Транзистор в ключевом режиме практические схемы
Транзистор в ключевом режиме практические схемыСкачать файл - Транзистор в ключевом режиме практические схемы
Биполярный транзистор в ключевом режиме. Ключевым называется режим работы биполярного транзистора, при котором транзистор либо полностью открыт, находится в режиме насыщения, либо полностью закрыт, совершенно не проводит ток. Из одного состояния в другое биполярный транзистор в этом режиме переключается за очень небольшое время. Для ключевого режима характерна минимальная рассеиваемая мощность на транзисторе. Действительно, рассеиваемая мощность равна произведению напряжения на элементе на силу тока через него. В ключевом режиме за исключением небольших переходных периодов, либо напряжение на транзисторе очень небольшое когда транзисторный ключ открыт , либо ток равен нулю когда транзисторный ключ закрыт. Вашему вниманию также описание работы в ключевом режиме полевого транзистора. Вашему вниманию подборка материалов: П рактика проектирования электронных схем Искусство разработки устройств. Возможность задать вопрос авторам. На первом этапе нужно определиться с током, который нужно коммутировать и с коэффициентом передачи тока выбранного биполярного транзистора. Обратите внимание, что для коэффициента передачи тока характерен большой разброс. Нужно ориентироваться на минимально возможный коэффициент передачи тока. Доля рабочего времени, когда транзистор остается в открытом состоянии применяется в расчете, если транзистор достаточно часто и более раз в секунду переключается. Если транзистор переключается реже, то этот коэффициент считается равным единице. Формулы для расчета пиковых мощностей приблизительные. Переходные процессы, протекающие при переключении, имеют сложную физическую природу. Их точное математическое моделирование затруднено. Но для наших инженерных целей приведенные формулы дают результат необходимой точности. Нагрузка имеет емкостную природу, стремится поддерживать фиксированное напряжение на себе, а значит, и на транзисторе, так как напряжение на транзисторе равно напряжению питания минус напряжение на нагрузке. Нагрузка имеет индуктивную природу, стремится поддерживать фиксированный ток через себя, а значит, и через транзистор. Нагрузка имеет резисторную природу. Ток через нагрузку и через транзистор пропорционален напряжению на нагрузке. Обратите внимание, что индуктивный выброс напряжения при закрытии транзистора может в десятки раз превышать рабочее напряжение. Теоретически он ничем не ограничен. Для его снижения и защиты транзистора используются различные схемы демпфирования. Размерности величин во всех формулах: Сила тока - Амперы А , Напряжение - Вольты В , Время - Секунды с , Частота - Герцы Гц , Мощность - Ватты Вт. Максимальное напряжение коллектор - эмиттер должно быть выше коммутируемого напряжения, а для случая коммутирования индуктивной нагрузки, выше коммутируемого напряжения с учетом бросков напряжения при выбранной схеме демпфирования. Допустимая пиковая рассеиваемая мощность должна быть выше, чем пиковая рассеиваемая мощность в момент коммутации. Дело в том, что даже при условии невысокой средней рассеиваемой мощности, большая тепловая энергия, выделяющаяся за очень короткое время при переключении, может погубить биполярный транзистор. Допустимая средняя рассеиваемая мощность должна быть выше, чем суммарная средняя мощность, рассеиваемая ключом. Система охлаждения транзистора радиатор или другая система отвода тепла должны быть в состоянии рассеять выделяемую мощность. Для использования в качестве ключей лучше подбирать транзисторы с минимальными напряжением насыщения коллектор - эмиттер, база - эмиттер, это снизит потери мощности в открытом состоянии, минимальными временами включения и выключения рассасывания , это снизит потери мощности при переключении, максимальным коэффициентом передачи тока, это снизит потери на управление. К сожалению в статьях периодически встречаются ошибки, они исправляются, статьи дополняются, развиваются, готовятся новые. Подпишитесь, на новости , чтобы быть в курсе. Если что-то непонятно, обязательно спросите! Не могу согласится с утверждением, что