В настоящее время наметилась вполне определенная тенденция к отказу от чисто аналоговых схем и переходу к цифровым с широким применением микропроцессорной техники. Цифровая обработка сигналов дает широкие преимущества в смысле гибкости решений, технологичности конструкций, экономии энергопотребления. В схемотехническом плане в основе цифровой техники, а также значительного количества так называемых импульсных устройств лежат электронные ключи.
Мы можем назвать эту схему задержки для активации реле. Реле - это электроприводные переключатели, поэтому он работает как общий ключ. После включения реле начинается отсчет времени, который в сложных моделях имеет внешнюю настройку через потенциометр или селекторный переключатель. По истечении времени, заданного пользователем, для переключения контактов.
Это в основном промышленные реле. Некоторые реле уже приходят с этой «задержкой», они называются временными реле, старые, имеют своего рода механизм «демпфера», когда катушка возбуждена или не активирована. В этих механизмах использовались пневматические амортизаторы или поршневые системы с цилиндром, заполненным жидкостью для амортизации, что необходимо для замедления движения якоря. Это добавление дает реле время задержки активации, мы вызываем задержку.
Технические реализации цифровых схем, в которых сигналы представлены дискретно квантованными уровнями напряжения (тока), основаны на использовании электронных коммутаторов напряжения (тока), называемых электронными ключами. В качестве нелинейных приборов с управляемым сопротивлением в электронных ключах используются полупроводниковые диоды, биполярные и полевые транзисторы, фототранзисторы, тиристоры, оптроны, электронные лампы.
Реле задержки состояния
Реле времени задержки используют для генерации интервала времени, а затем активируют катушку реле.
Использование реле времени или задержки
Использование реле с задержкой или задержкой очень полно в отрасли или даже в жилых помещениях, под некоторыми утилитами для использования этого устройства.В качестве предохранителя задержки времени это особый тип предохранителя, который предназначен для конкретных приложений, где требуется задержка выключения. Он используется в машинах или оборудовании, которые потребляют пики энергии при подключении или дают спички, но во время использования его потребление резко падает.
Аналогично механическим ключам (рубильникам), естественно характеризовать электронный ключ сопротивлением в открытом и закрытом состоянии, предельными значениями коммутируемого тока и напряжения, временными параметрами, описывающими скорость переключения из одного состояния в другое. Следует отметить, что электронные ключи, в отличие от механических, чаще всего не являются двунаправленными, т.е. коммутируют ток и напряжение одного знака.
Коммутационные органы управления, два реле задержки времени используются вместе, чтобы обеспечить постоянную частоту включения и выключения для отправки прерывистой мощности на машины или устройства. Контроль безопасности очистки, прежде чем дверь газовой камеры будет выпущена безопасно, система выпуска должна быть включена в течение определенного периода времени, чтобы «очистить» камеру от любых паров, ядовитых газов, легковоспламеняющихся газов или взрывчатые вещества. Реле времени задержки обеспечивает этот контроль с временем, необходимым для очистки.
Следует различать аналоговые электронные ключи , предназначенные для передачи аналогового сигнала с минимальными искажениями, и цифровые ключи , обеспечивающие формирование бинарных сигналов. Аналоговые ключи лежат в основе всевозможных коммутаторов сигналов, нашедших широкое применение в технике аналого-цифрового преобразования. Несмотря на сходство в функциональном плане между цифровыми и аналоговыми ключами, требования к последним существенно отличаются от требований к цифровым ключам, что приводит совершенно к другим соображениям, по которым следует разрабатывать аналоговые ключи.
Сглаживая запуск двигателей вместо запуска больших электродвигателей, обеспечивая полную силу от нейтральной точки, мы можем начать с пониженного напряжения, чтобы двигатель работал более плавно и с меньшим пусковым током. По истечении интервала времени применяется полная энергия.
Приводят конвейерные ленты последовательно, когда несколько транспортерных лент предназначены для транспортировки материала, ремни должны быть запущены в обратном порядке, чтобы материал не складывался. Чтобы получить максимальную скорость, в какой-то момент может потребоваться схема задержки на каждой конвейерной ленте, чтобы дать ей достаточное время для достижения скорости перед подачей.
По типу электронные ключи можно разделить на:
- функциональные, осуществляющие преобразование входной логической переменной в выходную логическую переменную. Преобразование может вестись с затуханием – функциональный пассивный элемент (рис. а) и с усилением, когда выходная логическая переменная y черпает энергию от z. z – функциональный активный элемент (рис. б);
- логические, осуществляющие преобразование (сравнение) нескольких входных логических переменных в одну, являющуюся функцией этих входных логических (рис. в).
Диодные ключи.
В диодных ключах используется зависимость сопротивления диода от величины и знака приложенного напряжения.
Два типа основных реле задержки
Как задержать электронный сигнал - Реле времени задержки времени
Цепь для реле с задержкой включения или реле задержки. Чтобы задержать импульс, мы будем использовать таймер или таймер, он называется схемой временной задержки, он должен работать с задержкой релейного привода, поэтому мы будем иметь реле реле. Время задержки.Цепь для реле с задержкой до выключения или реле задержки
Разряд использует напряжение разрыва эмиттера на основе биполярного транзистора. Схема ниже задерживает открытие контактов реле через короткое время после прерывания напряжения. Время задержки зависит от значения конденсатора, тока катушки реле и коэффициента усиления транзистора.
Известно, что ток диода определяется выражением: , где 26 мВ при 298К - температурный потенциал, m - коэффициент, учитывающий влияние поверхностных токов утечки германиевых, и генерации-рекомбинации в p-n переходах кремниевых диодов (- 1.2...1.5, - 1.2...2). Тепловой ток диода практически не зависит от приложенного к диоду напряжения и определяется электрофизическими свойствами полупроводника и температурой его нагрева , где - константа, определяемая материалом полупроводника и концентрациями примесей, Uк - контактная разность потенциалов. С учетом активного сопротивления р и n областей активное сопротивление диода равно:
Поэтому, чтобы избежать расчетов, мы можем протестировать электролитические конденсаторы, чтобы получить требуемое время задержки. В случае ошибки свяжитесь с нами, если вам понравилась доля и короткие. Во многих применениях в электронике мы должны использовать транзисторы при переключении, то есть в качестве электронных ключей, просто поляризируя его в области среза или насыщения.
Когда транзистор насыщен, он работает как короткий, а когда в разрезе работает как разомкнутый контур. Переключаемый транзистор будет работать только с прямым напряжением или сигналами. На рисунке ниже показана работа колбы с помощью гаечного ключа. Чтобы обеспечить наилучшее функционирование транзистора, мы должны умножить на 10, затем.
При достаточно больших напряжениях (единицы-десятки ом), при обратно смещенном переходе (десятки-сотни кОм).
Эквивалентная схема диода представлена на рис.1. Инерционность ключа определяется процессами накопления неосновных носителей в области p-n перехода, емкостью p-n перехода, емкостью между выводами и индуктивностью выводов. Основным справочным параметром, определяющим быстродействие диода, является время восстановления обратного сопротивления.
Для управления освещением лампы просто установите переключатель на основание транзистора. Преимущество этого типа схемы заключается в том, что ключ может иметь значительно более низкий ток и оставаться дальше. Наслаждайтесь и получайте больше информации и знаний на курсах.
Хотя транзисторы являются основой современной электроники, с десятками типов и сотен применений, мы ограничимся анализом только одной функции этих компонентов: переключателем включения-выключения. Это может показаться очень ограниченным взглядом на такой универсальный компонент, но правда в том, что цель этой статьи - не теоретическое исследование электроники, и трудно найти другую функцию для этого компонента, которая не лучше всего выполняется ценовой интегральной схемой доступны.
r
уm - сопротивление утечки;
С 0 - емкость между выводами диода;
L - индуктивность выводов;
С Д - диффузионная емкость p-n перехода при прямом смещении;
С Б - барьерная емкость p-n перехода при обратном смещении
Рис.1 Эквивалентная схема диода
На основе диодных ключей можно строить различные логические элементы (рис.2).
Во всех из них ток течет между двумя из трех клемм транзистора, управляемых электрическим сигналом в третьем, как показано на рисунке. Биполярные транзисторы. Эти транзисторы позволяют протекать ток между двумя терминалами, называемыми коллектором и эмиттером, когда через терминал, называемый базой, пропускается намного меньший ток.
