Tranzistorska stikala: vezje, načelo delovanja in lastnosti

Mikrokontrolerji se lahko uporabljajo za krmiljenje močnih naprav - žarnice, ogrevalne naprave, celo električne pogone. V ta namen se uporabljajo tranzistorska stikala - naprave za preklapljanje vezja. Gre za univerzalne naprave, ki jih je mogoče uporabiti dobesedno na vseh področjih delovanja - tako v vsakdanjem življenju kot v avtomobilski tehniki.

Kaj je elektronski ključ?

Ključ je, če je poenostavljen, običajno stikalo. Z njim se električni tokokrog zapre in odpre. Imate bipolarni tranzistor Obstajajo trije sklepi:

1. Zbiralec.
2. Emitter
3. Base.

Elektronski ključi so zgrajeni na bipolarnih polprevodnikih - zasnova je preprosta, ne zahteva veliko število elementov. Z uporabo stikala se tokokrog zapre in odpre. To se zgodi z uporabo krmilnega signala (ki proizvaja mikrokontroler), ki se napaja na dno tranzistorja.

Preklapljanje obremenitve

Preprosta vezja na tranzistorskih stikalih se lahko uporabljajo za preklapljanje tokov v območju 0,15 ... 14 A, napetosti 50 ... 500 V. Vse je odvisno od specifične vrste tranzistorja. Ključ lahko preklopi obremenitve 5-7 kW z uporabo krmilnega signala, katerega moč ne presega več sto milivatov.

Namesto tranzistorskih stikal se lahko uporabljajo enostavni elektromagnetni releji. Imajo dostojanstvo - ogrevanje med delovanjem ni. Vendar je pogostost vklopa in izklopa omejena, zato jih uporabite v pretvornikih ali impulzni napajalniki ustvariti sinusoid od njih je nemogoče. Na splošno pa je načelo delovanja ključa na polprevodniškem tranzistorju in elektromagnetnem releju enako.

Elektromagnetni rele

Rele je elektromagnet, ki nadzoruje skupino stikov. Analogijo lahko naredite s konvencionalnim gumbom. Samo pri releju se sila ne vzame iz roke, temveč iz magnetnega polja, ki se nahaja okoli tuljave vzbujanja. Kontakti lahko preklopijo zelo veliko obremenitev - vse je odvisno od vrste elektromagnetnega releja. Te naprave so zelo priljubljene v avtomobilski tehnologiji - uporabljajo se za vklop vseh močnih porabnikov električne energije.

To vam omogoča, da razdelite vso električno opremo avtomobila na pogon in krmiljenje. Poraba toka vzbujalnega navitja releja je zelo majhna. In močni stiki imajo odlaganje plemenitih ali poldragih kovin, kar odpravlja verjetnost loka. Namesto relejev je mogoče uporabiti 12-voltna tranzistorska stikala. Hkrati se izboljša funkcionalnost naprave - vključitev je tiha, kontakti se ne kliknejo.

Zatiči elektromagnetnega releja

Običajno obstaja 5 zatičev v elektromagnetnih relejih:

1. Dva kontakta za nadzor. Vzbujalno navitje je z njimi povezano.
2. Trije kontakti so namenjeni preklopu. En skupni kontakt, ki je običajno zaprt in običajno odprt z drugimi.

Glede na to, katera stikalna vezja se uporabljajo, se uporabljajo kontaktne skupine. Tranzistorsko stikalo s efektom polja ima 3-4 kontakte, vendar je delovanje na enak način enako.

Kako deluje elektromagnetni rele

Načelo delovanja elektromagnetnega releja je preprosto:

1. Navijanje skozi gumb se priključi na napajanje.
2. V vrzel močnostni tokokrog Stiki za porabniško napajanje so vklopljeni.
3. Ko je gumb pritisnjen, se navijanje napaja, plošča se privlači in kontaktna skupina se zapre.
4. Tok se dobavi potrošniku.

Približno na enak način delujejo tranzistorska stikala - ni samo skupina stikov. Njihove funkcije izvaja polprevodniški kristal.