напряжение большое - ключ открыт , как раз - ключ должен быть закрыт то есть у источника тока, когда цепь разорвана - напряжение максимально. Если смотреть характеристику транзистора - его наклонную прямую - видно, напряжение кэ макс. Все о биполярном транзисторе. Мощный полевой транзистор irfp Применение и параметры IRFP, мощного полевого транзистора, рассчитанного на Схемотехника - тиристорные, динисторные, симисторные, тринисторные схе Пушпульный импульсный преобразователь напряжения, источник питания. Как сконструировать пуш-пульный импульсный преобразователь. В каких ситуациях пр Инвертор, преобразователь, чистая синусоида, синус Как получить чистую синусоиду вольт от автомобильного аккумулятора, чтобы за Схема защиты от ошибки подключения минуса и плюса переполюсовки Схема защиты от неправильной полярности подключения переполюсовки зарядных уст Преобразователь однофазного в трехфазное. Конвертер одной фазы в три. Схема преобразователя однофазного напряжения в трехфазное Линейный последовательный компенсационный стабилизатор напряжения непр Как спроектировать и рассчитать стабилизатор напряжения непрерывного действия в Рассеиваемая мощность в открытом состоянии. Пиковая мощность, рассеиваемая при открытии. Пиковая мощность, рассеиваемая при закрытии. Суммарная средняя мощность, рассеиваемая ключом. Параметры и максимальные эксплуатационные условия транзистора. Еще статьи Биполярный транзистор. Расчет Биполярный транзистор в ключевом режиме.
Биполярный транзистор. Работа в режиме ключа
Как отремонтировать китайскую люстру - история одного р Как устроены и работают источники бесперебойного питани Безопасность при работе с инструментами: Почему перегорают светодиодные лампы Что такое динамо-машина. Машины свободной энергии, вечные двигатели - тайные тех Автомобильный генератор и его особенности Как измерить емкость аккумулятора Что такое ПИД-регулятор Современные способы дистанционного управления уличным о Схемы включения биполярных транзисторов. Транзистором называется полупроводниковый прибор, который может усиливать, преобразовывать и генерировать электрические сигналы. Первый работоспособный биполярный транзистор был изобретен в году. Материалом для его изготовления служил германий. А уже в году на свет появился кремниевый транзистор. В биполярном транзисторе используются два типа носителей заряда — электроны и дырки, отчего такие транзисторы и называются биполярными. Кроме биполярных существуют униполярные полевые транзисторы, у которых используется лишь один тип носителей — электроны или дырки. В этой статье будут рассмотрены биполярные транзисторы. Долгое время транзисторы в основном были германиевыми, и имели структуру p-n-p, что объяснялось возможностями технологий того времени. Но параметры германиевых транзисторов были нестабильны, их самым большим недостатком следует считать низкую рабочую температуру, - не более При более высоких температурах транзисторы становились неуправляемыми, а затем и вовсе выходили из строя. Со временем кремниевые транзисторы начали вытеснять германиевых собратьев. В настоящее время в основном они, кремниевые, и применяются, и в этом нет ничего удивительного. Ведь кремниевые транзисторы и диоды практически все типы сохраняют работоспособность до … градусов. Транзисторы по праву считаются одним из великих открытий человечества. Придя на смену электронным лампам, они не просто заменили их, а совершили переворот в электронике, удивили и потрясли мир. Если бы не было транзисторов, то многие современные приборы и устройства, такие привычные и близкие, просто не появились на свет: Подробнее об истории транзисторов смотрите здесь. Большинство кремниевых транзисторов имеют структуру n-p-n, что также объясняется технологией производства, хотя существуют и кремниевые транзисторы типа p-n-p, но их несколько меньше, нежели структуры n-p-n. Такие транзисторы используются в составе комплементарных пар транзисторы разной проводимости с одинаковыми электрическими параметрами. Например, КТ и КТ, КТ и КТ, а в выходных каскадах транзисторных УМЗЧ КТ и КТ В импортных усилителях очень часто применяется мощная комплементарная пара 2SA и 2SC Часто