Pri práci so zložitými obvodmi je užitočné používať rôzne technické triky, ktoré vám umožnia dosiahnuť váš cieľ s minimálnou námahou. Jedným z nich je vytvorenie tranzistorových spínačov. Čo sú zač? Prečo by mali byť vytvorené? Prečo sa nazývajú aj „elektronické kľúče“? Aké sú vlastnosti tohto procesu a na čo by som mal venovať pozornosť?
Z čoho sú vyrobené tranzistorové spínače
Vyrábajú sa pomocou poľných alebo bipolárnych tranzistorov. Prvé sa ďalej delia na MIS a kľúče, ktoré majú ovládací p–n prechod. Medzi bipolárnymi sa rozlišujú nenasýtené. 12-voltový tranzistorový kľúč bude schopný splniť základné potreby rádioamatéra.
Statický režim prevádzky
Analyzuje súkromný a verejný stav kľúča. Prvý vstup obsahuje nízku úroveň napätia, ktorá indikuje signál logickej nuly. V tomto režime sú oba prechody v opačnom smere (dosiahne sa prerušenie). A iba tepelný môže ovplyvniť kolektorový prúd. V otvorenom stave je na vstupe kľúča vysoká úroveň napätia zodpovedajúca signálu logickej jednotky. Je možné pracovať v dvoch režimochsúčasne. Takýto výkon môže byť v oblasti nasýtenia alebo lineárnej oblasti výstupnej charakteristiky. Budeme sa im venovať podrobnejšie.
Sýtosť kľúča
V takýchto prípadoch sú tranzistorové prechody predpäté. Preto, ak sa zmení základný prúd, potom sa hodnota kolektora nezmení. V kremíkových tranzistoroch je na dosiahnutie predpätia potrebných približne 0,8 V, zatiaľ čo pri germániových tranzistoroch napätie kolíše v rozmedzí 0,2 – 0,4 V. Ako sa vo všeobecnosti dosiahne saturácia kľúča? Tým sa zvýši základný prúd. Ale všetko má svoje hranice, rovnako ako zvyšovanie saturácie. Takže, keď sa dosiahne určitá aktuálna hodnota, prestane sa zvyšovať. A prečo vykonávať saturáciu kľúčov? Existuje špeciálny koeficient, ktorý zobrazuje stav vecí. S jeho nárastom sa zvyšuje zaťažiteľnosť, ktorú majú tranzistorové spínače, s menšou silou začnú pôsobiť destabilizujúce faktory, ale výkon sa zhoršuje. Preto sa hodnota koeficientu saturácie vyberá z kompromisných úvah so zameraním na úlohu, ktorú bude potrebné vykonať.
Nevýhody nenasýteného kľúča
A čo sa stane, ak sa nedosiahne optimálna hodnota? Potom budú takéto nevýhody:
- Napätie verejného kľúča klesne a stratí sa približne na 0,5 V.
- Imunita voči hluku sa zhorší. Je to spôsobené zvýšeným vstupným odporom, ktorý sa pozoruje v kľúčoch, keď sú v otvorenom stave. Preto povedie k rušeniu, ako je napríklad prepätiezmena parametrov tranzistorov.
- Nasýtený kľúč má výraznú teplotnú stabilitu.
Ako vidíte, tento proces je stále lepšie vykonať, aby ste nakoniec získali dokonalejšie zariadenie.
Výkon
Tento parameter závisí od maximálnej povolenej frekvencie, kedy je možné vykonať prepínanie signálu. To zase závisí od trvania prechodného javu, ktorý je určený zotrvačnosťou tranzistora, ako aj vplyvom parazitných parametrov. Na charakterizáciu rýchlosti logického prvku sa často uvádza priemerný čas, ktorý nastane, keď sa signál oneskorí pri jeho prenose do tranzistorového spínača. Diagram, ktorý to zobrazuje, zvyčajne zobrazuje práve takýto priemerný rozsah odozvy.
Interakcia s inými klávesmi
Slúžia na to spojovacie prvky. Ak má teda prvý kľúč na výstupe vysokú úroveň napätia, potom sa druhý otvorí na vstupe a pracuje v špecifikovanom režime. A naopak. Takýto komunikačný obvod výrazne ovplyvňuje prechodné procesy, ktoré sa vyskytujú pri prepínaní a rýchlosť klávesov. Takto funguje tranzistorový spínač. Najbežnejšie sú obvody, v ktorých interakcia prebieha iba medzi dvoma tranzistormi. To ale vôbec neznamená, že to nedokáže zariadenie, v ktorom budú použité tri, štyri alebo aj viac prvkov. Ale v praxi je ťažké nájsť na to uplatnenie,preto sa činnosť tranzistorového spínača tohto typu nepoužíva.