Transistorska prevodnost

Eden od načinov delovanja tranzistorja - ključ. Pravzaprav služi kot stikalo. Ni smiselno dotikati se vezij ojačevalnih stopenj, ne spadajo v ta način delovanja. Polprevodniške triode se uporabljajo v vseh vrstah naprav - v avtomobilski tehnologiji, v vsakdanjem življenju, v industriji. Vsi bipolarni tranzistorji imajo lahko to vrsto prevodnosti:

1. PNP.
2. NPN.

Prva vrsta vključuje polprevodnike, izdelane na osnovi germanija. Ti elementi so zelo razširjeni pred več kot pol stoletja. Malo kasneje so kot aktivni element začeli uporabljati silicij, katerega povratna prevodnost - npn.

Načelo delovanja naprav je enako, razlikujejo se le po polarnosti napajalne napetosti, kot tudi po posameznih parametrih. Priljubljenost silicijevih polprevodnikov v tem trenutku je višja, skoraj popolnoma izpodrinjena germanij. Večina naprav, vključno s tranzistorskimi stikali, je narejena na bipolarnih silicijevih celicah s prevodnostjo npn.

Način tranzistorske tipke

Tranzistor v načinu ključa opravlja enake funkcije kot elektromagnetni rele ali stikalo. Krmilni tok teče, kot sledi:

1. Iz mikrokrmilnika skozi prehodni "izhodni oddajnik".
2. V tem primeru se odpre kanal "kolektor - oddajnik".
3. Skozi kanal "kolektor - oddajnik" lahko preskočite tok, katerega vrednost je stokrat več kot osnova.

Posebnost tranzistorskih stikal je v tem, da je preklopna frekvenca precej višja od frekvence releja. Polprevodniški kristali lahko naredijo na tisoče prehodov od odprtega v zaprto in nazaj v eni sekundi. Tako je hitrost preklapljanja najbolj preprostih bipolarnih tranzistorjev približno 1 milijon krat na sekundo. Zaradi tega se tranzistorji uporabljajo v pretvornikih za ustvarjanje sinusnega vala.

Načelo delovanja tranzistorja

Element deluje popolnoma enako kot v načinu ojačevalnika moči. Pravzaprav se na vhod vstavi majhen krmilni tok, ki se ojača več sto krat zaradi spremembe upora med oddajnikom in kolektorjem. Poleg tega je ta upor odvisen od količine toka, ki teče med oddajnikom in bazo.

Odvisno od vrste tranzistorja se spreminja pinout. Torej, če morate določiti zaključke elementa, se morate sklicevati na imenik ali podatkovni list. Če se ne morete sklicevati na literaturo, lahko uporabite sklic za določitev ugotovitev. Obstaja tudi funkcija s tranzistorji - morda ni popolnoma odprta. Releji, na primer, so lahko v dveh stanjih - zaprti in odprti. Toda pri tranzistorju se lahko upor kanalskega "oddajnika - zbiralnika" spreminja v širokih mejah.

Primer tranzistorja v načinu ključa

Gain - to je ena glavnih značilnosti tranzistorja. Ta parameter kaže, kolikokrat je tok, ki teče skozi kanal oddajnik-zbiralnik, višji od osnovnega toka. Recimo, da je koeficient enak 100 (ta parameter je označen s h _21E ). To pomeni, da če se na krmilni krog (osnovni tok) uporabi tok 1 mA, bo pri prehodu "kolektor-oddajnik" 100 mA. Posledično je prišlo do povečanja vhodnega toka (signala).

Med delovanjem se tranzistor segreje, zato potrebujejo pasivno ali aktivno hlajenje - radiatorje in hladilnike. Segrevanje pa se zgodi le, ko se prehod »kolektor-oddajnik« ne odpre popolnoma. V tem primeru se izgubi več moči - treba jo je nekje postaviti, "žrtvovati" učinkovitost in jo spustiti v obliki toplote. Ogrevanje bo minimalno samo v primerih, ko je tranzistor popolnoma zaprt ali odprt.

Način zasičenosti

Vsi tranzistorji imajo določeno mejno vrednost vhodne vrednosti. Takoj ko je ta vrednost dosežena, dobiček preneha igrati veliko vlogo. V tem primeru se izhodni tok sploh ne spremeni. Napetost na kontaktu "izhodni emiter" je lahko višja kot med kolektorjem in oddajnikom. To je stanje zasičenosti, tranzistor se popolnoma odpre. Način tipk kaže, da tranzistor deluje v dveh načinih - ali je popolnoma odprt ali zaprt. Ko je napajanje krmilnega toka popolnoma blokirano, se tranzistor zapre in ne teče tok.

