Viðfangsefni:
- General
- Rekstur smári
- Smári sem rofi
- Smári sem magnari
- Einkenni smára
- Dæmi um hringrás með einkenni
- Darlington smári
Almennt:
Smári hafa 2 mismunandi forrit, þeir eru notaðir sem:
- Magnari (hugsaðu um hljóðmagnara)
- Rofi (transistor getur skipt um stóra krafta mjög hratt og er meðal annars notaður í stjórntæki í bílnum).
Smára er stjórnað með straumi. Í örgjörvum vill maður til dæmis halda straumnum eins lágum og hægt er vegna hitaþróunar. MOSFET er oft notað í þessu.
Það eru 2 tegundir af smára, nefnilega NPN og PNP smára. Þessum er lýst hér að neðan.
NPN smári:
B stendur fyrir „Base“, C fyrir „Safnara“ og E fyrir „Emitter“.
Með NPN smára vísar örin í burtu frá smáranum. Þessi smári er oft notaður þegar hann er „jarðrás“, þar sem sendirinn er tengdur við jörðu.
PNP smári:
Með PNP smára vísar örin í átt að smáranum. Gagnlegt minnismerki fyrir PNP er „Arrow to Plate“.
Rekstur smári:
Í bílatækni er smári oftast notaður sem rofi, svo við munum nú ræða þetta frekar. Við tökum NPN smári sem dæmi.
Myndin sýnir grunninn til vinstri, fyrir ofan safnara og fyrir neðan sendanda. Þegar grunnstraumur byrjar að flæða (blá ör), þá fylgir hann leið sinni að sendinum. Þetta veldur einnig því að safnastraumur rennur til sendisins. Um leið og grunnstraumurinn hverfur hættir einnig straumurinn frá safnara til emitters.
Ef helmingur grunnstraumsins rennur, mun helmingur straumsins (miðað við I max.) einnig renna. Það er því vel sýnilegt að straumurinn sem skipt er í gegnum smára (frá C til E) er algjörlega háður hæð B.
Smári hefur alltaf spennutap vegna PN umbreytinga. Milli grunnsins og sendisins er það 0,7 volt og milli safnarans og sendisins 0,3 volt.
Smári sem rofi:
Í eftirfarandi dæmi er 12 volta / 5 watta lampi stjórnað með smári. Spenna UB1 (spennugjafa 1) er rafhlöðuspennan 12 volt. Lampinn er tengdur við jörðu. Grunni smárisins er stjórnað með UB2; „spennugjafinn 2“ af 6 voltum.
Tapspennan á milli Collector – Emitter (UCE) er 0,3 volt og milli Base – Emitter (UBE) 0,7 volt. Við munum sjá þetta endurspeglast í útreikningnum hér að neðan. Magnunarstuðullinn er stilltur á 200. Þetta getur alltaf verið mismunandi. Ávinningsstuðullinn er hlutfallið á milli grunnstraumsins og Collector-Emitter straumsins.
Hringrás verður alltaf að vera smíðuð með ákveðinni viðnám (RB á skýringarmyndinni hér að ofan). Ef þessi viðnám væri ekki til staðar myndi smári bila strax. Gildið sem viðnám RB ætti að hafa fer eftir öllum þáttum; þ.e. spennu á bæði UB1 og UB2 og nauðsynlegur straumur fyrir íhlutina (viðnám eða lampa) o.s.frv. Við munum nú reikna út álagsviðnám RB.
Til að reikna út álagsviðnám RB þarf fyrst að reikna út mótstöðu í gegnum lampann.
Nú þegar viðnám RL er þekkt er hægt að reikna út safnastrauminn (IC).
UCEsat stendur fyrir „mettun“ eða með öðrum orðum; mettun. Um leið og smári er að leiða er spennufall upp á 0,3 volt á milli punkta C og E (Samlari – Sendi).
Næsta skref er að ákvarða grunnstrauminn (IB):
Öryggismörk (IBK) 1,5 x IB gildir fyrir hverja smárarás. Þannig að gildi IB verður að margfalda aftur með 1,5. Ástæðan fyrir þessu verður skýrð síðar.
Grunnstraumurinn er aðeins 12% af Collector-Emitter straumnum. Nú sést vel að hægt er að breyta smára í stóran aðalstraum úr litlum bassastraumi.
Nú þegar allir straumar á skýringarmyndinni eru þekktir er hægt að reikna út viðnám RB.
UBE er spennan á milli grunnsins og sendisins. Vegna leiðandi efnisins í smáranum er alltaf 0,7 volt spennufall á milli punkta B og E.
Það eru engar staðlaðar viðnám sem eru nákvæmlega 1,74k (Kilo-Ohm). Svo verður að velja staðlaðan viðnám með annað gildi. Valið verður að vera úr tiltækum viðnámum úr E12 seríunni.
Nauðsynleg viðnám 1,74k er á milli 1,5k og 1,8k. Í því tilviki ætti að velja lægra viðnámsgildið; fyrir 1,5 þús. Þetta er til að tryggja að öldrun og slit íhlutanna hafi ekki áhrif á strauma í hringrásinni.
Smári sem magnari:
Hægt er að nota smára sem magnara. Hægt er að breyta grunnstraumnum með því að snúa kraftmæli. Með því að breyta grunnstraumnum breytist ávinningsspennan og þar með spennan yfir safnara-emitterinn.
Einkenni smára:
Einkenni er hægt að búa til úr NPN smári, sjá myndina hér að neðan:
1. fjórðungur (efst til hægri) = UCE – IC
Línan hallar upp á við allt að 0,3 volt. Þetta svæði er UCEsat (mettun smára). Eftir það liggur línan nánast lárétt.
2. fjórðungur (efst til vinstri) = IB – IC
Tengingin milli UB og IC er sýnd hér. IC = HFE x IB, með þennan eiginleika HFE= 10, þannig að IC er 10 sinnum stærri en IB. Ekki hefur enn verið tekið tillit til öryggisstuðuls IB = 1,5 x IBK.
3. fjórðungur (neðst til vinstri) = UBE – IB
Fallspenna milli grunns og sendis smára er þröskuldsspenna díóða. Þröskuldsspennan er 0,7 volt. Frá þessari spennu fer smári að leiða og grunnstraumurinn IB fer að flæða. Þetta má líka rekja til einkennisins.
Dæmi um hringrás með einkenni:
Nú er kominn tími á (einfalda) dæmi um hringrás með tilheyrandi smáraeiginleikum. IB = 1,5 x IBK er innifalinn hér, sem leiðir til láréttrar línu á ás IB. Í hringrásinni hér að neðan er UB1 rafhlöðuspennan og UBE (Base-Emitter voltage) kemur frá rofa eða merki í stjórntæki. Til að reikna út strauminn á UBE þarf fyrst að reikna út núverandi IC (collector current);
Nú vitum við að 15mA straumur verður að flæða á botni smárasins til að smári (með nefndum UB1 og RB) leiði að fullu, þar á meðal öryggisstuðullinn. Síðan er hægt að klára einkennin:
Í þessum eiginleika má sjá að IB (straumur á grunni) hækkar í 10mA. Þessi hluti, frá 0 til 10 mA, er reiknaður með formúlunni: IB = IC : HFE. Línan liggur þá alveg lárétt frá 10 til 15mA. Þessi hluti er ávinningsstuðullinn 1,5 (frá útreikningi á IB = 1,5 x IBK). Með 15mA grunnstraum rennur 1000mA safnastraumur (IC).
Smára er stjórnað með straumi. Í örgjörvum vill maður til dæmis halda straumnum eins lágum og hægt er vegna hitaþróunar. Þetta felur oft í sér MOSFET beitt.
Darlington smári:
Stýribúnaður sendir grunnstraum til smárisins. Hægt er að gera smári leiðandi með stýribúnaði með straum á bilinu 0,1 til 0,5 mA. Þegar við viljum stjórna stýrisbúnaði sem krefst mikils straums getur ECU ekki veitt nauðsynlegan straum fyrir smára. Aðalstraumur kveikjuspólu er um það bil 8 amper. Magna þarf stýristrauminn til að gera smári leiðandi. Þetta veldur vandamálum: örgjörvinn getur ekki veitt þann straum sem óskað er eftir fyrir smári.
Með Darlington smára er hægt að nota lítinn stýristraum frá ECU til að skipta stórum straumi yfir á stýrisbúnaðinn.
Darlington smári er gerður úr tveimur smári sem eru tengdir saman í einu húsi.
Safnar-emitterstraumur T1 gefur grunnstraum T2. Þetta hefur í för með sér stóran ávinningsstuðul, vegna þess að hægt er að margfalda ávinningsstuðla beggja smára saman.
Mjög lítill grunnstraumur T1 (aðeins einn tíundi úr milliampara) nægir oft til að gera T2 leiðandi.
Núverandi ávinningsstuðull (Hfed) Darlington smára er oft á milli 1000 og 10.000. Formúlan til að reikna út ávinningsstuðul Darlington smára er:
Hfed = Hfe1 * Hfe2
- Kostur: þökk sé stórum straummögnunarstuðlinum (Hfed) getur lítill stýristraumur dugað til að gera Darlington smára leiðandi;
- Ókostur: Base-emitter spenna Darlington hringrásarinnar er tvöfalt hærri en eins smári. Fallspenna Darlington smára er því töluvert meiri en eins smára.
Í hlutanum „Úttaksmerki“ á síðunni Tengirásir gefin eru dæmi og notkun Darlington smára.
Tengd síða:
