Při práci se složitými obvody je užitečné používat různé technické triky, které vám umožní dosáhnout vašeho cíle s minimální námahou. Jedním z nich je vytvoření tranzistorových spínačů. Co jsou? Proč by měly být vytvořeny? Proč se jim také říká „elektronické klíče“? Jaké jsou vlastnosti tohoto procesu a na co bych si měl dát pozor?
Z čeho jsou vyrobeny tranzistorové spínače
Vyrábějí se pomocí tranzistorů s efektem pole nebo bipolárních tranzistorů. První z nich se dále dělí na MIS a klíče, které mají ovládací p–n přechod. Mezi bipolárními se rozlišují nenasycené. 12voltový tranzistorový klíč bude schopen splnit základní potřeby radioamatéra.
Statický režim provozu
Analyzuje soukromý a veřejný stav klíče. První vstup obsahuje nízkou úroveň napětí, která indikuje signál logické nuly. V tomto režimu jsou oba přechody v opačném směru (dojde k omezení). A pouze tepelný může ovlivnit kolektorový proud. V otevřeném stavu je na vstupu klíče vysoká úroveň napětí odpovídající signálu logické jednotky. Je možné pracovat ve dvou režimechzároveň. Takový výkon může být v oblasti nasycení nebo lineární oblasti výstupní charakteristiky. Budeme se jim věnovat podrobněji.
Sytost klíčů
V takových případech jsou tranzistorové přechody předpětí. Pokud se tedy změní základní proud, hodnota kolektoru se nezmění. U křemíkových tranzistorů je k dosažení předpětí potřeba přibližně 0,8 V, zatímco u germaniových tranzistorů se napětí pohybuje v rozmezí 0,2-0,4 V. Jak se obecně dosahuje saturace klíčů? Tím se zvýší základní proud. Všechno má ale své meze, stejně jako zvyšující se saturace. Takže když je dosaženo určité aktuální hodnoty, přestane se zvyšovat. A proč provádět saturaci klíčů? Existuje speciální koeficient, který zobrazuje stav věcí. S jeho nárůstem se zvyšuje zatížitelnost, kterou mají tranzistorové spínače, s menší silou začnou působit destabilizační faktory, ale výkon se zhoršuje. Proto je hodnota koeficientu saturace vybrána z kompromisních úvah se zaměřením na úkol, který bude třeba provést.
Nevýhody nenasyceného klíče
A co se stane, když nebylo dosaženo optimální hodnoty? Pak budou takové nevýhody:
- Napětí veřejného klíče klesne a ztratí se asi na 0,5 V.
- Imunita proti hluku se zhorší. To je způsobeno zvýšeným vstupním odporem, který je pozorován u kláves, když jsou v otevřeném stavu. Proto také povede k rušení, jako jsou přepětízměna parametrů tranzistorů.
- Nasycený klíč má výraznou teplotní stabilitu.
Jak vidíte, tento proces je stále lepší provést, abyste nakonec získali dokonalejší zařízení.
Výkon
Tento parametr závisí na maximální povolené frekvenci, kdy lze provést přepínání signálu. To zase závisí na době trvání přechodného děje, která je dána setrvačností tranzistoru, a také na vlivu parazitních parametrů. Pro charakterizaci rychlosti logického prvku se často uvádí průměrná doba, která nastane, když je signál zpožděn při jeho přenosu do tranzistorového spínače. Obvod, který to zobrazuje, obvykle ukazuje právě takový průměrný rozsah odezvy.
Interakce s jinými klávesami
Slouží k tomu spojovací prvky. Pokud má tedy první klíč na výstupu vysokou úroveň napětí, pak se druhý otevře na vstupu a pracuje ve stanoveném režimu. A naopak. Takový komunikační obvod výrazně ovlivňuje přechodové procesy, ke kterým dochází při přepínání a rychlost kláves. Takto funguje tranzistorový spínač. Nejběžnější jsou obvody, ve kterých interakce probíhá pouze mezi dvěma tranzistory. To ale vůbec neznamená, že to nemůže udělat zařízení, ve kterém budou použity tři, čtyři nebo i více prvků. Ale v praxi je pro to těžké najít uplatnění,proto se nepoužívá funkce tranzistorového spínače tohoto typu.
