Предметы:
- Общий
- Работа транзистора
- Транзистор как переключатель
- Транзистор как усилитель
- Характеристика транзистора
- Пример схемы с характеристикой
- Транзистор Дарлингтона
в целом:
Транзисторы имеют 2 различных применения, они используются как:
- Усилитель (представьте себе аудиоусилитель)
- Переключатель (транзистор может очень быстро переключать большие мощности и используется, в том числе, в устройствах управления в автомобиле).
Транзисторы управляются током. Например, в микропроцессорах необходимо поддерживать как можно более низкий ток из-за выделения тепла. При этом часто используется MOSFET.
Существует 2 типа транзисторов, а именно NPN и PNP-транзистор. Они описаны ниже.
NPN-транзистор:
Буква B означает «база», C — «коллектор», а буква E — «эмиттер».
В случае NPN-транзистора стрелка направлена в сторону от транзистора. Этот транзистор часто используется, когда он представляет собой «заземляющую цепь», где эмиттер подключен к земле.
ПНП-транзистор:
В случае PNP-транзистора стрелка указывает на транзистор. Полезная мнемоника для PNP — «Стрелка к пластине».
Работа транзистора:
В автомобильной технике транзистор чаще всего используется в качестве ключа, поэтому об этом мы сейчас и поговорим дальше. В качестве примера возьмем NPN-транзистор.
На изображении показана база слева, над коллектором и под эмиттером. Когда основной ток начинает течь (синяя стрелка), он следует к эмиттеру. Это также приводит к протеканию коллекторного тока к эмиттеру. Как только ток базы пропадает, ток от коллектора к эмиттеру также прекращается.
Если течет половина основного тока, будет течь и половина тока (по сравнению с I макс.). Поэтому хорошо видно, что ток, коммутируемый через транзистор (от С к Е), полностью зависит от высоты В.
Транзистор всегда имеет потери напряжения из-за PN-перехода. Между базой и эмиттером оно составляет 0,7 В, а между коллектором и эмиттером 0,3 В.
Транзистор как переключатель:
В следующем примере лампа на 12 В/5 Вт управляется транзистором. Напряжение UB1 (источник напряжения 1) соответствует напряжению аккумулятора 12 Вольт. Лампа подключена к земле. База транзистора управляется с помощью UB2; «Источник напряжения 2» 6 вольт.
Напряжение потерь между коллектором-эмиттером (UCE) составляет 0,3 вольта, а между базой-эмиттером (UBE) 0,7 вольта. Мы увидим это в расчетах ниже. Коэффициент усиления установлен на уровне 200. Он всегда может отличаться. Коэффициент усиления представляет собой соотношение между током базы и током коллектор-эмиттер.
Цепь всегда должна быть построена с определенным сопротивлением (RB на схеме выше). Если бы этого резистора не было, транзистор сразу вышел бы из строя. Номинал, который должен иметь резистор RB, зависит от всех факторов; а именно напряжения как на UB1, так и на UB2 и необходимый ток для компонентов (резисторов или ламп) и т. д. Теперь рассчитаем сопротивление нагрузки RB.
Для расчета сопротивления нагрузки RB сначала необходимо рассчитать сопротивление через лампу.
Теперь, когда сопротивление RL известно, можно рассчитать ток коллектора (IC).
UCEsat означает «насыщение» или, другими словами; насыщенность. Как только транзистор начинает проводить ток, между точками C и E (Коллектор – Эмиттер) наблюдается падение напряжения на 0,3 Вольта.
Следующий шаг – определение базового тока (IB):
К каждой транзисторной схеме применяется запас прочности (IBK) 1,5 x IB. Значит, значение IB необходимо еще раз умножить на 1,5. Причина этого будет объяснена позже.
Ток базы составляет всего 12% тока коллектор-эмиттер. Теперь ясно видно, что транзистор можно превратить в большой основной ток из небольшого басового тока.
Теперь, когда все токи на схеме известны, можно рассчитать сопротивление RB.
UBE — это напряжение между базой и эмиттером. Из-за проводящего материала транзистора между точками B и E всегда имеется падение напряжения на 0,7 Вольта.
Не существует стандартных резисторов номиналом ровно 1,74 кОм (килоом). Поэтому необходимо выбрать стандартный резистор с другим номиналом. Выбор необходимо делать из имеющихся резисторов серии Е12.
Требуемый резистор номиналом 1,74 кОм находится в диапазоне от 1,5 до 1,8 кОм. В этом случае следует выбрать меньшее значение сопротивления; за 1,5к. Это необходимо для того, чтобы старение и износ компонентов не влияли на токи в цепи.