транзисторы структуры p-n-p называют транзисторами прямой проводимости, а структуры n-p-n обратной. В литературе такое название почему-то почти не встречается, а вот в кругу радиоинженеров и радиолюбителей используется повсеместно, всем сразу понятно, о чем идет речь. На рисунке 1 показано схематичное устройство транзисторов и их условные графические обозначения. Кроме различия по типу проводимости и материалу, биполярные транзисторы классифицируются по мощности и рабочей частоте. Если мощность рассеивания на транзисторе не превышает 0,3 Вт, такой транзистор считается маломощным. При мощности 0,3…3 Вт транзистор называют транзистором средней мощности, а при мощности свыше 3 Вт мощность считается большой. Современные транзисторы в состоянии рассеивать мощность в несколько десятков и даже сотен ватт. Транзисторы усиливают электрические сигналы не одинаково хорошо: Поэтому для работы в широком диапазоне частот транзисторы выпускаются с разными частотными свойствами. По рабочей частоте транзисторы делятся на низкочастотные, - рабочая частота не свыше 3 МГц, среднечастотные — 3…30 МГц, высокочастотные — свыше 30 МГц. Если же рабочая частота превышает МГц, то это уже сверхвысокочастотные транзисторы. Вообще, в серьезных толстых справочниках приводится свыше различных параметров транзисторов, что также говорит об огромном числе моделей. А количество современных транзисторов таково, что в полном объеме их уже невозможно поместить ни в один справочник. И модельный ряд постоянно увеличивается, позволяя решать практически все задачи, поставленные разработчиками. Существует множество транзисторных схем достаточно вспомнить количество хотя бы бытовой аппаратуры для усиления и преобразования электрических сигналов, но, при всем разнообразии, схемы эти состоят из отдельных каскадов, основой которых служат транзисторы. Для достижения необходимого усиления сигнала, приходится использовать несколько каскадов усиления, включенных последовательно. Чтобы понять, как работают усилительные каскады, надо более подробно познакомиться со схемами включения транзисторов. Сам по себе транзистор усилить ничего не сможет. Его усилительные свойства заключаются в том, что малые изменения входного сигнала тока или напряжения приводят к значительным изменениям напряжения или тока на выходе каскада за счет расходования энергии от внешнего источника. Именно это свойство широко используется в аналоговых схемах, - усилители, телевидение, радио, связь и т. Для упрощения изложения здесь будут рассматриваться схемы на транзисторах структуры n-p-n. Все что будет сказано об этих транзисторах, в равной степени относится и к транзисторам p-n-p. Достаточно только поменять полярность источников питания, электролитических конденсаторов и диодов , если таковые имеются, чтобы получить работающую схему. Всего таких схем применяется три: Все эти схемы показаны на рисунке 2. Но прежде, чем перейти к рассмотрению этих схем, следует познакомиться с тем, как работает транзистор в ключевом режиме. Это знакомство должно упростить понимание работы транзистора в режиме усиления. В известном смысле ключевую схему можно рассматривать как разновидность схемы с ОЭ. Прежде, чем изучать работу транзистора в режиме усиления сигнала, стоит вспомнить, что транзисторы часто используются в ключевом режиме. Такой режим работы транзистора рассматривался уже давно. Автор статьи предлагал регулировать частоту вращения коллекторного двигателя изменением длительности импульсов в обмотке управления ОУ. Теперь подобный способ регулирования называется ШИМ и применяется достаточно часто. Схема из журнала того времени показана на рисунке 3. Но ключевой режим используется не только в системах ШИМ. Часто транзистор просто что-то включает и выключает. В этом случае в качестве нагрузки можно использовать реле: Вместо реле в ключевом режиме часто используются лампочки. Обычно это делается для индикации: Схема такого ключевого каскада показана на рисунке 4. Ключевые каскады также применяются для работы со светодиодами или с оптронами. На рисунке каскад управляется обычным контактом, хотя вместо него может быть цифровая микросхема или микроконтроллер. Следует