Touches de transistor.

À l'heure actuelle, il existe une tendance manifeste à abandonner les schémas purement analogiques et à passer aux schémas numériques avec une large application de la technologie des microprocesseurs. Le traitement numérique des signaux offre de larges avantages en termes de flexibilité des solutions, de conception technologique et d'économie d'énergie. Dans la conception de circuits, les clés électroniques sont à la base de la technologie numérique, ainsi que d'un nombre important de dispositifs dits à impulsions.

Les implémentations techniques des circuits numériques dans lesquels les signaux sont représentés par des niveaux de tension quantifiés discrets (courant) sont basées sur l'utilisation de commutateurs de tension électroniques (courant), appelés commutateurs électroniques. Comme dispositifs non linéaires à résistance contrôlée dans les clés électroniques, diodes semi-conductrices, bipolaires et fETs, phototransistors, thyristors, optocoupleurs, lampes électroniques.

A l'instar des clés mécaniques (interrupteurs), il est naturel de caractériser la clé électronique à l'état ouvert et fermé, les valeurs limites du courant et de la tension commutés, les paramètres temporels décrivant la vitesse de commutation d'un état à l'autre. Il convient de noter que les clés électroniques, contrairement aux clés mécaniques, ne sont généralement pas bidirectionnelles, c'est-à-dire. commuer le courant et la tension d'un signe.

Il devrait être distingué clés électroniques analogiques, conçu pour transmettre un signal analogique avec une distorsion minimale, et touches numériques, fournissant la formation de signaux binaires. Les clés analogiques sont la base de tous les commutateurs de signaux possibles, qui ont trouvé une large application dans la technique de conversion analogique-numérique. Malgré les similitudes fonctionnelles entre les clés numériques et analogiques, les exigences pour ces dernières sont significativement différentes des exigences pour les clés numériques, ce qui conduit à des raisons complètement différentes pour le développement de clés analogiques.

Par type, les clés électroniques peuvent être divisées en:

fonctionnelle, effectuant la transformation de la variable logique d'entrée en une variable logique de sortie. La transformation peut être effectuée avec atténuation - un élément passif fonctionnel (figure a) et avec amplification, lorsque la variable logique de sortie y tire de l'énergie de z. z - élément actif fonctionnel (figure b);
logique, effectuant la transformation (comparaison) de plusieurs variables logiques d'entrée en une, qui est fonction de ces variables logiques d'entrée (Fig.

Commutateurs à diodes

Dans la clé à diode est utilisé la dépendance de la résistance de la diode sur l'amplitude et le signe de la tension appliquée.

On sait que le courant de diode est déterminé par l'expression :, où 26 mV à 298 K - potentiel de température, m - coefficient tenant compte de l'effet des courants de fuite de surface du germanium et de la recombinaison de génération dans les jonctions p-n des diodes au silicium (- 1.2...1.5, - 1,2 ... 2). Le courant thermique de la diode est pratiquement indépendant de la tension appliquée à la diode et est déterminé par les propriétés électrophysiques du semi-conducteur et sa température de chauffage., où - une constante déterminée par le matériau semi-conducteur et les concentrations d'impuretés, Uк différence de potentiel de contact. Compte tenu de la résistance active des régions p et n, la résistance de la diode est:

Avec assez fortes contraintes (quelques dizaines d'ohms), avec un décalage vers l'arrière (des dizaines à des centaines de kilohms).

Le circuit équivalent de la diode est représenté sur la Fig. L'inertie de la clé est déterminée par les processus d'accumulation de porteurs minoritaires dans la région de jonction p-n, la capacité de jonction p-n, la capacité entre les bornes et l'inductance des terminaux. Le paramètre de référence principal qui détermine la vitesse de la diode est le temps de récupération de la résistance inverse.

rm - résistance aux fuites;

C 0 - la capacité entre les bornes de la diode;

L - inductance des leads;

C D est la capacité de diffusion de la jonction p-n en polarisation directe;

С B - capacité de barrière de la jonction p-n avec polarisation inverse

Fig.1 Diagramme de diode équivalent

Sur la base des commutateurs à diodes, vous pouvez construire différents éléments logiques (Fig. 2).

Figure 2 - Exemple de circuits logiques basés sur des interrupteurs à diodes

Les clés électroniques à base de diodes sont des structures passives, ce qui conduit à un affaiblissement du signal lors du passage de telles clés, ce qui est particulièrement perceptible dans la construction de structures à plusieurs étages.