Фактически, при отсутствии сигнала, т.е. в качестве базового штыря, отсоединенного от схемы, два типа «выключены» без тока. На рисунке 3 показаны упрощенные гидравлические аналогии биполярных транзисторов. Чтобы проанализировать цифры, следует иметь в виду, что основной клапан управляет большим клапаном, а не другим.
Рисунок 2 - Пример логических схем на основе диодных ключей
Электронные ключи на основе диодов являются пассивными структурами, что приводит к ослаблению сигнала при прохождении таких ключей, что особенно заметно при построении многоступенчатых структур.
Транзистор во многом ведет себя как два соседних диода, и одним из следствий этого является то, что в них существует один и тот же барьер напряжения диодов. То есть: разность напряжений между эмиттером и коллектором должна быть больше 0, 6 В, или транзистор не будет работать даже при большом напряжении в основании. Кроме того, напряжение на базе должно иметь разницу, по меньшей мере, 0, 6 В относительно излучателя, чтобы начать движение.
Как только ток начинает течь через базу, ток, в несколько раз больший, будет способен течь между эмиттером и коллектором. Этот номер предоставляется изготовителем и имеет. Это довольно неустойчивое число и варьируется индивидуально между частями того же типа. К счастью, для использования транзистора при включении и выключении переключателя это значение не является критическим. Достаточно убедиться, что, когда сигнал подается на базу, ток, близкий к максимально допустимому, проходит через этот терминал.
Инерционность диодных ключей обусловлена накоплением неосновных носителей в области p-n перехода, емкостью p-n перехода, емкостью и индуктивностью выводов. Кроме перечисленных параметров, имеют значение также индуктивность и емкость нагрузки, а также монтажные емкости. В справочниках на дискретные диоды чаще всего указывается время обратного восстановления (восстановления обратного сопротивления), обусловленное диффузионным движением неосновных носителей. Для уменьшения этого времени могут использоваться создание ловушек, способствующих рекомбинации неосновных носителей или создание неоднородной концентрации примесей (диоды с накоплением заряда). Диодные ключи чаще всего используются в качестве вспомогательных узлов в цифровой и аналоговой технике.
Величина этого тока определяется резистором. Этот резистор не должен иметь слишком малого сопротивления, чтобы превысить предельное значение предельного тока, данное изготовителем. Помните, что основание подключено к передатчику, как через диод, и может быть истинное короткое замыкание в случае прямого соединения с источником питания или землей. Этот резистор не может быть слишком большим, поскольку он имеет фундаментальное значение для работы транзистора в качестве ключа, что базовый ток вызывает максимальную проводимость между эмиттером и коллектором.
Электронные ключи на биполярных транзисторах.
Чаще всего используются ключи, собранные по схеме с общим эмиттером, как показано на рис. 3.
В ключевом режиме биполярный транзистор работает в режиме насыщения (замкнутый ключ) или режиме отсечки (разомкнутый ключ). Полезно помнить, что в режиме насыщения оба перехода (коллектор-база и эмиттер-база) открыты, а в режиме отсечки - заперты. В режиме насыщения выходную цепь транзистора можно представить эквивалентным источником напряжения, величина ЭДС которого приводится в справочниках (Uкэнас - напряжение насыщения). Строго говоря, следует учитывать также внутреннее сопротивление этого источника, величина которого определяется крутизной наклона линии граничного режима, однако, в большинстве практически важных случаев для инженерных расчетов можно ограничиться величиной - Uкэнас . Резисторы Rб и Rк должны обеспечивать надежное запирание транзистора при низком уровне управляющего сигнала во всем диапазоне рабочих температур и насыщение при высоком уровне управляющего сигнала.
Это связано с тем, что в этот момент падение напряжения в транзисторе будет составлять всего 0, 6 В из-за барьера напряжения, а рассеиваемая мощность будет. Рассеиваемая мощность = 0, 6 × Ток. Если транзистор не проходит полностью, падение напряжения будет больше 0, 6 В, и рассеиваемая мощность может повыситься опасно. Это значение почти всегда обеспечивает насыщение транзисторов с низкой и средней мощностью.
Транзисторы Дарлингтона Силовые транзисторы обычно имеют меньшие коэффициенты усиления и требуют больших токов на базе для полной проводимости. Для решения этой проблемы существует тип биполярного транзистора, называемый Дарлингтон, и это не что иное, как два транзистора в одной инкапсуляции, как показано на рисунке. Цена, уплаченная за эту текущую чувствительность, заключается в том, что здесь барьер Напряжение удваивается, а напряжение в основании должно иметь разницу в 1, 2 В относительно излучателя, так что проводимость начнет возникать.
Рисунок 3 - Схема электронного ключа на биполярном транзисторе
При расчете необходимо учитывать обратный ток коллектора, протекающий через резистор Rб , и создающий на нем падение напряжения. Суммарное напряжение на эмиттерном переходе определяется выражением:
Здесь сопротивление между двумя клеммами, дренажем и источником определяется напряжением, приложенным к третьему выводу, затвору. Дренаж подключается к положительному источнику питания через нагрузку, а источник подключен к земле. Первоначально сопротивление между дренажем и источником является очень высоким значением, практически разомкнутым контуром, но по мере увеличения напряжения на затворе это сопротивление падает, достигая значения, которое является практически замкнутым контуром. Рисунок 4 - Дарлингтонский транзистор.
Проводимость начинается, когда напряжение на двери достигает около трех вольт и достигает наименьшего возможного сопротивления, когда напряжение на двери достигает около 10 вольт. Здесь также важно, чтобы транзистор был доведен до полной проводимости, чтобы рассеиваемая мощность была как можно меньше.
где - максимальный обратный ток коллектора, Uo - напряжение низкого уровня управляющего сигнала. Очевидно, для надежного запирания транзистора необходимо, чтобы Uбэ< Uбэотс . Необходимо учитывать сильную температурную зависимость обратного тока коллектора, и для расчета выбирать максимальное значение. В противном случае ключ может "подтекать" при изменении температуры.
Примечания по биполярным и МОП-транзисторам Они не используются для управления переменными токами. Контрольная клемма имеет свое напряжение по сравнению с напряжением на передатчике или источнике, поэтому не рекомендуется размещать нагрузку последовательно с этими терминалами.
Также помните, что транзистор ведет себя как диод между передатчиком и базой, поэтому неплохо было бы отключить биполярные транзисторы, подключив их базу непосредственно к напряжению питания или заземлению. Это эквивалентно короткому замыканию. Это означает, что они не потребляют ток в своем порту, просто необходимо «заполнить» терминал из-за небольшой емкости, которая должна учитываться на высоких частотах. Это может быть доказано опытом, показанным на рисунке. Необходимо «разгрузить» дверь на земле, чтобы остановить движение.
Открытый транзистор может находиться в активном режиме или режиме насыщения. Для электронных ключей активный режим является невыгодным, так как в этом режиме на коллекторе рассеивается значительная мощность. Поэтому активный режим допустим только в течение переходных процессов (где он, собственно говоря, неизбежен).
Для обеспечения насыщения необходимо, чтобы выполнялось соотношение . Ток базы можно определить по формуле: . Ток насыщения определяется сопротивлением резистора в цепи коллектора, усилительными свойствами транзистора и сопротивлением между коллектором и эмиттером в насыщенном состоянии: 
. При расчетах целесообразно пользоваться наихудшим значением . Отметим, что при нарушении условия насыщения транзистор переходит в активный режим, что сопровождается ростом напряжения на коллекторе и увеличением мощности рассеяния. В ряде случаев используют иной критерий насыщения - прямое смещение обоих переходов транзистора (база-эмиттер и база-коллектор). В активном режиме переход база-коллектор смещен в обратном направлении.
Диод должен всегда располагаться параллельно индуктивной нагрузке, как показано на рисунке. Когда ток протекает нормально, диод не ведет, но когда ток отключен, индуктор генерирует очень высокое обратное напряжение, которое могло бы Уничтожать транзистор, если он не рассеивается диодом.
Рисунок 8 - Привод нельзя подключать напрямую без резистора. Рисунок 7 - Нагрузка не должна быть подключена ни к передатчику, ни к источнику. Рисунок 10 - диод должен всегда располагаться параллельно с индуктивными нагрузками. Индуктивная нагрузка. Электронный переключатель.
Используя этот критерий, легко понять, что составной транзистор (по схеме Дарлингтона) не удастся полностью насытить, так как база выходного транзистора в лучшем случае может иметь потенциал, равный потенциалу коллектора.
Необходимой частью проектирования электронных ключей является оценка их динамических свойств, определяющих скорость переключения и потери энергии на этом этапе (динамические потери).
Переходные процессы в электронном ключе на биполярном транзисторе характеризуются длительностью цикла переключения, который можно разделить на несколько отдельных этапов:
Задержка включения;
Включение (нарастание тока до величины, соответствующей насыщению);
Задержка выключения (обусловлена рассасыванием заряда в базе при переходе из режима насыщения в активный режим);
Выключение (обусловлено уменьшением тока коллектора до значения, соответствующего отсечке).
Необходимо также учитывать процессы заряда емкостей монтажа и нагрузки, которые не имеют прямого отношения к транзистору, но могут существенно влиять на длительность переходного процесса в целом.
Рассмотрим характерные участки переходного процесса по временным диаграммам (рис.4).
Рисунок 4 - Переходные процессы в ключе на биполярном транзисторе
- Транзистор заперт, ток базы определяется обратным током коллектора, заряд в базе практически отсутствует, на выходе ключа высокий уровень.
- Потенциал на входе ключа скачком увеличивается, начинается заряд входной емкости. Токи базы и коллектора не изменяются, пока напряжение на переходе база-эмиттер не превышает напряжения отсечки (время задержки включения).
- В момент превышения напряжения отсечки открывается эмиттерный переход, и транзистор переходит в активный режим. Инжектируемые в базу неосновные носители нарушают равновесное состояние базы, и начинается накопление заряда. Пропорционально увеличивается ток коллектора, обусловленный экстракцией носителей в область коллектора. Время до перехода в режим насыщения - время включения.
- В режиме насыщения все токи и напряжения остаются постоянными, при этом заряд в базе продолжает нарастать, хотя и с меньшей скоростью. Заряд, превышающий величину, соответствующую переходу в режим насыщения, называется избыточным.
- При скачкообразном изменении потенциала на входе ключа ток базы также быстро уменьшается, нарушается равновесное состояние заряда базы и начинается его рассасывание. Транзистор остается насыщенным до тех пор, пока заряд не уменьшится до граничной величины, после чего переходит в активный режим (время задержки выключения).
- В активном режиме заряд базы и ток коллектора уменьшаются до тех пор, пока транзистор не перейдет в режим отсечки. В этот момент входное сопротивление ключа возрастает. Этот этап определяет время выключения.
- После перехода транзистора в режим отсечки напряжение на выходе продолжает нарастать, так как заряжаются емкости нагрузки, монтажа и емкость коллектора.
Очевидно, ключевую роль играет степень (глубина) насыщения транзистора .
Для количественной оценки коммутационных параметров можно воспользоваться следующими выражениями:
Существуют схемотехнические методы повышения быстродействия ключа: форсирующая цепочка (рис. 5а) и нелинейная обратная связь (рис. 5б).
а) Ключ с форсирующей цепочкой
б) Ключ с нелинейной обратной связью
Рисунок 5 - схемотехнические приемы повышения быстродействия
Принцип работы форсирующей цепочки очевиден: при отпирании транзистора ток базы определяется процессом заряда форсирующей емкости (быстрый переход в режим насыщения), в открытом состоянии ток базы определяется резистором, величина которого выбирается таким образом, чтобы обеспечить неглубокое насыщение транзистора. Таким образом, уменьшается время рассасывания неосновных носителей в базе.
При использовании нелинейной обратной связи применяется диод, включенный между базой и коллектором транзистора. Запертый диод не влияет на работу схемы, когда ключ открывается, диод оказывается смещенным в прямом направлении, а транзистор охваченным глубокой отрицательной обратной связью. Для уменьшения времени выключения необходимо обеспечить малое время восстановления обратного сопротивления диода, для чего применяются диоды с барьером Шотки. Монолитная структура диод Шотки - биполярный транзистор называется транзистором Шотки.
