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Funzionamento a transistor in modalità chiave
Per semplificare la storia, puoi immaginare transistor sotto forma di un resistore variabile. La conclusione della base è proprio la maniglia che puoi ruotare. In questo caso, la resistenza della sezione collettore-emettitore cambia. Naturalmente, non è necessario ruotare la base, può staccarsi. Ma applicare un certo voltaggio rispetto all'emettitore, ovviamente, è possibile.
Se la tensione non viene applicata affatto, ma semplicemente prendere e chiudere le conclusioni della base e dell'emettitore, anche se non in corto, ma attraverso un resistore di diversi KOhm. Si scopre che la tensione dell'emettitore di base (Ube) è zero. Di conseguenza, non esiste corrente di base. Il transistor è chiuso, la corrente del collettore è trascurabile, solo la stessa corrente iniziale. Più o meno come un diodo nella direzione opposta! In questo caso, dicono che il transistor è in posizione OFF, il che in linguaggio ordinario significa che è chiuso o bloccato.
Lo stato opposto si chiama SATURAZIONE. Questo è quando il transistor è completamente aperto, in modo che non ci sia nessun posto dove aprire ulteriormente. Con un tale grado di apertura, la resistenza della sezione del collettore-emettitore è così piccola che è semplicemente impossibile accendere il transistor senza carico nel circuito del collettore, che brucerà all'istante. In questo caso, la tensione residua sul collettore può essere solo 0,3 ... 0,5 V.
Per portare il transistor in tale stato, è necessario fornire una corrente di base sufficientemente grande applicando un Ube di grande tensione rispetto all'emettitore, dell'ordine di 0,6 ... 0,7 V. Sì, per una giunzione emettitore di base, una tale tensione senza un resistore limitante è molto grande. Dopotutto, la caratteristica di ingresso del transistor, mostrata in Figura 1, è molto simile al ramo diretto della caratteristica del diodo.
Figura 1. Caratteristica di ingresso del transistor
Questi due stati - saturazione e cutoff - vengono utilizzati quando il transistor è in modalità chiave come un normale contatto di relè. Il punto principale di questa modalità è che una piccola corrente di base controlla una grande corrente di collettore, che è diverse decine di volte maggiore della corrente di base. Una grande corrente di collettore è ottenuta a causa di una fonte di energia esterna, ma il guadagno attuale, come si suol dire, è evidente. Un semplice esempio: un piccolo microcircuito accende una grande lampadina!
Per determinare l'entità di tale guadagno del transistor nella modalità chiave, viene utilizzato il "guadagno di corrente nella modalità segnale grande". Nelle directory da è indicato dalla lettera greca β "betta". Per quasi tutti i transistor moderni, quando si opera in modalità chiave, questo coefficiente non è inferiore a 10 ... 20 β è determinato come rapporto tra la massima corrente possibile del collettore e la minima corrente di base possibile. La dimensione è senza dimensioni, solo "quante volte".
β ≥ Ic / Ib
Anche se la corrente di base è più del necessario, non ci sono problemi particolari: il transistor non sarà ancora in grado di aprirsi di più. Ecco perché è in modalità saturazione. Oltre ai transistor convenzionali, Darlington o transistor compositi vengono utilizzati per operare in modalità chiave. La loro "superbetta" può raggiungere 1000 o più volte.
Come calcolare la modalità operativa della fase chiave
Per non essere completamente infondati, proviamo a calcolare la modalità operativa della cascata chiave, il cui circuito è mostrato in Figura 2.
Figura 2
Il compito di questa cascata è molto semplice: accendere e spegnere la lampadina. Naturalmente, il carico può essere qualsiasi cosa: una bobina di relè, un motore elettrico, solo una resistenza, ma non si sa mai cosa. La lampadina è stata presa solo per chiarire l'esperimento, per semplificarlo. Il nostro compito è un po 'più complicato. È necessario calcolare il valore della resistenza Rb nel circuito di base in modo che la lampadina bruci a pieno calore.
Tali lampadine vengono utilizzate per illuminare il cruscotto delle auto domestiche, quindi trovarlo è facile. Il transistor KT815 con una corrente di collettore di 1,5 A è abbastanza adatto a tale esperienza.
La cosa più interessante di tutta questa storia è che i calcoli non sono presi in considerazione nei calcoli, purché sia soddisfatta la condizione β ≥ Ic / Ib. Pertanto, la lampadina può avere una tensione operativa di 200 V e il circuito di base può essere controllato da microchip con una tensione di alimentazione di 5 V. Se il transistor è progettato per funzionare con una tale tensione sul collettore, la luce lampeggerà senza problemi.
Ma nel nostro esempio, non sono previsti microcircuiti, il circuito di base è controllato semplicemente da un contatto, che fornisce semplicemente 5V. Lampadina per tensione 12V, corrente assorbita 100mA. Si presume che il nostro transistor abbia esattamente β 10. La caduta di tensione sulla giunzione emettitore di base è Ube = 0,6 V. Vedi le caratteristiche di input in figura 1.
Con tali dati, la corrente nella base dovrebbe essere Ib = Ik / β = 100/10 = 10 (mA).
La tensione sulla resistenza di base Rb sarà (meno la tensione sulla giunzione dell'emettitore di base) 5 V - Ube = 5 V - 0,6 V = 4,4 V.
Ricordiamo la legge di Ohm: R = U / I = 4.4V / 0.01A = 440ohm. Secondo il sistema SI, sostituiamo la tensione in volt, la corrente in ampere, il risultato è in Ohm. Dalla serie standard, selezioniamo un resistore con una resistenza di 430 Ohm. Su questo calcolo può essere considerato completo.
Ma chi osserva attentamente il circuito potrebbe chiedere: “Perché non è stato detto nulla sul resistore tra la base e l'emettitore Rbe? Si sono appena dimenticati di lui o è davvero necessario? ”
Lo scopo di questo resistore è di chiudere in modo affidabile il transistor nel momento in cui il pulsante è aperto. Il fatto è che se la base “pende in aria”, l'effetto di tutti i tipi di interferenza su di essa è semplicemente garantito, specialmente se il filo del pulsante è abbastanza lungo. Cosa non è l'antenna? Quasi come un ricevitore rivelatore.
Per chiudere in modo affidabile il transistor, per inserirlo nella modalità di taglio, è necessario che i potenziali dell'emettitore e della base siano uguali. Sarebbe più semplice utilizzare un contatto di commutazione nel nostro "programma di addestramento". È necessario attivare il contatto dell'interruttore della luce su + 5V, e quando è stato necessario spegnerlo - appena chiuso l'ingresso dell'intera cascata a terra.
Ma non è sempre e non ovunque che il lusso possa essere concesso come un contatto extra. Pertanto, è più semplice allineare i potenziali della base e dell'emettitore con il resistore Rbe. Non è necessario calcolare il valore di questo resistore. Di solito è preso uguale a dieci RB. Secondo i dati pratici, il suo valore dovrebbe essere 5 ... 10K.
Il circuito considerato è un tipo di circuito con un emettitore comune. Due caratteristiche possono essere annotate qui. In primo luogo, questo utilizza 5 V come tensione di controllo. È questa tensione che viene utilizzata quando lo stadio chiave è collegato a circuiti digitali o, che ora è più probabile microcontrollori.
In secondo luogo, il segnale del collettore viene invertito rispetto al segnale di base. Se c'è tensione alla base, il contatto viene chiuso a + 5V, quindi sul collettore scende quasi a zero. Bene, non a zero, ovviamente, ma alla tensione indicata nella directory. Allo stesso tempo, la lampadina non è visivamente invertita: c'è un segnale alla base, c'è luce.
L'inversione del segnale di ingresso si verifica non solo nella modalità chiave del transistor, ma anche nella modalità guadagno. Ma questo sarà discusso nella prossima parte dell'articolo.
Boris Aladyshkin
Post scriptum Prima di eseguire l'installazione nel circuito, è molto spesso necessario verificare il funzionamento dei transistor. Guarda come farlo proprio qui - Semplice test a transistor in pratica.
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