L'inertie des commutateurs à diodes est due à l'accumulation de porteurs minoritaires dans la région de jonction p-n, la capacité de jonction p-n, la capacité et l'inductance des bornes. En plus des paramètres énumérés, l'inductance et la capacité de la charge, ainsi que les capacités de montage, sont également importantes. Dans les ouvrages de référence sur les diodes discrètes, le temps de récupération inverse (restauration de la résistance inverse) est le plus souvent indiqué, en raison du mouvement de diffusion des porteurs minoritaires. Pour réduire ce temps, la création de pièges facilitant la recombinaison de porteurs minoritaires ou la création d'une concentration d'impuretés inhomogène (diodes à accumulation de charge) peut être utilisée. Les commutateurs à diodes sont le plus souvent utilisés comme nœuds auxiliaires dans la technologie numérique et analogique.

Clés électroniques sur les transistors bipolaires.

Les touches les plus couramment utilisées sont celles assemblées à l'aide d'un circuit émetteur commun, comme indiqué sur la Fig. 3.

En mode clé, le transistor bipolaire fonctionne en mode saturation (touche de boucle fermée) ou en mode de coupure (touche d'ouverture). Il est utile de se rappeler que dans le mode de saturation, les deux transitions (collecteur-base et émetteur-base) sont ouvertes et en mode de coupure - verrouillées. En mode de saturation, le circuit de sortie du transistor peut être représenté par une source de tension équivalente dont la valeur EMF est donnée dans les livres de référence ( Ukenas - tension de saturation). Strictement parlant, il faut également tenir compte de la résistance interne de cette source, dont l'ampleur est déterminée par la pente de la ligne du régime limite, cependant, dans la plupart des cas pratiquement importants, pour les calculs d'ingénierie, Ukenas . Résistances Rb et Rc devrait assurer un verrouillage fiable du transistor avec un niveau bas du signal de commande sur toute la plage de température de fonctionnement et une saturation à un niveau élevé du signal de commande.

Figure 3 - Schéma d'une clé électronique sur un transistor bipolaire

Lors du calcul, il est nécessaire de prendre en compte le courant de collecteur inverse circulant dans la résistance Rb et en créant une chute de tension. La tension totale à la jonction de l'émetteur est donnée par:

où est le courant de retour maximal du collecteur, Uo - niveau de tension bas du signal de commande. De toute évidence, pour verrouiller le transistor en toute sécurité, il est nécessaire que Ube< Ubeots . Il est nécessaire de prendre en compte la forte dépendance en température du courant de retour du collecteur, et de calculer la valeur maximale. Sinon, la clé peut fuir lorsque la température change.

Le transistor ouvert peut être en mode actif ou en mode saturation. Pour les clés électroniques, le mode actif n'est pas rentable, car dans ce mode une puissance importante se dissipe sur le collecteur. Par conséquent, le régime actif n'est admissible que pendant les processus transitoires (où, à proprement parler, il est inévitable).

Pour assurer la saturation, il faut que le rapport soit satisfait. Le courant de base peut être déterminé par la formule: Le courant de saturation est déterminé par la résistance de la résistance dans le circuit du collecteur, les propriétés d'amplification du transistor et la résistance entre le collecteur et l'émetteur à l'état saturé: . Dans les calculs, il est conseillé d'utiliser la pire valeur. Nous notons que si la condition de saturation est violée, le transistor passe dans le mode actif, ce qui s'accompagne d'une augmentation de la tension au niveau du collecteur et d'une augmentation de la puissance de diffusion. Dans un certain nombre de cas, un critère de saturation différent est utilisé: la polarisation directe des transitions des deux transistors (base-émetteur et base-collecteur). En mode actif, la transition base-collecteur est décalée dans la direction opposée.

En utilisant ce critère, il est facile de comprendre que transistor composite (selon le schéma de Darlington) ne sera pas complètement rassasié, puisque la base du transistor de sortie au mieux peut avoir un potentiel égal au potentiel du collecteur.

Une partie essentielle de la conception des clés électroniques consiste à évaluer leurs propriétés dynamiques, qui déterminent la vitesse de commutation et la perte d'énergie à ce stade (pertes dynamiques).

Transitoires dans une clé électronique sur un transistor bipolaire caractérisé par la durée du cycle de commutation, qui peut être divisé en plusieurs étapes distinctes:

Retard sur;

Inclusion (augmentation actuelle à la valeur correspondant à la saturation);

Retard à l'extinction (dû à la résorption de la charge dans la base lors du passage de la saturation au mode actif);

Arrêt (dû à la réduction du courant du collecteur à la valeur correspondant à la coupure).

Il est également nécessaire de prendre en compte les processus de charge de la capacité d'installation et de la charge, qui ne sont pas directement liés au transistor, mais peuvent affecter significativement la durée du processus transitoire dans son ensemble.

Considérez la caractéristique sections du processus de transition sur les diagrammes temporels (Fig. 4).

