Interruptor electrónico de transistores: principio de funcionamiento y esquema

En los dispositivos de pulso, a menudo puede encontrar interruptores de transistores. Los interruptores de transistores se encuentran en flip-flops, interruptores, multivibradores, generadores de bloqueo y otros circuitos electrónicos. En cada circuito, el interruptor del transistor realiza su función y, según el modo de operación del transistor, el circuito del interruptor en su conjunto puede cambiar, pero el diagrama esquemático básico del interruptor del transistor es el siguiente:

Hay varios modos básicos de operación de un interruptor de transistor: modo activo normal, modo de saturación, modo de corte y modo inverso activo. Aunque el circuito interruptor de transistor es básicamente un circuito amplificador de transistor de emisor común, este circuito difiere en función y modo de un amplificador típico.

En una aplicación clave, el transistor sirve como un interruptor rápido y los principales estados estáticos son dos: el transistor está apagado y el transistor está encendido. Estado bloqueado: estado abierto cuando el transistor está en modo de corte.Estado cerrado: el estado de saturación del transistor o un estado cercano a la saturación, en cuyo estado el transistor está abierto. Cuando el transistor cambia de un estado a otro, es un modo activo en el que los procesos en cascada no son lineales.

Los estados estáticos se describen de acuerdo con las características estáticas del transistor. Hay dos características: la familia de salida, la dependencia de la corriente del colector del voltaje del colector-emisor y la familia de entrada, la dependencia de la corriente base del voltaje base-emisor.

El modo de corte se caracteriza por la polarización de las dos uniones pn del transistor en la dirección opuesta, y hay un corte profundo y un corte superficial. Una falla profunda es cuando el voltaje aplicado a las uniones es de 3 a 5 veces más alto que el umbral y tiene la polaridad opuesta a la operativa. En este estado, el transistor está abierto y las corrientes en sus electrodos son extremadamente pequeñas.

En una ruptura poco profunda, la tensión aplicada a uno de los electrodos es menor y las corrientes de los electrodos son más altas que en una ruptura profunda, con el resultado de que las corrientes ya dependen de la tensión aplicada de acuerdo con la curva inferior de la familia de características de salida. , esta curva se llama la «característica límite»...

Por ejemplo, realizaremos un cálculo simplificado para el modo clave del transistor que operará con una carga resistiva. Un transistor permanecerá durante mucho tiempo en solo uno de dos estados básicos: completamente abierto (saturación) o completamente cerrado (corte).

Sea la carga del transistor la bobina del relé SRD-12VDC-SL-C, cuya resistencia de bobina a 12 V nominales será de 400 ohmios.Ignoramos la naturaleza inductiva de la bobina del relé, dejamos que los desarrolladores proporcionen un silenciador para proteger contra las emisiones transitorias, pero calcularemos en función del hecho de que los relés se encenderán una vez y durante mucho tiempo. Encontramos la corriente del colector por la fórmula:

Ik = (Upit-Ukenas) / Rn.

Donde: Ik — corriente continua del colector; Usup — tensión de alimentación (12 voltios); Ukenas — tensión de saturación del transistor bipolar (0,5 voltios); Rn — resistencia de carga (400 ohmios).

Obtenemos Ik = (12-0.5) / 400 = 0.02875 A = 28.7 mA.

Por fidelidad, tomemos un transistor con un margen para la corriente límite y el voltaje límite. Un BD139 en un paquete SOT-32 servirá. Este transistor tiene parámetros Ikmax = 1,5 A, Ukemax = 80 V. Habrá un buen margen.

Para proporcionar una corriente de colector de 28,7 mA, se debe proporcionar una corriente de base adecuada.La corriente de base está determinada por la fórmula: Ib = Ik / h21e, donde h21e es el coeficiente de transferencia de corriente estática.

Los multímetros modernos le permiten medir este parámetro, y en nuestro caso fue 50. Entonces Ib = 0.0287 / 50 = 574 μA. Si se desconoce el valor del coeficiente h21e, para mayor confiabilidad, puede tomar el mínimo de la documentación de este transistor.

Para determinar el valor de la resistencia base requerida. El voltaje de saturación del emisor principal es de 1 voltio. Esto significa que si el control se lleva a cabo mediante una señal de salida de un microcircuito lógico, cuyo voltaje es de 5 V, para proporcionar la corriente de base necesaria de 574 μA, con una caída en una transición de 1 V, obtenemos :

R1 = (Uin-Ubenas) / Ib = (5-1) / 0.000574 = 6968 Ohm

Elijamos el lado más pequeño (para que la corriente sea suficiente) de la resistencia de serie estándar de 6,8 kOhm.

PERO, para que el transistor cambie más rápido y la operación sea confiable, usaremos una resistencia adicional R2 entre la base y el emisor, y caerá algo de energía, lo que significa que es necesario reducir la resistencia del resistencia R1. Tomemos R2 = 6.8 kΩ y ajustemos el valor de R1:

R1 = (Uin-Ubenas) / (Ib + I (vía resistencia R2) = (Uin-Ubenas) / (Ib + Ubenas / R2)

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

Sea R1 = 5,1 kΩ y R2 = 6,8 kΩ.

Calculemos las pérdidas del interruptor: P = Ik * Ukenas = 0,0287 * 0,5 = 0,014 W. El transistor no necesita disipador.