Čo si vybrať
S čím je lepšie pracovať? Predstavme si, že máme jednoduchý tranzistorový spínač, ktorého napájacie napätie je 0,5 V. Potom pomocou osciloskopu bude možné zachytiť všetky zmeny. Ak je kolektorový prúd nastavený na 0,5 mA, napätie klesne o 40 mV (základňa bude asi 0,8 V). Podľa noriem úlohy môžeme povedať, že ide o pomerne významnú odchýlku, ktorá obmedzuje použitie v mnohých obvodoch, napríklad v prepínačoch analógových signálov. Preto používajú špeciálne tranzistory s efektom poľa, kde je riadiaci p–n prechod. Ich výhody oproti ich bipolárnym bratrancom sú:
- Malé zvyškové napätie na kľúči v stave zapojenia.
- Vysoký odpor a v dôsledku toho malý prúd, ktorý preteká cez uzavretý prvok.
- Nízka spotreba energie, takže nie je potrebné žiadne významné ovládacie napätie.
- Je možné prepínať elektrické signály nízkej úrovne, ktoré sú jednotkami mikrovoltov.
Tranzistorový reléový kľúč je ideálnou aplikáciou do terénu. Samozrejme, táto správa je tu zverejnená iba preto, aby čitatelia mali predstavu o svojej aplikácii. Trochu vedomostí a vynaliezavosti - a možností implementácií, v ktorých sú tranzistorové spínače, sa vynájde veľa.
Pracovný príklad
Pozrime sa bližšie,ako funguje jednoduchý tranzistorový spínač. Spínaný signál je prenášaný z jedného vstupu a odvádzaný z iného výstupu. Na uzamknutie kľúča sa na hradlo tranzistora privedie napätie, ktoré presahuje hodnoty zdroja a odvodu o hodnotu väčšiu ako 2-3 V. V tomto prípade však treba dávať pozor, aby prekročiť povolený rozsah. Keď je kľúč zatvorený, jeho odpor je pomerne veľký - viac ako 10 ohmov. Táto hodnota sa získa v dôsledku skutočnosti, že spätný prúd predpätia p-n prechodu dodatočne ovplyvňuje. V rovnakom stave kapacita medzi spínaným signálovým obvodom a riadiacou elektródou kolíše v rozsahu 3-30 pF. Teraz otvoríme tranzistorový spínač. Zapojenie a prax ukáže, že potom sa napätie riadiacej elektródy priblíži k nule a je veľmi závislé od odporu záťaže a spínanej napäťovej charakteristiky. Je to spôsobené celým systémom interakcií brány, kolektora a zdroja tranzistora. To spôsobuje určité problémy pri prevádzke v režime prerušovača.
Ako riešenie tohto problému boli vyvinuté rôzne obvody, ktoré stabilizujú napätie, ktoré prúdi medzi kanálom a bránou. Navyše vzhľadom na fyzikálne vlastnosti možno v tejto kapacite použiť aj diódu. Na tento účel by mal byť zahrnutý v doprednom smere blokovacieho napätia. Ak sa vytvorí potrebná situácia, dióda sa zatvorí a p-n prechod sa otvorí. Aby pri zmene spínaného napätia zostalo otvorené a odpor jeho kanála sa nezmenil, medzi zdrojom a vstupom kľúča môžetezapnite vysokoodporový odpor. A prítomnosť kondenzátora výrazne urýchli proces dobíjania nádrží.
Výpočet kľúča tranzistora
Pre pochopenie uvádzam príklad výpočtu, ktorým môžete nahradiť svoje údaje:
1) Kolektor-emitor - 45 V. Celkový stratový výkon - 500 mw. Kolektor-emitor - 0,2 V. Limitná frekvencia prevádzky - 100 MHz. Báza-emitor - 0,9 V. Kolektorový prúd - 100 mA. Štatistický aktuálny prenosový pomer – 200.
2) 60mA rezistor: 5-1, 35-0, 2=3, 45.
3) Odpor kolektora: 3,45\0,06=57,5 ohmov.
4) Pre pohodlie používame hodnotu 62 Ohm: 3, 45\62=0, 0556 mA.
5) Uvažujeme základný prúd: 56\200=0,28 mA (0,00028 A).
6) Koľko bude na základnom rezistore: 5 – 0, 9=4, 1V.
7) Určite odpor základného odporu: 4, 1 / 0, 00028 \u003d 14, 642, 9 Ohm.
Záver
A nakoniec k názvu „elektronické kľúče“. Faktom je, že stav sa mení pod vplyvom prúdu. A čo predstavuje? Presne tak, súhrn elektronických poplatkov. Odtiaľ pochádza druhé meno. To je všetko. Ako vidíte, princíp činnosti a usporiadanie tranzistorových spínačov nie sú komplikované, takže pochopenie tohto je uskutočniteľná úloha. Treba poznamenať, že aj autor tohto článku potreboval použiť nejakú referenčnú literatúru na osvieženie vlastnej pamäte. Preto, ak máte otázky týkajúce sa terminológie, navrhujem pripomenúť si dostupnosť technických slovníkov a vyhľadať si nový.informácie o tranzistorových spínačoch sú tam.