Figure 4 - Processus transitoires dans une clé sur un transistor bipolaire

Le transistor est bloqué, le courant de la base est déterminé par le courant inverse du collecteur, la charge dans la base est pratiquement absente, la sortie de la clé est haute.
Le potentiel à l'entrée de la clé augmente brusquement, la charge de la capacité d'entrée commence. Les courants de base et de collecteur ne changent pas jusqu'à ce que la tension à la transition base-émetteur dépasse la tension de coupure (temps de retard à l'enclenchement).
Lorsque la tension de coupure est dépassée, la jonction de l'émetteur s'ouvre et le transistor passe en mode actif. Les porteurs minoritaires injectés dans la base violent l'état d'équilibre de la base, et l'accumulation de charge commence. Le courant du collecteur augmente proportionnellement en raison de l'extraction du transporteur dans la zone de collecteur. Le temps avant de passer en mode de saturation est le temps d'activation.
En mode de saturation, tous les courants et les tensions restent constants, tandis que la charge dans la base continue de croître, mais à un rythme plus lent. La charge dépassant la valeur correspondant au passage en mode saturation est appelée redondante.
Avec un changement brusque du potentiel à l'entrée de la touche, le courant de base diminue aussi rapidement, l'état d'équilibre de la charge de la base se dégrade et sa résorption commence. Le transistor reste saturé jusqu'à ce que la charge soit ramenée à la valeur limite, puis passe en mode actif (temps de retard au déclenchement).
En mode actif, la charge de base et le courant de collecteur sont réduits jusqu'à ce que le transistor passe en mode de coupure. A ce moment, la résistance d'entrée de la clé augmente. Cette étape détermine l'heure d'extinction.
Après la transition du transistor au mode de coupure, la tension de sortie continue d'augmenter, puisque les capacités de chargement, de montage et de réservoir sont chargées.

Évidemment, le rôle clé est joué par le degré (profondeur) de saturation du transistor.

Pour quantifier les paramètres de commutation, vous pouvez utiliser les expressions suivantes:

Il existe des méthodes basées sur des circuits pour augmenter la vitesse de la clé: la chaîne de forçage (figure 5a) et la rétroaction non linéaire (figure 5b).

a) La clé avec la chaîne de forçage

b) La clé avec un non linéaire feedback

Figure 5 - Techniques schématiques pour améliorer les performances

Le principe de fonctionnement de forcer la chaîne évidente: lorsque le courant de base du transistor de déverrouillage est déterminée par la cuve de traitement de charge rapide (passage rapide dans un mode de saturation) dans le courant de base de l'état d'ouverture est déterminée par la résistance dont la valeur est choisie de façon à fournir une saturation de transistor peu profonde. Ainsi, le temps de résolution des porteurs minoritaires dans la base de données est réduit.

Lors de l'utilisation d'un retour non linéaire, une diode est appliquée entre la base et le collecteur du transistor. Une diode bloquée n'affecte pas le fonctionnement du circuit, lorsque la clé est ouverte, la diode est polarisée dans le sens direct, et le transistor est recouvert d'un retour négatif profond. Pour réduire le temps d'arrêt, il est nécessaire de prévoir un court temps de rétablissement de la résistance dorsale de la diode, pour laquelle des diodes à barrière de Schottky sont utilisées. Structure monolithique d'une diode Schottky - un transistor bipolaire est appelé un transistor Schottky.

Les touches des transistors bipolaires présentent un certain nombre d'inconvénients qui limitent leur utilisation:

Vitesse limitée, causée par la vitesse de résorption finie des porteurs non principaux dans la base de données;

Puissance significative consommée par les circuits de contrôle en mode statique;

Avec l'inclusion parallèle des transistors bipolaires, il est nécessaire d'utiliser des résistances d'égalisation dans les circuits d'émetteur, ce qui conduit à une diminution de l'efficacité du circuit;

L'instabilité thermique, déterminée par l'augmentation du courant du collecteur lorsque la température du transistor augmente.

Commutateurs électroniques sur les transistors à effet de champ.

Dans le actuellement, il existe un déplacement actif des transistors bipolaires du domaine des dispositifs clés. Dans une large mesure, les transistors à effet de champ sont une alternative. transistors à effet de champ ne consomment pas le circuit de gestion de puissance statique, dans lequel aucun des porteurs minoritaires et, par conséquent, ne nécessite pas de temps pour leur résorption Enfin, l'augmentation de la température entraîne une diminution du courant de drain qui assure une meilleure stabilité thermique.

De la variété de transistors à effet de champ pour la construction de clés électroniques, le plus répandu Transistors MIS avec le canal induit (dans la littérature étrangère - le type enrichi). Les transistors de ce type sont caractérisés par une tension de seuil à laquelle se produit la conductivité du canal. Dans la région des petites tensions entre le drain et la source (un transistor ouvert) peut être représenté par une résistance équivalente (contrairement à un transistor bipolaire saturé - une source de tension). Les données de référence pour les transistors clés de ce type comprennent le paramètre Rioscore - résistance drain-source à l'état ouvert. Pour les transistors basse tension, la valeur de cette résistance est de dixièmes centièmes d'Ohm, ce qui provoque une petite puissance dissipée sur le transistor en mode statique. Malheureusement, Rioscore augmente sensiblement avec le maximum tension admissible drain-source.

