مفتاح الترانزستور الإلكتروني - مبدأ التشغيل والتخطيط
في أجهزة النبض ، يمكنك غالبًا العثور على مفاتيح ترانزستور. تم العثور على مفاتيح الترانزستور في flip-flops ، والمفاتيح ، وأجهزة الاهتزاز المتعددة ، ومولدات الحجب ، والدوائر الإلكترونية الأخرى. في كل دائرة ، يؤدي مفتاح الترانزستور وظيفته ، واعتمادًا على وضع تشغيل الترانزستور ، قد تتغير دائرة التبديل ككل ، لكن الرسم التخطيطي الأساسي لمفتاح الترانزستور هو كما يلي:
هناك عدة أوضاع أساسية لتشغيل مفتاح الترانزستور: الوضع النشط العادي ، ووضع التشبع ، ووضع القطع ، والوضع العكسي النشط. على الرغم من أن دائرة تبديل الترانزستور هي في الأساس دائرة مضخم ترانزستور باعث شائعة ، فإن هذه الدائرة تختلف في الوظيفة والوضع عن مكبر الصوت النموذجي.
في التطبيق الرئيسي ، يعمل الترانزستور كمفتاح سريع ، والحالتان الثابتتان الرئيسيتان هما: الترانزستور مغلق والترانزستور قيد التشغيل. الحالة المغلقة - الحالة المفتوحة عندما يكون الترانزستور في وضع القطع.الحالة المغلقة - حالة تشبع الترانزستور أو حالة قريبة من التشبع ، وفي هذه الحالة يكون الترانزستور مفتوحًا. عندما ينتقل الترانزستور من حالة إلى أخرى ، فهو وضع نشط تكون فيه العمليات في التتالي غير خطية.
يتم وصف الحالات الثابتة وفقًا للخصائص الثابتة للترانزستور. هناك نوعان من الخصائص: عائلة الخرج - اعتماد تيار المجمع على جهد المجمع-الباعث وعائلة المدخلات - اعتماد التيار الأساسي على جهد الباعث الأساسي.
يتميز وضع القطع بانحياز تقاطعي pn للترانزستور في الاتجاه المعاكس ، وهناك قطع عميق وقطع ضحل. يحدث الانهيار العميق عندما يكون الجهد المطبق على التقاطعات أعلى من 3 إلى 5 مرات من العتبة ويكون له قطبية معاكسة للقطبية العاملة. في هذه الحالة ، يكون الترانزستور مفتوحًا ، وتكون التيارات الموجودة في أقطابه صغيرة للغاية.
في الكسر الضحل ، يكون الجهد المطبق على أحد الأقطاب الكهربائية أقل وتكون تيارات القطب أعلى منها في الفاصل العميق ، مما يؤدي إلى أن التيارات تعتمد بالفعل على الجهد المطبق وفقًا للمنحنى السفلي لعائلة خصائص الخرج ، يسمى هذا المنحنى «الخاصية المحدودة» ...
على سبيل المثال ، سنجري عملية حسابية مبسطة للوضع الرئيسي للترانزستور الذي سيعمل على حمل مقاوم. سيبقى الترانزستور لفترة طويلة في حالة واحدة فقط من حالتين أساسيتين: مفتوح بالكامل (تشبع) أو مغلق تمامًا (قطع).
دع حمل الترانزستور يكون ملف المرحل SRD-12VDC-SL-C ، حيث ستكون مقاومة الملف عند 12 فولت الاسمي 400 أوم.نتجاهل الطبيعة الاستقرائية لملف الترحيل ، دع المطورين يوفرون كاتم للصوت للحماية من الانبعاثات العابرة ، لكننا سنحسب بناءً على حقيقة أن المرحلات ستعمل مرة واحدة ولفترة طويلة جدًا. نجد تيار المجمع بالصيغة:
Ik = (Upit-Ukenas) / Rn.
حيث: Ik - التيار المباشر للمجمع ؛ Usup - جهد التغذية (12 فولت) ؛ Ukenas - جهد تشبع الترانزستور ثنائي القطب (0.5 فولت) ؛ Rn - مقاومة الحمل (400 أوم).
نحصل على Ik = (12-0.5) / 400 = 0.02875 A = 28.7 مللي أمبير.
من أجل الدقة ، لنأخذ ترانزستور بهامش للتيار المحدود والجهد المحدد. سيفي بالغرض 139 دينار بحريني في حزمة SOT-32. يحتوي هذا الترانزستور على معلمات Ikmax = 1.5 A ، Ukemax = 80 V. سيكون هناك هامش جيد.
من أجل توفير تيار جامع يبلغ 28.7 مللي أمبير ، يجب توفير تيار أساسي مناسب ، ويتم تحديد تيار القاعدة بواسطة الصيغة: Ib = Ik / h21e ، حيث h21e هو معامل نقل التيار الثابت.
تسمح لك أجهزة القياس المتعددة الحديثة بقياس هذه المعلمة ، وفي حالتنا كانت 50. إذن Ib = 0.0287 / 50 = 574 μA. إذا كانت قيمة المعامل h21e غير معروفة ، من أجل الموثوقية ، يمكنك الحصول على الحد الأدنى من وثائق هذا الترانزستور.
لتحديد قيمة المقاوم الأساسية المطلوبة. جهد تشبع الباعث الرئيسي هو 1 فولت. هذا يعني أنه إذا تم إجراء التحكم عن طريق إشارة من خرج دائرة كهربائية منطقية ، جهدها 5 فولت ، ثم لتوفير تيار القاعدة الضروري البالغ 574 ميكرو أمبير ، مع انخفاض عند انتقال 1 فولت ، نحصل على :
R1 = (Uin-Ubenas) / Ib = (5-1) / 0.000574 = 6968 أوم
دعنا نختار الجانب الأصغر (بحيث يكون التيار كافيًا تمامًا) للسلسلة القياسية 6.8 kOhm المقاوم.
ولكن لكي يعمل الترانزستور بشكل أسرع ويكون التشغيل موثوقًا به ، سنستخدم مقاومًا إضافيًا R2 بين القاعدة والباعث ، وستسقط عليه بعض الطاقة ، مما يعني أنه من الضروري تقليل مقاومة ال المقاوم R1. لنأخذ R2 = 6.8 kΩ ونضبط قيمة R1:
R1 = (Uin-Ubenas) / (Ib + I (عبر المقاوم R2) = (Uin-Ubenas) / (Ib + Ubenas / R2)
R1 = (5-1) / (0.000574 + 1/6800) = 5547 أوم.
دع R1 = 5.1 كيلو أوم و R2 = 6.8 كيلو أوم.
دعونا نحسب خسائر التبديل: P = Ik * Ukenas = 0.0287 * 0.5 = 0.014 W. لا يحتاج الترانزستور إلى غرفة التبريد.