Транзисторни ключове: верига, принцип на работа и характеристики

Микроконтролерите могат да произвеждат мощни контролни устройства - лампи с нажежаема жичка, нагряващи Tena, дори електрически задвижвания. За целта използвайте транзисторните ключове - устройството за превключване на веригата. Това са универсални устройства, които могат да се прилагат буквално във всяка област на дейност - както в ежедневието, така и в автомобилната техника.

Какво представлява електронният ключ?

Ключът е, ако е опростен, прост превключвател. С нея електрическата верига се заключва и отключва. Биполярният транзистор има три заключения:
  • Колектор.
  • Излъчвател.
  • Основа.
  • В биполярните полупроводници се изграждат електронни ключове - дизайнът е прост, не изисква наличието на голям брой елементи. С превключвателя веригата е затворена и отключена. Това се случва с управляващия сигнал (произведен от микроконтролера), който се подава към основата на транзистора.

    Превключване на товара

    Обикновено веригите на транзисторните превключватели могат да извършват комутация на ток в обхвата 015 14 A, напрежение 50 500 Vt. Всичко зависи от типа на транзистора. Ключът може да извърши превключване на товара 5-7 kW с помощта на контролен сигнал, мощността на който не надвишава стотици миливатта.
    Вместо транзисторни ключове могат да се използват обикновени електромагнитни релета. Те имат предимството - при работа няма отопление. Но тук е честотата на включване и изключване на циклитеограничени, така че използвайте в инвертори или импулсни силови блокове, за да създадете синусоида, която не могат. Но в общия принцип на ключови операции на полупроводникови транзистор и електромагнитни реле е същото.

    Електромагнитно реле

    Релето е електромагнит, който се контролира от група контакти. Можете да направите аналогия с обичайния бутон. Само в случай на реле, усилието не е взето ръчно, а от магнитното поле, което е разположено около серпентината на възбуждането. Контактите могат да се превключват на много голям товар - всичко зависи от вида на електромагнитното реле. Много широко разпространени са тези устройства, получени в автомобилната технология - с помощта на тях се включва включването на всички мощни потребители на електроенергия.

    Това ви позволява да отделите цялото електрическо оборудване на автомобила към захранващия блок и контролера. Консумацията на ток в намотката на релето е много малка. А силовите контакти се напръскват със скъпоценни или полускъпоценни метали, което изключва вероятността от искрене. Вериги 12V транзисторни превключватели могат да се използват вместо релета. Това подобрява функционалността на устройството - включването е безшумно, контактите не се натискат.

    Заключения на електромагнитното реле

    Обикновено в електромагнитното реле има 5 заключения:
  • Два контакта, предназначени за управление. Към тях е свързана намотка на възбуждане.
  • Три контакта, предназначени за превключване. Един общ контакт, който обикновено е затворен и обикновено е отворен за други.
  • БВ зависимост от това коя схема на превключване се използва, се използват групите за контакт. Транзисторният ключ на полето има 3-4 контакта, но операцията се извършва по същия начин.

    Как работи електромагнитното реле

    Принципът на работа на електромагнитното реле е съвсем прост:
  • Намотката през бутона е свързана към електрозахранването.
  • В веригата на електрозахранването на потребителя са включени контактите на релето за мощност.
  • При натискане на бутона захранването се подава към намотката, притиска се пластината и се затваря групата от контакти.
  • На потребителя се дава ток.
  • Приблизително една и съща схема на транзисторни клавиши работят - има не само контактни групи. Функциите им се изпълняват от кристал на полупроводник.

    Транзисторна проводимост

    Един от режимите на работа на транзистора е ключът. По същество той служи като превключвател. Засягащи схемите на усилващите каскади няма смисъл, те не са свързани с този режим на работа. Полупроводниковите триоди се използват във всички видове устройства - в автомобилната техника, в ежедневието, в промишлеността. Всички биполярни транзистори могат да имат следния тип проводимост:
  • P-N-P.
  • N-P-N.
  • Първият тип включва полупроводници, изработени въз основа на Германия. Тези елементи са станали широко разпространени преди повече от половин век. Малко по-късно, като активен елемент започва да използва силиций, чиято проводимост е обратна - n-p-n.
    Принципът на работа на устройствата е един и същ, те се различават само по полярността на напрежениетоотделни параметри. Популярността на силиконовите полупроводници в момента е по-висока, те почти изцяло изместват германия. И повечето устройства, включително транзисторни ключове, са направени на биполярни силициеви клетки с проводимост n-p-n.

    Транзистор в ключов режим

    Транзистор с ключ изпълнява същите функции като електромагнитно реле или превключвател. Контролният ток протича по следния начин:
  • От микроконтролера през прехода на базовия емитер.
  • В същото време се отваря каналът на колектор-емитер
  • Чрез канала на колектор-емитер можете да пропуснете тока , чиято стойност е стотици пъти по-голяма от основната.
  • Особеността на транзисторните превключватели е, че честотата на превключване е много по-висока от тази на релето. Полупроводниковият кристал може да направи хиляди преходи от отворено към затворено и обратно за една секунда. Така скоростта на превключване на най-простите биполярни транзистори е около 1 милион пъти в секунда. Поради тази причина транзисторите се използват в инвертори за създаване на синусоида.

    Принцип на работа на транзистора

    Елементът работи по същия начин, както в режим на усилвател на мощност. По същество на входа се подава малък ток на управление, който се усилва няколкостотин пъти поради променящото се съпротивление между излъчвателя и колектора. Освен това, това съпротивление зависи от величината на тока, протичащ между излъчвателя и основата.
    В зависимост от вида на транзистора, пиедесталът се променя. Следователно, ако трябва да определите заключенията на даден елемент, трябванаправете справка с референтния или информационен лист. Ако нямате достъп до литературата, можете да използвате ръководствата за определяне на заключенията. Има и функция в транзисторите - те може да не са напълно отворени. Релета, например, могат да бъдат в две състояния - затворени и отворени. Но в транзистора съпротивлението на канала "емитер - колектор" може да варира значително.

    Примерна работа на транзистора в режим ключ

    Коефициентът на усилване е една от основните характеристики на транзистора. Именно този параметър показва колко пъти токът, протичащ през канала "емитер-колектор", е по-висок от основата. Да предположим, че коефициентът е 100 (този параметър е h 21E). Следователно, ако управляващата верига се захранва с ток от 1 mA (ток на основата), то при прехода "колектор-емитер" тя ще бъде 100 mA. Следователно, имаше увеличение на входния ток (сигнал).
    При работа транзисторът се нагрява, така че се нуждае от пасивно или активно охлаждане - радиатори и охладители. Но загряването настъпва само в случай, че проходът "колектор - емитер" не е напълно отворен. В този случай, голямата разсейваща сила - тя трябва да бъде някъде, за да направи, трябва да "жертва" ефективността и да я освободи под формата на топлина. Отоплението ще бъде минимално само в случаите, когато транзисторът е затворен или напълно отворен.

    Режим на насищане

    Всички транзистори имат определен праг за входния ток. Веднага след като тази стойност бъде достигната, печалбата вече няма да играе важна роля. В същото време на изходатокът не се променя изобщо. Напрежението на контактите "основен емитер" може да бъде по-високо, отколкото между колектора и излъчвателя. Това състояние на насищане, транзисторът е напълно отворен. Ключният режим казва, че транзисторът работи в два режима - или е напълно отворен или затворен. Когато контролният ток е напълно припокрит, транзисторът се затваря и спира да предава ток.

    Практически конструкции

    Практическите схеми за използване на транзистори в ключов режим са много големи. Често се използват за включване и изключване на светодиодите, за да се създадат специални ефекти. Принципът на работа на транзисторните ключове позволява не само да се създават "играчки", но и да се прилагат комплексни схеми за управление. Но задължително в проектите е необходимо да се използват резистори за ограничаване на тока (те са инсталирани между източника на управляващия сигнал и основата на транзистора). Но източникът на сигнала може да бъде всичко - датчик, бутон, микроконтролер и др.

    Работа с микроконтролери

    При изчисляване на транзисторен ключ трябва да се вземат предвид всички характеристики на работата на елемента. За да може системата за управление да работи на микроконтролера, се използват усилвателни каскади на транзисторите. Проблемът е, че изходният сигнал от контролера е много слаб, не е достатъчно да включите захранването на намотката на електромагнитното реле (или да отворите прехода на много мощен ключ за захранване). По-добре е да се приложи биполярен транзисторен ключ за управление на MOSFET елемента.Използват се прости структури, състоящи се от следните елементи:
  • биполярен транзистор.
  • Резистор за ограничаване на входния ток.
  • Полупроводникови диоди.
  • Електромагнитно реле.
  • Захранване 12 волта.
  • Диод е монтиран успоредно на бобината на релето, необходимо е да се предотврати разрушаването на транзистора чрез импулс с висока ЕМП, който се появява в момента на спиране. Контролният сигнал се прави от микроконтролера, влиза в основата на транзистора и се усилва. В този случай има захранване към намотката на електромагнитното реле - отваря се каналът "колектор-емитер". При затваряне на захранващите контакти товарът се включва. Работата на транзисторния ключ се осъществява в напълно автоматичен режим - участието на човека на практика не се изисква. Основното нещо - правилно програма на микроконтролера и да го свържете към сензори, бутони, задвижващи механизми.

    Използване на транзистори в конструкции

    Необходимо е да се проучат всички изисквания за полупроводници, които ще се използват при проектирането. Ако планирате да контролирате навиването на електромагнитно реле, тогава трябва да обърнете внимание на неговата мощност. Ако е висока, тогава използването на миниатюрни транзистори като KT315 е малко вероятно да се случи: те няма да могат да осигурят тока, необходим за захранване на намотката. Затова се препоръчва да се използват мощни мощностни транзистори или агрегати в енергетиката. Токът на входа от тях е много малък, но голям коефициентспечелят.
    Не е необходимо да се използват мощни релета за комутиране на слаби натоварвания: това е неразумно. Уверете се, че използвате висококачествени захранващи устройства, опитайте се да изберете напрежението, така че релето да работи в нормален режим. Ако напрежението е твърде ниско, контактите няма да бъдат привлечени и няма да има включване: величината на магнитното поле ще се окаже малка. Но ако приложите източник с високо напрежение, намотката ще започне да се нагрява, а може би и напълно неуместна. Не забравяйте да използвате транзистори с ниска и средна мощност като буфери, когато работите с микроконтролери, ако трябва да включите мощни товари. Като енергийни устройства е по-добре да се използват MOSFET-елементи. Схемата на свързване на микроконтролера е същата като при биполярния елемент, но има малки разлики. Работата на транзисторен ключ, използвайки MOSFET транзистори е същата като тази на биполярните: преходното съпротивление може да се промени гладко, превеждайки елемента от отворено състояние към затворено и обратно.

    Свързани публикации