обратить внимание на тот факт, что для управления используется напряжение 5В, а коммутируемое коллекторное напряжение 12В. Ничего странного в этом нет, поскольку напряжения в данной схеме никакой роли не играют, значение имеют только токи. Поэтому лампочка может быть хоть на В, если транзистор предназначен для работы на таких напряжениях. Напряжение коллекторного источника также должно соответствовать рабочему напряжению нагрузки. С помощью подобных каскадов выполняется подключение нагрузки к цифровым микросхемам или микроконтроллерам. В этой схеме ток базы управляет током коллектора, который, за счет энергии источника питания, больше в несколько десятков, а то и сотен раз зависит от коллекторной нагрузки , чем ток базы. Нетрудно заметить, что происходит усиление по току. Это есть отношение тока коллектора, определяемого нагрузкой, к минимально возможному току базы. В виде математической формулы это выглядит вот так: Даже, если ток базы и получится больше расчетного, то транзистор от этого сильнее не откроется, на то он и ключевой режим. Сопротивление базового резистора получится: Из стандартного ряда выбирается резистор с сопротивлением Ом. Напряжение 0,6В это напряжение на переходе Б—Э, и при расчетах о нем не следует забывать! Об этом резисторе не следует забывать, хотя в некоторых схемах его почему-то нет, что может привести к ложному срабатыванию каскада от помех. Номинал этого резистора должен быть таким, чтобы при размыкании контакта напряжение на базе не оказалось бы меньше 0,6В, иначе каскад будет неуправляемым, как будто участок Б—Э просто замкнули накоротко. Практически резистор Rбэ ставят номиналом примерно в десять раз больше, нежели Rб. Но даже если номинал Rб составит 10Ком, схема будет работать достаточно надежно: Такой ключевой каскад, если он исправен, может включить лампочку в полный накал, или выключить совсем. В этом случае транзистор может быть полностью открыт состояние насыщения или полностью закрыт состояние отсечки. В этом случае транзистор наполовину открыт или наполовину закрыт? Это как в задаче о наполнении стакана: Такой режим работы транзистора называется усилительным или линейным. Достаточно просто подобрать режим работы операционного усилителя, чтобы получить требуемый коэффициент усиления или полосу пропускания. Самым распространенным включением транзистора по сравнению с ОК и ОБ является схема с общим эмиттером ОЭ. Причина такой распространенности, прежде всего, высокий коэффициент усиления по напряжению и по току. Соответственно, вторая половина падает на участке К-Э транзистора. Это достигается настройкой каскада, о чем будет рассказано чуть ниже. Такой режим усиления называется классом А. При включении транзистора с ОЭ выходной сигнал на коллекторе находится в противофазе с входным. Как недостатки можно отметить то, что входное сопротивление ОЭ невелико не более нескольких сотен Ом , а выходное в пределах десятков КОм. Такое обозначение пришло из представления транзистора в виде четырехполюсника. После таких расчетов, как правило, требуется настройка схемы. Коэффициент усиления транзистора зависит от толщины базы, поэтому изменить его нельзя. Отсюда и большой разброс коэффициента усиления у транзисторов взятых даже из одной коробки читай одной партии. Для маломощных транзисторов этот коэффициент колеблется в пределах …, а у мощных 5… Чем тоньше база, тем выше коэффициент. Простейшая схема включения транзистора ОЭ показана на рисунке 5. Это просто небольшой кусочек из рисунка 2, показанного во второй части статьи. Такая схема называется схемой с фиксированным током базы. Входной сигнал подается в базу транзистора через разделительный конденсатор C1, и, будучи усиленным, снимается с коллектора транзистора через конденсатор C2. Назначение конденсаторов, - защитить входные цепи от постоянной составляющей входного сигнала достаточно вспомнить угольный или электретный микрофон и обеспечить необходимую полосу пропускания каскада. Резистор R2 является коллекторной нагрузкой каскада, а R1 подает постоянное смещение в базу. Такое состояние называют рабочей точкой транзистора, в этом случае коэффициент усиления каскада максимален. Коэффициент 