Praktični modeli

Obstaja veliko praktičnih shem uporabe tranzistorjev v ključnem načinu. Pogosto se uporabljajo za vklop in izklop svetlečih diod za ustvarjanje posebnih učinkov. Načelo delovanja tranzistorskih stikal omogoča ne samo izdelavo "igrač", temveč tudi izvajanje kompleksnih krmilnih vezij. Vendar pa je treba v modelih uporabiti upore za omejitev toka (nameščeni so med virom nadzornega signala in bazo tranzistorja). Toda vir signala je lahko karkoli - senzor, stikalo na tipki, mikrokrmilnik itd.

Delo z mikrokontrolerji

Pri izračunu tranzistorskega stikala morate upoštevati vse značilnosti elementa. Da bi nadzorni sistem deloval na mikrokrmilniku, se uporabljajo ojačevalne kaskade na tranzistorjih. Težava je v tem, da je izhodni signal krmilnika zelo šibek, ni dovolj, da vklopite moč navijanja elektromagnetnega releja (ali odprite prehod zelo močnega stikala). Bolje je uporabiti bipolarno tranzistorsko stikalo, ki nadzoruje element MOSFET.

Uporabljajo se preprosti modeli, ki so sestavljeni iz takih elementov:

1. Bipolarni tranzistor.
2. Upor za omejitev vhodnega toka.
3. Polprevodniška dioda.
4. Elektromagnetni rele.
5. Napajanje 12 voltov.

Dioda je nameščena vzporedno s tuljavo releja, zato je potrebno, da se prepreči, da bi se tranzistor porušil z visokim pulzom EMF, ki se pojavi, ko je navijanje izklopljeno.

Krmilni signal proizvaja mikrokrmilnik, vstopa v bazo tranzistorja in se ojača. Ko se to zgodi, se moč namesti na navijanje elektromagnetnega releja - odpre se kanal "kolektor-oddajnik". Ko so električni kontakti zaprti, se obremenitev vklopi. Kontrola tranzistorskih ključev poteka v popolnoma samodejnem načinu - udeležba ljudi ni potrebna. Glavna stvar je, da pravilno programirate mikrokrmilnik in priključite senzorje, gumbe, aktuatorje.

Uporaba tranzistorjev v modelih

Potrebno je preučiti vse zahteve za polprevodnike, ki se bodo uporabljali v gradbeništvu. Če nameravate nadzorovati navijanje elektromagnetnega releja, morate biti pozorni na njegovo moč. Če je visoka, potem uporaba miniaturnih tranzistorjev, kot je KT315, verjetno ne bo delovala: ne bodo mogli zagotoviti toka, ki je potreben za napajanje navitja. Zato je v energetskem inženirstvu priporočljivo uporabiti močan tranzistorji s efektom polja ali sestav. Njihov vhodni tok je zelo majhen, vendar je dobiček velik.

Za preklapljanje med nizkimi obremenitvami ni potrebno uporabljati močnih relejev: to je nerazumno. Prepričajte se, da uporabljate visokokakovostne napajalne vire, poskusite izbrati napetost tako, da rele deluje v normalnem načinu. Če je napetost prenizka, se kontakti ne bodo pritegnili in vklop se ne bo zgodil: magnetno polje bo majhno. Če pa uporabite vir z veliko napetostjo, se bo navijanje začelo segrevati in morda celo ne.

Pri delu z mikrokontrolerji uporabite nizke in srednje močne tranzistorje kot blažilnike, če morate vključiti močne obremenitve. Kot močne naprave je bolje uporabiti MOSFET elemente. Povezava z mikrokontrolerjem je enaka povezavi z bipolarnim elementom, vendar obstajajo manjše razlike. Delovanje tranzistorskega stikala z MOSFET tranzistorji je enako kot pri bipolarnih: upor priključka se lahko gladko spremeni, prenos elementa iz odprtega v zaprto stanje in nazaj.