistoren i det øjeblik, hvor knappen er åben. Faktum er, at hvis basen "hænger i luften", er effekten simpelthen af ​​interferens på den garanteret, især hvis ledningen til knappen er lang nok. Hvad er ikke antennen? Næsten som en detektormodtager.

For pålideligt at lukke transistoren for at gå ind i den i afskærmningstilstand er det nødvendigt, at potentialerne for emitteren og basen er lige. Det ville være nemmest at bruge en skiftekontakt i vores "træningsplan". Det er nødvendigt at tænde lysafbryderkontakten til + 5V, og når det var nødvendigt at slukke - luk bare indgangen til hele kaskaden til jorden.

Men det er ikke altid og ikke overalt, at luksus kan tillades, såsom ekstra kontakt. Derfor er det lettere at tilpasse basisens og emitterens potentialer med modstanden Rbe. Værdien af ​​denne modstand behøver ikke beregnes. Normalt tages det lig med ti RB. I henhold til praktiske data skal dens værdi være 5 ... 10K.

Det betragtede kredsløb er en type kredsløb med en fælles emitter. To funktioner kan bemærkes her. For det første bruger dette 5V som styringsspænding. Det er denne spænding, der bruges, når nøgletrinnet er forbundet til digitale kredsløb, eller som det nu er mere sandsynligt mikrocontrollere.

For det andet inverteres kollektorsignalet i forhold til basesignalet. Hvis der er spænding i basen, er kontakten lukket ved + 5V, så på samleren falder den til næsten nul. Nå, ikke til nul, selvfølgelig, men til den spænding, der er angivet i biblioteket. På samme tid er pæren ikke visuelt vendt - der er et signal i basen, der er lys.

Invertering af indgangssignalet forekommer ikke kun i nøgletilstanden for transistoren, men også i forstærkningstilstand. Men dette vil blive diskuteret i næste del af artiklen.

Boris Aladyshkin 

P. S. Før installation i kredsløbet er det meget ofte nødvendigt at kontrollere transistorer for driftsevne. Se, hvordan du gør det lige her - Enkel test af transistorer i praksis.

Comments

[#1]

Transistorer er typisk lidt forskellige fra hinanden, og modstande i emitterkredsløb er nødvendige for at udligne strømme. De skal vælges, så spændingsfaldet ved den maksimale strømværdi på dem er cirka 0,2V.

[#2 Oleg]

God eftermiddagMit spørgsmål er: et kredsløb med en bipolær n-p-n-transistor udløses af en kortslutning med en knap gennem en base- og kollektormodstand. Kredsløbet er slukket ved at slukke for strømmen (12 volt DC). Det er nødvendigt at automatisere tænding og slukning af kredsløbet med givne intervaller, en cyklisk timer er tilgængelig. Spørgsmålet er. at det er umuligt at tænde for kredsløbet blot ved at levere strøm til kredsløbet - det starter ikke, før du lukker samleren med basen. Hvordan starter transistoren samtidig med strømforsyning til kredsløbet? Er det muligt at holde bunden og samleren lukket gennem en modstand i 15-20 sekunder lang? Hilsen Oleg.