トランジスタ電子スイッチ - 動作原理と回路図

パルスデバイスでは、トランジスタスイッチがよく見られます。トランジスタ スイッチは、フリップフロップ、スイッチ、マルチバイブレータ、ブロッキング ジェネレータ、その他の電子回路に使用されています。各回路でトランジスタ スイッチがその機能を実行し、トランジスタの動作モードに応じてスイッチ全体の回路が変わりますが、トランジスタ スイッチの基本的な回路図は次のとおりです。

トランジスタ スイッチの基本的な動作モードには、通常アクティブ モード、飽和モード、カットオフ モード、およびアクティブ リバース モードがあります。トランジスタスイッチ回路は、基本的にはエミッタ接地型のトランジスタ増幅回路であるが、一般的な増幅器とは機能や形態が異なる。

主要なアプリケーションでは、トランジスタは高速スイッチとして機能し、主な静的状態は 2 つあります。トランジスタはオフであり、トランジスタはオンです。ラッチ状態 — トランジスタがカットオフ モードにあるときのオープン状態。閉状態 - トランジスタの飽和状態、または飽和に近い状態であり、トランジスタが開いている状態です。トランジスタがある状態から別の状態に切り替わるときは、カスケード内のプロセスが非線形となるアクティブ モードになります。

静的状態は、トランジスタの静的特性に従って記述されます。 2 つの特性があります。出力ファミリー - コレクタ - エミッタ電圧に対するコレクタ電流の依存性と、入力ファミリー - ベース - エミッタ電圧に対するベース電流の依存性です。

カットオフ モードは、トランジスタの 2 つの pn 接合が逆方向にバイアスされることを特徴とし、深いカットオフと浅いカットオフがあります。深いブレークダウンは、接合に印加される電圧がしきい値の 3 ～ 5 倍高く、動作電圧とは逆の極性を持つ場合です。この状態では、トランジスタは開いており、その電極の電流は非常に小さくなります。

浅いブレークでは、電極の 1 つに印加される電圧は深いブレークよりも低く、電極電流は高くなります。その結果、出力特性群の下側の曲線に従って、電流はすでに印加電圧に依存しています。 、この曲線は«限界特性»と呼ばれます...

たとえば、抵抗負荷で動作するトランジスタのキー モードの簡略化した計算を実行します。トランジスタは、完全に開いた状態 (飽和) または完全に閉じた状態 (カットオフ) の 2 つの基本状態のうちの 1 つだけを長時間維持します。

トランジスタ負荷をリレー SRD-12VDC-SL-C のコイルとします。公称 12 V でのコイル抵抗は 400 オームになります。リレー コイルの誘導性は無視し、過渡放射から保護するサイレンサーを開発者に提供させますが、リレーは一度だけオンになり、非常に長時間オンになるという事実に基づいて計算します。コレクタ電流は次の式で求められます。

Ik = (ウピット-ウケナス) / Rn.

ここで: Ik — コレクタの直流。 Usup — 供給電圧 (12 ボルト)。 Ukenas — バイポーラ トランジスタの飽和電圧 (0.5 ボルト)。 Rn — 負荷抵抗 (400 オーム)。

Ik = (12-0.5) / 400 = 0.02875 A = 28.7 mA が得られます。

忠実度を高めるために、制限電流と制限電圧に余裕のあるトランジスタを取り上げます。 SOT-32 パッケージの BD139 で十分です。このトランジスタのパラメータは Ikmax = 1.5 A、Ukemax = 80 V です。十分なマージンがあります。

28.7 mA のコレクタ電流を供給するには、適切なベース電流を供給する必要があり、ベース電流は次の式で決定されます: Ib = Ik / h21e (h21e は静電流伝達係数)。

最新のマルチメータを使用すると、このパラメータを測定できます。今回の場合は 50 でした。つまり、Ib = 0.0287 / 50 = 574 μA となります。係数 h21e の値が不明な場合は、信頼性を高めるために、このトランジスタのドキュメントから最小値を取得できます。

必要なベース抵抗値を決定します。メインエミッタの飽和電圧は 1 ボルトです。これは、電圧が 5 V のロジック超小型回路の出力からの信号によって制御が実行される場合、必要なベース電流 574 μA を提供するために、1 V の遷移で降下が得られることを意味します。 :

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

標準の直列 6.8 kΩ 抵抗の小さい方 (電流が十分に十分になるように) を選択しましょう。

ただし、トランジスタのスイッチングを高速化し、動作の信頼性を高めるために、ベースとエミッタの間に追加の抵抗 R2 を使用します。これにより、ある程度の電力がそれにかかります。つまり、トランジスタの抵抗を下げる必要があります。抵抗R1。 R2 = 6.8 kΩ として、R1 の値を調整してみましょう。

R1 = (Uin-Ubenas) / (Ib + I (抵抗 R2 経由) = (Uin-Ubenas) / (Ib + Ubenas / R2)

R1 = (5-1) / (0.000574 + 1/6800) = 5547 オーム。

R1 = 5.1 kΩ、R2 = 6.8 kΩ とします。

スイッチ損失を計算してみましょう: P = Ik * Ukenas = 0.0287 * 0.5 = 0.014 W。トランジスタにはヒートシンクは必要ありません。