1,5…1,8 подставляется в зависимости от напряжения питания: Коллекторный резистор R2 задается как условие задачи, поскольку от его величины зависит коллекторный ток и усиление каскада в целом: Но с этим резистором надо быть осторожным, коллекторный ток должен быть меньше предельно допустимого для данного типа транзистора. Схема очень проста, но эта простота придает ей и отрицательные свойства, и за эту простоту приходится расплачиваться. Во — первых усиление каскада зависит от конкретного экземпляра транзистора: Во-вторых, от температуры окружающей среды, - с повышением температуры возрастает обратный ток коллектора Iко, что приводит к увеличению тока коллектора. В результате транзистор греется еще сильнее, после чего выходит из строя. Чтобы избавиться от этой зависимости, или, по крайней мере, свести ее к минимуму, в транзисторный каскад вводят дополнительные элементы отрицательной обратной связи — ООС. Казалось бы, что делитель напряжения Rб-к, Rб-э обеспечит требуемое начальное смещение каскада, но на самом деле такому каскаду присущи все недостатки схемы с фиксированным током. Таким образом, приведенная схема является всего лишь разновидностью схемы с фиксированным током, показанной на рисунке 5. Несколько лучше обстоит дело в случае применения схем, показанных на рисунке 7. В схеме с коллекторной стабилизацией резистор смещения R1 подключен не к источнику питания, а к коллектору транзистора. В этом случае, если при увеличении температуры происходит увеличение обратного тока, транзистор открывается сильнее, напряжение на коллекторе уменьшается. Это уменьшение приводит к уменьшению напряжения смещения, подаваемого на базу через R1. Транзистор начинает закрываться, коллекторный ток уменьшается до приемлемой величины, положение рабочей точки восстанавливается. Совершенно очевидно, что такая мера стабилизации приводит к некоторому снижению усиления каскада, но это не беда. Недостающее усиление, как правило, добавляют наращиванием количества усилительных каскадов. Зато подобная ООС позволяет значительно расширить диапазон рабочих температур каскада. Несколько сложней схемотехника каскада с эмиттерной стабилизацией. Усилительные свойства подобных каскадов остаются неизменными в еще более широком диапазоне температур, чем у схемы с коллекторной стабилизацией. И еще одно неоспоримое преимущество, - при замене транзистора не приходится заново подбирать режимы работы каскада. Эмиттерный резистор R4, обеспечивая температурную стабилизацию, также снижает усиление каскада. Это для постоянного тока. Для того, чтобы исключить влияние резистора R4 на усиление переменного тока, резистор R4 шунтирован конденсатором Cэ, который для переменного тока представляет незначительное сопротивление. Его величина определяется диапазоном частот усилителя. Если эти частоты лежат в звуковом диапазоне, то емкость конденсатора может быть от единиц до десятков и даже сотен микрофарад. Для радиочастот это уже сотые или тысячные доли, но в некоторых случаях схема прекрасно работает и без этого конденсатора. Для того, чтобы лучше понять, как работает эмиттерная стабилизация, надо рассмотреть схему включения транзистора с общим коллектором ОК. Схема с общим коллектором ОК Показана на рисунке 8. Эта схема является кусочком рисунка 2, из второй части статьи, где показаны все три схемы включения транзисторов. Нагрузкой каскада является эмиттерный резистор R2, входной сигнал подается через конденсатор C1, а выходной снимается через конденсатор C2. Вот тут можно спросить, почему же эта схема называется ОК? Ведь, если вспомнить схему ОЭ, то там явно видно, что эмиттер соединен с общим проводом схемы, относительно которого подается входной и снимается выходной сигнал. В схеме же ОК коллектор просто соединен с источником питания, и на первый взгляд кажется, что к входному и выходному сигналу отношения не имеет. Но на самом деле источник ЭДС батарея питания имеет очень маленькое внутреннее сопротивление, для сигнала это практически одна точка, один и тот же контакт. Известно, что для кремниевых транзисторов напряжение перехода б-э находится в пределах 0,5…0,7В, поэтому можно принять его в среднем 