Транзисторен превключвател

Помислете за схемата, показана на фиг. 2.3. Тази схема, която с малък управляващ ток може да генерира много по-висок ток в друга верига, се нарича транзисторен превключвател. Правилата в предишния раздел ви помагат да разберете как работи. Когато контактът на превключвателя е отворен, няма базов ток. Следователно, както следва от правило 4, няма и ток на колектора. Лампата не свети.

Фигура: 2.3. Пример за транзисторен превключвател.

Когато ключът е затворен, базовото напрежение е 0,6 V (диодът на базовия емитер е отворен). Спадът на напрежението на базовия резистор е 9,4 V, следователно базовият ток е

. Ако, без да мислите, използвате правило 4, тогава можете да получите грешен резултат:

(за типична стойност

. Каква е грешката? Въпросът е, че правило 4 се прилага само ако се спазва правило 1; ако токът на колектора е достигнал

, тогава спадът на напрежението на лампата е 10 V. За да бъде токът още по-висок, потенциалът на колектора трябва да е по-малък от потенциала на земята. Но транзисторът не може да премине в това състояние. Когато потенциалът на колектора се приближи до потенциала на земята, транзисторът преминава в режим на насищане (типичните стойности на напрежението на насищане са в диапазона

, виж приложение G) и промяната в потенциала на колектора спира. В нашия случай лампата светва, когато падането на напрежението в нея е 10 V.

Ако към основата се подаде прекомерен сигнал (използвахме тока

, макар че би било достатъчно да има

, тогава веригата не губи този излишък; в нашия случай това е много полезно, тъй като през лампата протича голям ток, когато тя е в студено състояние (съпротивлението на лампата в студено състояние е 5-10 пъти по-малко, отколкото когато протича работният ток). В допълнение, при ниски напрежения между колектора и основата, коефициентът (3) намалява, което означава, че за да се прехвърли транзисторът в режим на насищане, е необходим допълнителен базов ток (вж. Приложение G). Понякога резистор е свързан към основата (с съпротивление, например 10 kΩ), така че когато ключът е отворен, базовият потенциал със сигурност е равен на земния потенциал.

Този резистор не влияе на работата на веригата, когато ключът е затворен, тъй като само малка част от тока протича през него.

При проектирането на транзисторни превключватели са полезни следните насоки:

1. Съпротивлението на резистора в основната верига е по-добре да се вземе по-малко, тогава излишният базов ток ще бъде по-голям. Тази препоръка е особено полезна за схеми, които контролират осветлението на лампите; тъй като при ниска стойност

коефициентът намалява

Фигура: 2.4. Винаги използвайте диод за потискане, когато свързвате индуктивни товари.

Също така трябва да се помни при разработването на високоскоростни превключватели, тъй като при много високи честоти (от порядъка на мегагерца) се появяват капацитивни ефекти и стойността на коефициента намалява (3. За да се увеличи скоростта, кондензатор е свързан паралелно на базов резистор.

2. Ако потенциалът на натоварване по някаква причина е по-малък от потенциала на земята (например, ако натоварването е променливо напрежение или е индуктивно), тогава паралелно с кръстовището на колектора трябва да се свърже диод (можете да използвате и диод свързан в обратна посока по отношение на положителното потенциално захранване), тогава веригата колектор-основа няма да провежда ток с отрицателно напрежение върху товара.

3. Когато се използват индуктивни товари, транзисторът трябва да бъде защитен с диод, свързан към товара, както е показано на фиг. 2.4. Ако превключвателят е отворен, тогава при липса на диод върху колектора ще действа голямо положително напрежение, най-вероятно надвишаващо пробивното напрежение за веригата колектор-емитер. Това е така, защото индуктивността има тенденция да поддържа текущия ток, който тече от източника

към колектора (не забравяйте свойствата на индукторите в раздел 1.31).

Транзисторните превключватели позволяват превключване много бързо, времето за превключване обикновено се измерва в части от микросекунди. С тяхна помощ можете да превключвате няколко вериги с един управляващ сигнал. Друго предимство на транзисторните превключватели е, че те осигуряват възможността за извършване на дистанционно "студено" превключване, при което към превключвателите се изпращат само DC управляващи сигнали. (Ако „задвижвате“ самите превключени мощни сигнали, тогава, когато те се предават през кабели, могат да възникнат капацитивни пренапрежения и сигналите могат да бъдат силно отслабени).

Човешки транзистор.

Фигура: 2.5. "Транзисторният човек" следи базовия ток и регулира изходния реостат така, че изходният ток да е вътре

повече базов ток.

Трябва да се помни, че по всяко време транзисторът може:

а) да бъде в режим на изключване, т.е. изключване (без ток на колектора);

б) да е в активен режим (нисък ток на колектора, напрежението на колектора е по-високо от това на излъчвателя);

в) преминете в режим на насищане (напрежението на колектора е приблизително равно на напрежението на емитера). Режимът на насищане на транзистора е описан по-подробно в допълнение G.