Ключи на биполярных транзисторах имеют ряд недостатков, ограничивающих их применение:
Ограниченное быстродействие, вызванное конечной скоростью рассасывания неосновных носителей в базе;
Значительная мощность, потребляемая цепями управления в статическом режиме;
При параллельном включении биполярных транзисторов необходимо применение выравнивающих резисторов в цепях эмиттеров, что приводит к снижению КПД схемы;
Термическая неустойчивость, определяемая ростом тока коллектора при увеличении температуры транзистора.
Электронные ключи на полевых транзисторах.
В настоящее время происходит активное вытеснение биполярных транзисторов из области ключевых устройств. В значительной мере альтернативой служат полевые транзисторы. Полевые транзисторы не потребляют статической мощности по цепи управления, в них отсутствуют неосновные носители, а, значит, не требуется время на их рассасывание, наконец, рост температуры приводит к уменьшению тока стока, что обеспечивает повышенную термоустойчивость.
Из всего многообразия полевых транзисторов для построения электронных ключей наибольшее распространение получили МДП - транзисторы с индуцированным каналом (в иностранной литературе - обогащенного типа). Транзисторы этого типа характеризуются пороговым напряжением, при котором возникает проводимость канала. В области малых напряжений между стоком и истоком (открытый транзистор) можно представить эквивалентным сопротивлением (в отличие от насыщенного биполярного транзистора - источника напряжения). Справочные данные на ключевые транзисторы этого типа включают параметрRсиоткр - сопротивление сток-исток в открытом состоянии. Для низковольтных транзисторов величина этого сопротивления составляет десятые - сотые доли Ом, что обуславливает малую мощность, рассеиваемую на транзисторе в статическом режиме. К сожалению, Rсиоткр заметно увеличивается при увеличении максимально допустимого напряжения сток-исток.
Рисунок 7 - Ключ на МДП транзисторе с индуцированным затвором.
Необходимо учитывать, что режим насыщения для МДП-транзистора принципиально отличается от режима насыщения биполярного транзистора. Переходные процессы в ключах на полевых транзисторах обусловлены переносом носителей через канал и перезарядом междуэлектродных емкостей, емкостей нагрузки и монтажа. Так как электроны обладают более высоким быстродействием, чем дырки, то n-канальные транзисторы обладают лучшим быстродействием по сравнению с р-канальными.
В схемотехнике ключевых устройств на полевых транзисторах чаще других используется схема с общим истоком, представленная на рис.7а. Когда транзистор закрыт, через него протекает неуправляемый (начальный) ток стока. При открытом транзисторе ток через транзистор должен определяться величиной сопротивления нагрузки и напряжением питания. Для надежного отпирания транзистора амплитуда управляющего напряжения выбирается из условия:
, где
- ток нагрузки,
Uо
- пороговое напряжение,
Sо
- крутизна ВАХ. В настоящее время выпускается достаточная номенклатура транзисторов, для управления которыми достаточно напряжения ТТЛ-уровня.
Переходные процессы в ключах на МДП транзисторах показаны на рисунке 8.
Рисунок 8. Эпюры напряжения в ключе на полевом транзисторе.
Переходные процессы в ключах на МДП транзисторах происходят так:
Для удобства расчета длительности переходных процессов в ключах на МДП транзисторах целесообразно использовать параметр заряд включения Qзвкл . Например, транзистор с Qзвкл = 20 нКл можно включить за 20 мкс током в 1мА и за 20 нс током в 1А. Указанный параметр приводится в справочниках и определяется изготовителем экспериментальным путем.
В импульсных устройствах очень часто можно встретить транзисторные ключи. Транзисторные ключи присутствуют в триггерах, коммутаторах, мультивибраторах, блокинг-генераторах и в других электронных схемах. В каждой схеме транзисторный ключ выполняет свою функцию, и в зависимости от режима работы транзистора, схема ключа в целом может меняться, однако основная принципиальная схема транзисторного ключа - следующая:
Есть несколько основных режимов работы транзисторного ключа: нормальный активный режим, режим насыщения, режим отсечки и активный инверсный режим. Хотя схема транзисторного ключа - это в принципе схема транзисторного усилителя с общим эмиттером, по функциям и режимам эта схема отличается от типичного усилительного каскада.
В ключевом применении транзистор служит быстродействующим ключом, и главными статическими состояниями являются два: транзистор закрыт и транзистор открыт. Запертое состояние - состояние разомкнутое, когда транзистор пребывает в режиме отсечки. Замкнутое состояние - состояние насыщения транзистора, или близкое к насыщению состояние, в этом состоянии транзистор открыт. Когда транзистор переключается из одного состояния в другое, это активный режим, при котором процессы в каскаде протекают нелинейно.