Figure 7 - Clé sur un transistor MIS avec une porte induite.

Il faut tenir compte du fait que le régime de saturation du transistor MIS est fondamentalement différent du mode de saturation du transistor bipolaire. Les processus transitoires dans les transistors FET sont dus au transfert de porteurs à travers le canal et à la recharge de capacités interélectrodes, de capacités de charge et de montage. Comme les électrons ont un temps de réponse plus rapide que les trous, les transistors à canal n ont de meilleures performances que les transistors à canal P.

Dans le circuit des dispositifs FET clés, le circuit de source commun représenté sur la figure 7a est le plus souvent utilisé. Lorsque le transistor est fermé, un courant de drain (initial) incontrôlé le traverse. Lorsque le transistor est ouvert, le courant traversant le transistor doit être déterminé par l'amplitude de la résistance de charge et la tension d'alimentation. Pour un déverrouillage fiable du transistor, l'amplitude de la tension de commande est sélectionnée à partir de la condition:, où - courant de charge, Uo - tension de seuil,Donc - la raideur de la caractéristique IV. A l'heure actuelle, il existe une gamme suffisante de transistors, pour le contrôle desquels il existe une tension TTL suffisante.

Les transitoires dans les touches sur les transistors MIS sont représentés sur la figure 8.

Figure 8. Diagrammes de tension dans la clé du transistor à effet de champ.

Transients dans les clés sur les transistors MISse produire comme suit:

Pour faciliter le calcul de la durée des transitoires dans les touches sur les transistors MOS, il est conseillé d'utiliser le paramètre charge de charge Q.v.. Par exemple, un transistor avec Q.v. = 20 nC peuvent être activés en 20 μs avec un courant de 1 mA et pendant 20 ns avec un courant de 1A. Le paramètre spécifié est donné dans les manuels et est déterminé par le fabricant de manière expérimentale.

Les transistors construits sur des transistors bipolaires ou à effet de champ sont divisés en saturés et insaturés, ainsi que les touches MIS et les commutateurs sur les transistors à effet de champ avec contrôle pn-jonction. Tous les interrupteurs à transistors peuvent fonctionner en deux modes: statique et dynamique.

Sur leur base TC basé sur le principe des déclencheurs, des multivibrateurs, des commutateurs, des générateurs de blocage et de nombreux autres éléments. Selon le but et les caractéristiques du fonctionnement du circuit, les TC peuvent différer les uns des autres.

TC est prévu pour la commutation des circuits de charge sous l'influence de signaux de commande externes, voir le diagramme ci-dessus. Toute fonction TC effectue clé à grande vitesse et comporte deux états principaux: ouvert, elle correspond au mode de coupure du transistor (VT - fermé) et fermé, caractérisé par le mode de saturation ou un mode approximatif à celui-ci. Pendant tout le processus de commutation, le TC fonctionne en mode actif.

Considérons le fonctionnement d'une clé basée sur un transistor bipolaire.S'il n'y a pas de tension par rapport à l'émetteur sur la base, le transistor est fermé, aucun courant ne le traverse, toute la tension d'alimentation est sur le collecteur, c.-à-d. le niveau de signal maximum.

Une fois que la base du transistor reçoit le contrôle signal électrique ouvre, le courant commence à circuler et la chute de tension collecteur-émetteur se produit à la résistance interne du collecteur, puis, la tension au niveau du collecteur, et avec elle la tension de sortie du circuit est réduite à un niveau bas.

Pour la pratique, nous allons collecter un simple circuit de la clé à transistor sur un transistor bipolaire. Nous utilisons à cet effet un transistor bipolaire KT817, une résistance dans un circuit d'alimentation de collecteur de 1 kΩ et une entrée de 270 ohms.

Dans l'état ouvert du transistor à la sortie du circuit, nous avons la tension totale de l'alimentation. Lorsqu'un signal est entré dans l'entrée de commande, la tension du collecteur est limitée à un minimum, de l'ordre de 0,6 volt.

En outre, TC peut être implémenté sur des transistors à effet de champ. Le principe de leur fonctionnement est presque le même, mais ils ne consomment pas beaucoup moins de courant de contrôle, mais fournissent également une isolation galvanique des pièces d'entrée et de sortie, mais ils perdent beaucoup de leur vitesse par rapport aux bipolaires. Les clés à transistors sont utilisées pratiquement dans tout type de dispositifs électroniques de commutateurs de signaux analogiques et numériques, de systèmes d'automatisation et de contrôle, dans les appareils ménagers modernes, etc.

Pour commuter les charges dans les circuits courant alternatif Il est préférable d'utiliser des transistors à effet de champ puissants. Cette classe de semi-conducteurs est représentée par deux groupes. Le premier comprend des hybrides: transistors bipolaires IGBT ou avec porte isolée. Dans la seconde, les transistors à champ classique (canal) sont inclus. Considérons, à titre d'exemple pratique, le commutateur de charge de travail pour le réseau tension alternative 220 volts sur un puissant champ VT type KP707

Cette conception permet l'isolation galvanique du circuit de contrôle et du circuit de 220 volts. En tant qu'isolement, les optocoupleurs TLP521 sont utilisés. tension de code au niveau des bornes d'entrée est hors ligne, la LED de l'optocoupleur est hors tension, le transistor de photocoupleur intégré fermé et court-circuite les grilles des transistors de commutation de champ puissants. Par conséquent, leurs fermetures ont une tension d'ouverture égale au niveau de stabilisation de la tension de la diode Zener VD1. Dans ce cas, les agents de terrain sont ouverts et fonctionnent à tour de rôle, en fonction de la polarité de la période de tension alternative à l'instant présent. Autoriser, sur la broche 4, et sur 3 - moins. Puis le courant la charge va des bornes 3 à 5, la charge 6, puis à travers la diode de protection interne VT2, par l'intermédiaire du VT1 ouvert à la borne 4. Lors du changement de période, le courant de charge circule à travers la diode de transistor a VT1 et VT2 extérieure. Les éléments de circuit R3, R3, C1 et VD1 sont une alimentation sans transformateur. La valeur nominale de la résistance R1 correspond au niveau de tension d'entrée de cinq volts et peut être modifiée si nécessaire. Lorsque le signal de contrôle arrive, la LED de l'optocoupleur s'allume et shunte les grilles des deux transistors. La tension n'est pas appliquée à la charge.

Le transistor est-il en mode clé? Quelle autre clé? Tel?

Et peut-être cela?

La clé de la poitrine ressemble plus ou moins à la vérité, car elle verrouille et déverrouille la poitrine, mais elle est encore loin de la vérité.

Auparavant, quand il n'y avait pas d'ordinateurs super puissants et d'Internet super rapide, les messages étaient transmis en utilisant le code Morse. En code Morse, trois signes ont été utilisés: un point, un tiret et ... une pause. Pour transmettre des messages sur de longues distances, on a utilisé la clé télégraphique.

Pressé sur grand pipochku noir - courant couru, pressé - la chaîne était cassée et le courant a cessé de couler. TOUT! Autrement dit, en changeant la vitesse et la durée du clic sur le pip, on peut coder n'importe quel message ;-) On appuie sur le bouton - il y a un signal, on appuie sur le bouton - il n'y a pas de signal.

La clé, assemblée sur un transistor, s'appelle clé à transistor. Transistor key effectue uniquement deux opérations: en CLÉyen et toi CLÉeno, nous considérerons le mode intermédiaire entre "on" et "off" dans les chapitres suivants. Relais électromagnétique remplit la même fonction, mais sa vitesse de commutation est très lente en termes d'électronique moderne, et les contacts de commutation s'usent rapidement.

Qu'est-ce qu'une clé à transistor? Regardons de plus près:

Schémas familiers n'est-ce pas? Ici tout élémentaire et simple ;-) introduit dans la tension de base de la dénomination souhaitée et notre courant commence à circuler à travers le circuit de la borne positive + Bat2 ---\u003e lampe ---\u003e en-tête ---\u003e émetteur ---\u003e à la borne négative BAT2 . La tension sur le Bat2 doit être égale à la tension de fonctionnement de l'ampoule. Si c'est le cas, la lumière émet de la lumière. Au lieu d'une ampoule, il peut y avoir une autre charge. La résistance "R" est ici nécessaire pour limiter la valeur du courant de commande en fonction du transistor. À propos de lui plus en détail, j'ai écrit dans ceci article

Mais tout est-il aussi simple qu'il y paraît à première vue?

Alors, rappelons-nous quelles exigences devraient être pour "ouvrir" complètement le transistor? Lire l'article principe d'amplification d'un transistor bipolaire et rappelez-vous:

1) Afin d'ouvrir complètement le transistor, tension La base de l'émetteur doit être plus de 0,6-0,7 Volt.

Dans le dispositifs d'impulsion très souvent, vous pouvez trouver des clés à transistors. Les clés à transistors sont présentes dans les bascules, les commutateurs, les multivibrateurs, les générateurs de blocage et dans d'autres circuits électroniques. Dans chaque circuit, le commutateur à transistor remplit sa fonction, et en fonction du mode de fonctionnement du transistor, le circuit de la clé dans son ensemble peut varier, mais la base schéma de circuit clé à transistor - la suivante:

Il existe plusieurs modes de fonctionnement de base du commutateur à transistors: le mode actif normal, le mode saturation, le mode de coupure et le mode inverse actif. Bien que le circuit du transistor soit en principe un circuit amplificateur à transistors avec un émetteur commun, en termes de fonctions et de modes, ce circuit est différent de l'étage d'amplification typique.

Dans une application clé, le transistor sert de clé à grande vitesse, et les états statiques principaux sont deux: le transistor est fermé et le transistor est ouvert. L'état verrouillé est un état ouvert lorsque le transistor est en mode de coupure. État fermé - état de saturation du transistor, ou état proche de la saturation, dans cet état le transistor est ouvert. Lorsqu'un transistor passe d'un état à un autre, il s'agit d'un mode actif dans lequel les processus dans la cascade sont non linéaires.

Les états statiques sont décrits conformément aux caractéristiques statiques du transistor. Caractéristique deux: la famille de sortie - la dépendance du courant de collecteur sur la tension collecteur-émetteur et la famille d'entrée - la dépendance du courant de base sur la tension base-émetteur.

Pour le mode de coupure, le déplacement des deux jonctions p-n du transistor dans la direction opposée est caractéristique, et il y a une coupure profonde et une coupure peu profonde. La coupure profonde est lorsque la tension appliquée aux jonctions est 3-5 fois la tension de seuil et a une polarité inverse à la tension de fonctionnement. Dans cet état, le transistor est ouvert et les courants de ses électrodes sont extrêmement faibles.

Lorsque peu profonde même tension de seuil appliquée sur l'une des électrodes, au-dessous, et les courants des électrodes plus longues que quand on coupe profonde, ce qui entraîne des courants déjà dépendant de la tension appliquée en fonction de la courbe inférieure de la famille de caractéristiques de sortie, cette courbe sont appelés « coupure caractéristique » .

Par exemple, faisons un calcul simple pour le mode clé du transistor, qui fonctionnera sur la charge résistive. Le transistor restera longtemps dans l'un des deux états principaux: entièrement ouvert (saturation) ou entièrement fermé (coupure).

Que la charge du transistor soit l'enroulement du relais SRD-12VDC-SL-C, dont la résistance de bobine à 12 V nominale sera de 400 Ohm. Négliger la nature inductive des bobines de relais, que les développeurs prévoient la protection contre les snubber pour les émissions dans le régime transitoire, nous réalisons également le calcul sur l'hypothèse que le relais comprendra un temps et un temps très long. Le courant de collecteur peut être trouvé à partir de la formule:

Ik = (Upt-Ukenas) / Rn.

Où: Ik - courant continu le collectionneur; Upt - tension d'alimentation (12 volts); Ukenas est la tension de saturation d'un transistor bipolaire ( 0,5 volt) Rn est la résistance de charge (400 ohms).

On obtient Ik = (12-0,5) / 400 = 0,02875 A = 28,7 mA.

Par souci de fidélité, nous prenons un transistor avec une marge pour le courant limite et la tension limite. BD139 approprié dans le paquet SOT-32. Ce transistor a les paramètres Ikmax = 1,5 A, Ukmax = 80 V. Il y aura un bon approvisionnement.

Pour fournir un courant de collecteur de 28,7 mA, il est nécessaire de fournir un courant de base approprié. Le courant de la base est déterminé par la formule: Ib = Ik / h21e, où h21e est le coefficient de transfert du courant statique.

Les multimètres modernes permettent de mesurer ce paramètre, et dans notre cas il était de 50. Moyens Ib = 0,0287 / 50 = 574 mkA. Si la valeur du coefficient h21e est inconnue, il est possible de prendre le minimum de la documentation pour ce transistor pour la fiabilité.

Pour déterminer la valeur requise de la résistance de base. La tension de saturation base-émetteur est de 1 volt. Cela signifie que si la commande est effectuée par un signal provenant de la sortie d'un microcircuit logique avec une tension de 5 V, alors pour obtenir le courant de base requis de 574 μA, si une chute de 1 V se produit, on obtient:

R1 = (Uin-Ubenex) / Ib = (5-1) / 0,000574 = 6968 Om

Nous allons sélectionner le côté le plus petit (pour que le courant soit exactement suffisant) de la série standard, la résistance est de 6,8 kΩ.

Mais, le transistor est commuté à un fonctionnement fiable et est, appliquera résistance additionnelle R2 entre la base et l'émetteur, et tombera sur elle une certaine capacité, il est donc nécessaire d'abaisser la résistance de la résistance R1. Prenons R2 = 6,8 kOhm et ajustons la valeur de R1:

R1 = (Uin-Ubanas) / (Ib + I (via la résistance R2) = (Uvx-Ubenex) / (Ib + Ubenas / R2)

R1 = (5-1) / (0,000574 + 1/6800) = 5547 Ohm.