0,6В, если не задаваться целью проводить расчеты с точностью до десятых долей процента. Поэтому, как видно на рисунке 9, выходное напряжение всегда будет меньше входного на величину Uб-э, а именно на те самые 0,6В. В отличие от схемы ОЭ эта схема не инвертирует входной сигнал, она просто повторяет его, да еще и снижает на 0,6В. Такую схему еще называют эмиттерным повторителем. Зачем же такая схема нужна, в чем ее польза? Схема ОК усиливает сигнал по току в h21э раз, что говорит о том, что входное сопротивление схемы в h21э раз больше, чем сопротивление в цепи эмиттера. Другими словами можно не опасаясь спалить транзистор подавать непосредственно на базу без ограничительного резистора напряжение. Высокое входное сопротивление позволяет подключать источник входного сигнала с высоким импедансом комплексное сопротивление , например, пьезоэлектрический звукосниматель. Отличительной особенностью схемы ОК является то, что ее коллекторный ток Iк зависит только от сопротивления нагрузки и напряжения источника входного сигнала. При этом параметры транзистора тут вообще никакой роли не играют. Про такие схемы говорят, что они охвачены стопроцентной обратной связью по напряжению. При этом будем считать, что Uбэ известен и всегда равен 0,6В. Сопротивление нагрузки можно изменять в широких пределах, правда, при этом особо усердствовать не надо. Ведь если вместо Rн поставить гвоздь — сотку, то никакой транзистор не выдержит! Схема ОК позволяет достаточно легко измерить статический коэффициент передачи тока h21э. Как это сделать, показано на рисунке Сначала следует измерить ток нагрузки, как показано на рисунке 10а. При этом базу транзистора никуда подключать не надо, как показано на рисунке. После этого измеряется ток базы в соответствии с рисунком 10б. Измерения должны в обоих случаях производиться в одних величинах: Напряжение источника питания и нагрузка должны оставаться неизменными при обоих измерениях. Чтобы узнать статический коэффициент передачи тока достаточно ток нагрузки разделить на ток базы: Следует отметить, что при увеличении тока нагрузки h21э несколько уменьшается, а при увеличении напряжения питания увеличивается. Эмиттерные повторители часто строятся по двухтактной схеме с применением комплементарных пар транзисторов, что позволяет увеличить выходную мощность устройства. Такой эмиттерный повторитель показан на рисунке Такая схема дает только усиление по напряжению, но обладает лучшими частотными свойствами по сравнению со схемой ОЭ: Основное применение схемы ОБ это антенные усилители диапазонов ДМВ. Схема антенного усилителя показана на рисунке Необходимые инструменты и приборы для начинающих изучать электронику С чего начать изучение электроники Пробник для проверки транзисторов. Смотрите также на Электрик Инфо: Работа транзистора в ключевом режиме Характеристики биполярных транзисторов Устройство и работа биполярного транзистора Биполярные и полевые транзисторы - в чем различие Схемы на операционных усилителях с обратной связью. Особенно нюанс с частотами. Я как то упускал это из виду. Электрик Инфо - электротехника и электроника, домашняя автоматизация, статьи про устройство и ремонт домашней электропроводки, розетки и выключатели, провода и кабели, источники света, интересные факты и многое другое для электриков и домашних мастеров. Информация и обучающие материалы для начинающих электриков. Кейсы, примеры и технические решения, обзоры интересных электротехнических новинок. За применение этой информации администрация сайта ответственности не несет. Вся информация на сайте Электрик Инфо предоставлена в ознакомительных и познавательных целях. Перепечатка материалов сайта запрещена. Работа транзистора в ключевом режиме Характеристики биполярных транзисторов Устройство и работа биполярного транзистора Биполярные и полевые транзисторы - в чем различие Схемы на операционных усилителях с обратной связью VK.
Транзисторный силовой ключ. Биполярный транзистор. Ключевой режим. Расчет
Способы возник права собственности
Транзисторный силовой ключ. Биполярный транзистор. Ключевой режим. Расчет
Сколько стоят детсады в городе удачном якутия
Чехол на кресло качалку своими руками