Транзистор как усилитель:
Транзистор можно использовать в качестве усилителя. Базовый ток можно изменить поворотом потенциометра. При изменении тока базы изменяется напряжение усиления и, следовательно, напряжение на коллекторе-эмиттере.
Характеристика транзистора:
Характеристику можно сделать из NPN-транзистора, см. изображение ниже:
1-й квадрант (вверху справа) = UCE – IC
Линия имеет наклон вверх до 0,3 Вольта. Эта область — UCEsat (насыщение транзистора). После этого линия проходит почти горизонтально.
2-й квадрант (вверху слева) = IB – IC
Здесь указывается связь между UB и IC. IC = HFE x IB, при этом характеристика HFE= 10, поэтому IC в 10 раз больше IB. Коэффициент запаса прочности IB = 1,5 x IBK еще не учитывался.
3-й квадрант (слева внизу) = UBE – IB
Падение напряжения между базой и эмиттером транзистора является пороговым напряжением диода. Пороговое напряжение составляет 0,7 Вольта. При этом напряжении транзистор начинает проводить ток и начинает течь ток базы IB. Это также можно отнести к характеристике.
Пример схемы с характеристикой:
Теперь пришло время для (простого) примера схемы с соответствующей характеристикой транзистора. Здесь учитывается IB = 1,5 x IBK, в результате чего на оси IB образуется горизонтальная линия. В схеме ниже UB1 — это напряжение батареи, а UBE (напряжение базы-эмиттера) поступает от переключателя или сигнала в устройстве управления. Чтобы рассчитать ток на UBE, сначала необходимо рассчитать ток IC (ток коллектора);
Теперь мы знаем, что по базе транзистора должен протекать ток 15мА, чтобы транзистор (с упомянутыми UB1 и RB) полностью проводил, включая запас прочности. Тогда характеристику можно дополнить:
На этой характеристике видно, что ИБ (ток на базе) увеличивается до 10мА. Эта часть от 0 до 10 мА рассчитывается по формуле: IB = IC: HFE. Затем линия проходит полностью горизонтально от 10 до 15 мА. Эта часть представляет собой коэффициент усиления 1,5 (из расчета IB = 1,5 x IBK). При токе базы 15 мА протекает ток коллектора (IC) 1000 мА.
Транзисторы управляются током. Например, в микропроцессорах необходимо поддерживать как можно более низкий ток из-за выделения тепла. Это часто включает в себя МОП-транзистор тогепаст.
Транзистор Дарлингтона:
Устройство управления подает базовый ток на транзистор. Транзистор можно сделать проводящим с помощью управляющего устройства с током от 0,1 до 0,5 мА. Когда мы хотим управлять приводом, которому требуется большой ток, ЭБУ не может обеспечить необходимый ток для транзистора. Первичный ток катушки зажигания составляет примерно 8 ампер. Управляющий ток необходимо будет усилить, чтобы транзистор стал проводящим. Это вызывает проблему: микропроцессор не может обеспечить требуемый ток для транзистора.
С помощью транзистора Дарлингтона небольшой управляющий ток от ЭБУ можно использовать для переключения большого тока на исполнительный механизм.
Транзистор Дарлингтона состоит из двух транзисторов, соединенных вместе в одном корпусе.
Ток коллектор-эмиттер Т1 обеспечивает ток базы Т2. Это приводит к большому коэффициенту усиления, поскольку коэффициенты усиления обоих транзисторов можно перемножить.
Очень небольшого базового тока Т1 (всего одна десятая миллиампера) часто бывает достаточно, чтобы сделать Т2 проводящим.
Текущий коэффициент усиления (Hfed) транзистора Дарлингтона часто составляет от 1000 до 10.000 XNUMX. Формула для расчета коэффициента усиления транзистора Дарлингтона:
Hfed = Hfe1 * Hfe2
- Преимущество: благодаря большому коэффициенту усиления тока (Hfed) небольшого тока управления может быть достаточно, чтобы сделать транзистор Дарлингтона проводящим;
- Недостаток: напряжение база-эмиттер схемы Дарлингтона в два раза больше, чем у одного транзистора. Поэтому падение напряжения транзистора Дарлингтона значительно больше, чем у одиночного транзистора.
В разделе «Выходные сигналы» на стр. Схемы интерфейса Приведены примеры и применения транзистора Дарлингтона.
Связанная страница:
