สวิตช์อิเล็กทรอนิกส์ทรานซิสเตอร์ - หลักการทำงานและแผนผัง

ในอุปกรณ์พัลส์ คุณมักจะพบสวิตช์ทรานซิสเตอร์ สวิตช์ทรานซิสเตอร์พบได้ในฟลิปฟล็อป สวิตช์ มัลติไวเบรเตอร์ บล็อกเกอร์เจนเนอเรเตอร์ และวงจรอิเล็กทรอนิกส์อื่นๆ ในแต่ละวงจร สวิตช์ทรานซิสเตอร์ทำหน้าที่ของมัน และขึ้นอยู่กับโหมดการทำงานของทรานซิสเตอร์ วงจรของสวิตช์โดยรวมอาจเปลี่ยนแปลงได้ แต่แผนภาพพื้นฐานของสวิตช์ทรานซิสเตอร์มีดังนี้:

มีโหมดการทำงานพื้นฐานหลายโหมดของสวิตช์ทรานซิสเตอร์: โหมดแอคทีฟปกติ โหมดความอิ่มตัว โหมดคัตออฟ และโหมดแอคทีฟย้อนกลับ แม้ว่าวงจรสวิตช์ทรานซิสเตอร์โดยพื้นฐานแล้วจะเป็นวงจรแอมพลิฟายเออร์ทรานซิสเตอร์อีซีแอลทั่วไป แต่วงจรนี้มีความแตกต่างในฟังก์ชันและโหมดจากแอมพลิฟายเออร์ทั่วไป

ในการใช้งานที่สำคัญ ทรานซิสเตอร์ทำหน้าที่เป็นสวิตช์เร็ว และสถานะสแตติกหลักมีสองสถานะ: ทรานซิสเตอร์ปิดอยู่และทรานซิสเตอร์เปิดอยู่ สถานะแลตช์ — สถานะเปิดเมื่อทรานซิสเตอร์อยู่ในโหมดคัตออฟสถานะปิด - สถานะความอิ่มตัวของทรานซิสเตอร์หรือสถานะใกล้เคียงกับความอิ่มตัว ซึ่งสถานะของทรานซิสเตอร์เปิดอยู่ เมื่อทรานซิสเตอร์เปลี่ยนจากสถานะหนึ่งไปยังอีกสถานะหนึ่ง จะเป็นโหมดแอ็คทีฟซึ่งกระบวนการในน้ำตกไม่เป็นเชิงเส้น

สถานะคงที่อธิบายตามลักษณะคงที่ของทรานซิสเตอร์ มีลักษณะสองประการ: ตระกูลเอาท์พุต — การพึ่งพากระแสคอลเลกเตอร์กับแรงดันคอลเลกเตอร์-อิมิตเตอร์ และตระกูลอินพุต — การพึ่งพากระแสเบสบนแรงดันเบส-อิมิตเตอร์

โหมดคัตออฟมีลักษณะโดยให้น้ำหนักของจุดแยก pn ทั้งสองของทรานซิสเตอร์ในทิศทางตรงกันข้าม และมีคัตออฟลึกและคัทออฟตื้น รายละเอียดเชิงลึกคือเมื่อแรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับทางแยกสูงกว่าเกณฑ์ 3-5 เท่าและมีขั้วตรงข้ามกับขั้วที่ใช้งาน ในสถานะนี้ ทรานซิสเตอร์เปิดอยู่ และกระแสที่ขั้วไฟฟ้ามีขนาดเล็กมาก

ในการเบรกแบบตื้น แรงดันไฟฟ้าที่ใช้กับอิเล็กโทรดตัวใดตัวหนึ่งจะต่ำกว่าและกระแสของอิเล็กโทรดจะสูงกว่าในช่วงเบรกแบบลึก ซึ่งส่งผลให้กระแสขึ้นอยู่กับแรงดันที่ใช้แล้วตามเส้นโค้งด้านล่างของตระกูลลักษณะเอาต์พุต เส้นโค้งนี้เรียกว่า «ลักษณะการจำกัด» ...

ตัวอย่างเช่น เราจะทำการคำนวณอย่างง่ายสำหรับโหมดคีย์ของทรานซิสเตอร์ที่จะทำงานบนโหลดตัวต้านทาน ทรานซิสเตอร์จะยังคงอยู่เป็นเวลานานในสถานะพื้นฐานเพียงหนึ่งในสองสถานะ: เปิดเต็มที่ (อิ่มตัว) หรือปิดเต็มที่ (ตัด)

ให้โหลดทรานซิสเตอร์เป็นขดลวดของรีเลย์ SRD-12VDC-SL-C ซึ่งความต้านทานของขดลวดที่ค่า 12 V จะเท่ากับ 400 โอห์มเราเพิกเฉยต่อลักษณะการเหนี่ยวนำของขดลวดรีเลย์ ปล่อยให้นักพัฒนาจัดหาตัวเก็บเสียงเพื่อป้องกันการปล่อยก๊าซชั่วคราว แต่เราจะคำนวณตามความจริงที่ว่ารีเลย์จะเปิดเพียงครั้งเดียวและเป็นเวลานานมาก เราพบตัวสะสมปัจจุบันตามสูตร:

อิก = (อุปิต-อุเคนัส) / ร.น.

ที่ไหน: Ik - กระแสตรงของตัวสะสม; การใช้งาน — แรงดันไฟ (12 โวลต์); Ukenas — แรงดันอิ่มตัวของทรานซิสเตอร์สองขั้ว (0.5 โวลต์); Rn — ความต้านทานโหลด (400 โอห์ม)

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

เพื่อความเที่ยงตรง ลองใช้ทรานซิสเตอร์ที่มีระยะขอบสำหรับกระแสที่จำกัดและแรงดันที่จำกัด BD139 ในแพ็คเกจ SOT-32 จะทำ ทรานซิสเตอร์นี้มีพารามิเตอร์ Ikmax = 1.5 A, Ukemax = 80 V. จะมีระยะขอบที่ดี

ในการให้กระแสสะสม 28.7 mA จะต้องจัดหากระแสเบสที่เหมาะสม กระแสเบส กำหนดโดยสูตร: Ib = Ik / h21e โดยที่ h21e คือค่าสัมประสิทธิ์การถ่ายโอนกระแสคงที่

มัลติมิเตอร์สมัยใหม่ช่วยให้คุณวัดพารามิเตอร์นี้ได้ และในกรณีของเราคือ 50 ดังนั้น Ib = 0.0287 / 50 = 574 μA หากไม่ทราบค่าสัมประสิทธิ์ h21e สำหรับความน่าเชื่อถือคุณสามารถใช้ค่าต่ำสุดจากเอกสารประกอบสำหรับทรานซิสเตอร์นี้

เพื่อกำหนดค่าตัวต้านทานฐานที่ต้องการ แรงดันอิ่มตัวของอิมิตเตอร์หลักคือ 1 โวลต์ ซึ่งหมายความว่าหากการควบคุมดำเนินการโดยสัญญาณจากเอาต์พุตของลอจิกไมโครวงจร แรงดันไฟฟ้าซึ่งเป็น 5 V จากนั้นให้กระแสพื้นฐานที่จำเป็นที่ 574 μAโดยลดลงที่ช่วงเปลี่ยนผ่าน 1 V เราจะได้ :

R1 = (อูอิน-อูเบนาส) / Ib = (5-1) / 0.000574 = 6968 โอห์ม

มาเลือกด้านที่เล็กกว่า (เพื่อให้กระแสเพียงพอเต็มที่) ของตัวต้านทานซีรีส์มาตรฐาน 6.8 kOhm

แต่ เพื่อให้ทรานซิสเตอร์สลับเร็วขึ้นและการทำงานมีความน่าเชื่อถือ เราจะใช้ตัวต้านทานเพิ่มเติม R2 ระหว่างฐานและอิมิตเตอร์ และพลังงานบางส่วนจะตกลงมา ซึ่งหมายความว่าจำเป็นต้องลดความต้านทานของ ตัวต้านทาน R1 ลองใช้ R2 = 6.8 kΩ แล้วปรับค่าของ R1:

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

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

ให้ R1 = 5.1 kΩ และ R2 = 6.8 kΩ

ลองคำนวณการสูญเสียสวิตช์: P = Ik * Ukenas = 0.0287 * 0.5 = 0.014 W. ทรานซิสเตอร์ไม่ต้องการฮีทซิงค์