Co si vybrat
S čím je lepší pracovat? Představme si, že máme jednoduchý tranzistorový spínač, jehož napájecí napětí je 0,5 V. Poté bude možné pomocí osciloskopu zachytit všechny změny. Pokud je kolektorový proud nastaven na 0,5mA, pak napětí klesne o 40mV (základ bude asi 0,8V). Podle standardů úlohy lze říci, že se jedná o poměrně významnou odchylku, která omezuje použití v řadě obvodů, například v přepínačích analogových signálů. Používají proto speciální tranzistory s efektem pole, kde je řídící p–n přechod. Jejich výhody oproti jejich bipolárním bratrancům jsou:
- Malé zbytkové napětí na klíči ve stavu zapojení.
- Vysoký odpor a v důsledku toho malý proud, který protéká uzavřeným prvkem.
- Nízká spotřeba energie, takže není potřeba žádné významné ovládací napětí.
- Je možné přepínat nízkoúrovňové elektrické signály, které jsou jednotkami mikrovoltů.
Tranzistorový reléový klíč je ideální aplikace pro pole. Tato zpráva je zde samozřejmě zveřejněna pouze proto, aby čtenáři měli představu o své aplikaci. Trocha znalostí a vynalézavosti – a možností implementací, ve kterých jsou tranzistorové spínače, bude vynalezeno mnoho.
Příklad práce
Podívejme se blíže,jak funguje jednoduchý tranzistorový spínač. Spínaný signál je přenášen z jednoho vstupu a odváděn z jiného výstupu. K uzamčení klíče je na hradlo tranzistoru přivedeno napětí, které přesahuje hodnoty zdroje a kolektoru o hodnotu větší než 2-3 V. V tomto případě je však třeba dávat pozor, aby překročit povolený rozsah. Když je klíč zavřený, jeho odpor je poměrně velký - více než 10 ohmů. Tato hodnota je získána díky skutečnosti, že zpětný předpětí proud p-n přechodu dodatečně ovlivňuje. Ve stejném stavu se kapacita mezi spínaným signálovým obvodem a řídící elektrodou pohybuje v rozmezí 3-30 pF. Nyní otevřeme tranzistorový spínač. Zapojení a praxe ukáže, že pak se napětí řídicí elektrody přiblíží nule a je velmi závislé na zatěžovacím odporu a spínané napěťové charakteristice. To je způsobeno celým systémem interakcí hradla, kolektoru a zdroje tranzistoru. To vytváří určité problémy pro provoz v režimu přerušení.
Jako řešení tohoto problému byly vyvinuty různé obvody, které stabilizují napětí, které proudí mezi kanálem a bránou. Navíc díky fyzikálním vlastnostem lze v této kapacitě použít i diodu. K tomu by mělo být zahrnuto v propustném směru blokovacího napětí. Pokud nastane potřebná situace, dioda se uzavře a otevře se přechod p-n. Aby při změně spínaného napětí zůstalo otevřené a odpor jeho kanálu se nezměnil mezi zdrojem a vstupem klíče, můžetezapněte vysokoodporový odpor. A přítomnost kondenzátoru výrazně urychlí proces dobíjení nádrží.
Výpočet klíče tranzistoru
Pro pochopení uvádím příklad výpočtu, můžete nahradit svá data:
1) Kolektor-emitor - 45 V. Celkový ztrátový výkon - 500 mw. Kolektor-emitor - 0,2 V. Mezní frekvence provozu - 100 MHz. Báze-emitor - 0,9 V. Kolektorový proud - 100 mA. Statistický aktuální přenosový poměr – 200.
2) 60mA rezistor: 5-1, 35-0, 2=3, 45.
3) Odpor kolektoru: 3,45\0,06=57,5 ohmů.
4) Pro usnadnění používáme hodnotu 62 Ohm: 3, 45\62=0, 0556 mA.
5) Uvažujeme základní proud: 56\200=0,28 mA (0,00028 A).
6) Kolik bude na základním odporu: 5 - 0, 9=4, 1 V.
7) Určete odpor základního odporu: 4, 1 / 0, 00028 \u003d 14, 642, 9 Ohm.
Závěr
A nakonec k názvu „elektronické klíče“. Faktem je, že stav se mění pod vlivem proudu. A co zastupuje? Přesně tak, souhrn elektronických poplatků. Odtud pochází druhé jméno. To je vše. Jak vidíte, princip činnosti a uspořádání tranzistorových spínačů není nic složitého, takže pochopení tohoto je proveditelný úkol. Je třeba poznamenat, že i autor tohoto článku potřeboval použít nějakou referenční literaturu, aby si osvěžil paměť. Pokud tedy máte dotazy k terminologii, doporučuji připomenout dostupnost technických slovníků a vyhledat nový.informace o tranzistorových spínačích jsou tam.