Soit R1 5.1 kΩ et R2 = 6.8 kΩ.

Calculez la perte sur la clé: P = Ik * Ukenas = 0,0287 * 0,5 = 0,014 W. Un radiateur n'est pas requis pour un transistor.

La clé à transistors est le composant principal de la technologie du convertisseur d'impulsions. Dans les circuits de toutes les alimentations à découpage, qui remplacent presque complètement les alimentations des transformateurs, des commutateurs à transistors sont utilisés. Un exemple de telles sources d'énergie est blocs d'ordinateur la nutrition, chargeurs téléphones, ordinateurs portables, tablettes, etc. relais électromagnétiquesparce qu'ils ont un avantage majeur comme l'absence de pièces mobiles mécaniques, ce qui augmente la fiabilité et la durabilité de la clé. De plus, la vitesse d'allumage et d'extinction des interrupteurs électroniques à semi-conducteurs est beaucoup plus élevée que la vitesse des relais électromagnétiques.

Aussi, un interrupteur à transistors est souvent utilisé pour allumer / éteindre (switch) une charge de puissance considérable au signal d'un microcontrôleur.

L'essence de la clé électronique est de la gérer avec une grande puissance avec un signal de faible puissance.

Il existe des clés à semi-conducteurs basées sur des transistors, des thyristors, des triacs. Cependant, dans cet article, le fonctionnement d'une clé électronique sur un transistor bipolaire est considéré. Dans les articles suivants, d'autres types de clés à semi-conducteurs seront considérés.

Selon la structure semi-conductrice, les transistors bipolaires sont divisés en deux types: p — n — p et n — p — n type ( fig. 1 ).

Fig. 1 - Structures de transistors bipolaires

Dans les circuits, les transistors bipolaires sont indiqués, comme indiqué dans fig. 2 . La sortie centrale est appelée la base, la sortie avec la "flèche" est l'émetteur, la sortie restante est le collecteur.

Fig. 2 - Désignation des transistors dans les circuits

En outre, les transistors peuvent être représentés sous forme de deux diodes, qui sont inversées, l'endroit de leur connexion sera toujours la base ( fig. 3 ).

Fig. 3 - Schémas de remplacement de diodes pour transistors

Clé à transistor Schémas d'inclusion.

Les schémas d'activation des transistors de différentes structures semi-conductrices sont illustrés à la Fig. fig. 4 . La transition entre la base et l'émetteur est appelée la jonction de l'émetteur, et la transition entre la base et le collecteur est la jonction du collecteur. Pour activer (ouvrir) le transistor, il faut que la jonction du collecteur soit déplacée dans la direction opposée, et l'émetteur - dans le sens avant.

Fig. 4 - Clé à transistor. Schémas d'inclusion

Tension d'alimentation U un est appliqué aux bornes du collecteur et de l'émetteur U koe via une résistance pull-up R à (voir fig. 4 ). La tension de commande (signal de commande) est fournie entre la base et l'émetteur U être à travers une résistance de limitation de courant R b .

Lorsque le transistor fonctionne en mode clé, il peut être dans deux états. Le premier est le mode de coupure. Dans ce mode, le transistor est complètement fermé et la tension entre le collecteur et l'émetteur est égale à la tension de la source d'énergie. Le deuxième état est le mode de saturation. Dans ce mode, le transistor est complètement ouvert, et la tension entre le collecteur et l'émetteur est égale à la chute de tension à travers le p — n - les transitions et pour les différents transistors sont comprises entre les centièmes et les dixièmes d'un volt.

Sur le chemin de charge, la caractéristique statique d'entrée du transistor ( fig. 5 ) la région de saturation est sur le segment 1-2 et la région de coupure sur le segment 3-4 . La région intermédiaire entre ces segments est la région 2-3 est appelée la région active. Il est guidé lorsque le transistor fonctionne en mode amplificateur.

Fig. 5 - Caractéristique statique d'entrée du transistor

Afin de mémoriser facilement la polarité de la connexion d'alimentation et la tension du signal de commande, il convient de prêter attention à la flèche de l'émetteur. Il indique la direction du courant ( fig. 6 ).

Fig. 6 - Flux de courant à travers la clé à transistor

Calcul des paramètres de la clé à transistors

Pour un exemple d'opération de clé en tant que charge, nous utiliserons la LED. Le schéma de sa connexion est affiché sur fig. 7th . Faites attention à la polarité de la connexion des alimentations et des LED dans les transistors de différentes structures semi-conductrices.