Статические состояния описываются в соответствии со статическими характеристиками транзистора. Характеристик две: семейство выходных - зависимость тока коллектора от напряжения коллектор-эмиттер и семейство входных - зависимость тока базы от напряжения база-эмиттер.
Для режима отсечки характерно смещение обеих p-n переходов транзистора в обратном направлении, причем бывает глубокая отсечка и неглубокая отсечка. Глубокая отсечка - это когда приложенное к переходам напряжение в 3-5 раз превышает пороговое и имеет полярность обратную рабочей. В таком состоянии транзистор разомкнут, и токи его электродов чрезвычайно малы.
При неглубокой же отсечке напряжение, приложенное к одному из электродов, ниже, и токи электродов больше чем при глубокой отсечке, в результате токи уже зависят от приложенного напряжения в соответствии с нижней кривой из семейства выходных характеристик, эту кривую так и называют «характеристика отсечки».
Для примера проведем упрощенный расчет для ключевого режима транзистора, который будет работать на резистивную нагрузку. Транзистор будет длительное время находиться лишь в одном из двух главных состояний: полностью открыт (насыщение) или полностью закрыт (отсечка).
Пусть нагрузкой транзистора будет обмотка реле SRD-12VDC-SL-C, сопротивление катушки которого при номинальных 12 В будет составлять 400 Ом. Пренебрежем индуктивным характером обмотки реле, пусть разработчики предусмотрят снаббер для защиты от выбросов в переходном режиме, мы же проведем расчет исходя из того, что реле включат один раз и очень надолго. Ток коллектора найдем по формуле:
Iк = (Uпит-Uкэнас) / Rн.
Где: Iк - постоянный ток коллектора; Uпит - напряжение питания (12 вольт); Uкэнас - напряжение насыщения биполярного транзистора (0,5 вольт); Rн - сопротивление нагрузки (400 Ом).
Получаем Iк = (12-0,5) / 400 = 0,02875 А = 28,7 мА.
Для верности возьмем транзистор с запасом по предельному току и по предельному напряжению. Подойдет BD139 в корпусе SOT-32. Этот транзистор обладает параметрами Iкмакс = 1,5 А, Uкэмакс = 80 В. Будет хороший запас.
Чтобы обеспечить ток коллектора в 28,7 мА, необходимо обеспечить соответствующий ток базы. Ток базы определяется формулой: Iб = Iк / h21э, где h21э – статический коэффициент передачи по току.
Современные мультиметры позволяют измерять этот параметр, и в нашем случае он составил 50. Значит Iб = 0,0287 / 50 = 574 мкА. Если значение коэффициента h21э неизвестно, можно для надежности взять минимальное из документации на данный транзистор.
Чтобы нужно определить необходимое значение резистора базы. Напряжение насыщения база-эмиттер составляет 1 вольт. Значит, если управление будет осуществляться сигналом с выхода логической микросхемы, напряжение которого 5 В, то для обеспечения требуемого тока базы в 574 мкА, при падении на переходе 1 В, получим:
R1 = (Uвх-Uбэнас) / Iб = (5-1) / 0,000574 = 6968 Ом
Выберем в меньшую сторону (чтобы тока точно хватило) из стандартного ряда резистор 6,8 кОм.
НО, чтобы транзистор переключался быстрее и чтобы срабатывание было надежным, будем применять дополнительный резистор R2 между базой и эмиттером, а на нем будет падать некоторая мощность, значит необходимо понизить сопротивление резистора R1. Примем R2 = 6,8 кОм и скорректируем значение R1:
R1 = (Uвх-Uбэнас) / (Iб+I(через резистор R2) = (Uвх-Uбэнас) / (Iб+Uбэнас/R2)
R1 = (5-1) / (0,000574+1/6800) = 5547 Ом.
Пусть будет R1 = 5,1 кОм, а R2 = 6,8 кОм.
Посчитаем потери на ключе: P = Iк * Uкэнас = 0,0287 * 0,5 = 0,014 Вт. Радиатор транзистору не потребуется.