Fig. 7 - Diagrammes de connexion des LED aux interrupteurs à transistors

Calculons les paramètres de base de la clé de transistor exécutée sur un transistor n — p — n type. Supposons que nous ayons les données initiales suivantes:

- Chute de tension sur la LED Δ UVD = 2V;

— courant évalué LED JeVD = 10 mA;

- tension d'alimentation Uun (dans le diagramme est noté Uk) = 9 V;

- tension du signal d'entrée Usoleil = 1,6 V.

Maintenant, regardez à nouveau le diagramme montré dans fig. 7th . Comme nous pouvons le voir, il reste à déterminer la résistance des résistances dans les circuits de base et de collecteur. Un transistor peut sélectionner n'importe quel bipolaire correspondant à la structure semi-conductrice. Prenons par exemple le transistor soviétique n — p — n type MP111B.

Calcul de la résistance dans le circuit collecteur du transistor

La résistance dans le circuit du collecteur est conçue pour limiter le courant qui traverse la LED VD , ainsi que pour protéger contre la surcharge du transistor lui-même. Puisque, à l'ouverture du transistor, le courant dans son circuit ne sera limité que par la résistance de la LED VD et résistance R à .

Définir la résistance R à . Il est égal à la chute de tension à travers elle Δ U R à divisé par le courant dans le circuit du collecteur Je à :

Donc, le collecteur que nous avons défini initialement est le courant nominal de la LED. Il ne doit pas dépasser Je k = 10mA .

Trouvez maintenant la chute de tension à travers la résistance R à . Il est égal à la source d'alimentation en tension U un (U koe ) Moins de chute de tension sur la LED Δ U VD et moins la chute de tension à travers le transistor ΔU koe :

La chute de tension sur la LED, ainsi que la tension de l'alimentation sont initialement réglées et égales respectivement à 0.2V et 9V. chute de tension pour MP111B de transistors que pour les autres transistors soviétiques est supposé égal à environ 0,2 V. Pour une transistors modernes (par exemple BC547, BC549, N2222 et autres) la chute de tension est d'environ 0,05 V ou moins.

La chute de tension aux bornes du transistor peut être mesurée lorsqu'elle est complètement ouverte, entre les bornes du collecteur et de l'émetteur et corrige en outre le calcul. Mais, comme nous le verrons plus loin, la résistance du collecteur peut être choisie par une méthode plus simple.

La résistance dans le circuit du collecteur est:

Calcul de la résistance à la base du transistor

Il nous reste maintenant à déterminer la résistance de la base R b . Il est égal à la baisse de la tension à la résistance elle-même ΔURb divisé par la base actuelle Je b :

La chute de tension à la base du transistor est égale à la tension du signal d'entrée Uvs moins la chute de tension à la jonction base-émetteur ΔUbe . La tension du signal d'entrée est réglée dans les données initiales et est égale à 1,6 V. La chute de tension entre la base et l'émetteur est de l'ordre de 0,6 V.

Ensuite, nous trouvons le courant de la base Ib . Il égal au courant collecteur Ib divisé par le gain du transistor actuel β . Le facteur de gain pour chaque transistor est donné dans les fiches techniques ou dans les livres de référence. Encore plus facile de trouver le sens β vous pouvez utiliser un multimètre. Même le multimètre le plus simple a cette fonction. Pour un transistor donné β = 30 . Transistors modernes β est d'environ 300 ... 600 unités.

Maintenant nous pouvons trouver la résistance nécessaire de la base.

Ainsi, en utilisant le procédé ci-dessus, il est facile de déterminer les valeurs de résistance requises dans les circuits de base et de collecteur. Cependant, vous devez vous rappeler que les données calculées ne vous permettent pas toujours de déterminer avec précision les valeurs de résistance. Par conséquent, il est préférable d'effectuer un réglage plus précis de la touche par un moyen expérimenté, et les calculs ne sont nécessaires que pour l'estimation primaire, c'est-à-dire qu'ils aident à réduire la plage de sélection des valeurs de résistance.

Afin de déterminer les valeurs de résistance, il est nécessaire d'inclure une résistance variable en série avec les résistances de la base et du collecteur et, en changeant sa valeur, obtenir les valeurs requises des courants de base et de collecteur. fig. 8ème ).

Fig. 8 - Diagramme de l'inclusion des résistances variables

Recommandations pour le choix des transistors pour les clés électroniques

La tension nominale entre le collecteur et l'émetteur, qui est indiquée par le fabricant, doit être supérieure à la tension de la source d'alimentation.

Le courant nominal du collecteur, également indiqué par le constructeur, doit être plus courant charger.

Il est nécessaire de s'assurer que le courant et la tension de la base du transistor ne dépassent pas les valeurs admissibles.

En outre, la tension sur la base en mode de saturation ne doit pas être inférieure à la valeur minimale, sinon la clé du transistor sera instable.