Tranzistorske sklopke: Krug, Princip rada i Značajke

Mikrokontroleri se mogu koristiti za upravljanje snažnim uređajima - žarulje sa žarnom niti, grijači grijanja, čak i električni pogoni. U tu svrhu koriste se tranzistorski prekidači - uređaji za uključivanje kruga. To su univerzalni uređaji koji se mogu koristiti doslovno u bilo kojem području djelovanja - kako u svakodnevnom životu tako iu automobilskom inženjerstvu.

Što je elektronički ključ?

Ključ je, ako je pojednostavljen, običan prekidač. Uz to se električni krug zatvara i otvara. u bipolarni tranzistor Postoje tri zaključka:

1. Kolektora.
2. Odašiljač.
3. Baza.

Elektronski ključevi su izgrađeni na bipolarnim poluvodičima - dizajn je jednostavan, ne zahtijeva veliki broj elemenata. Pomoću prekidača, krug se zatvara i otvara. To se događa pomoću kontrolnog signala (koji proizvodi mikrokontroler), koji se isporučuje na bazu tranzistora.

Prebacivanje opterećenja

Jednostavni krugovi na tranzistorskim prekidačima mogu se koristiti za prebacivanje struje u rasponu od 0,15 ... 14 A, napone od 50 ... 500 V. Sve ovisi o specifičnom tipu tranzistora. Ključ može prebaciti opterećenja od 5 do 7 kW pomoću upravljačkog signala čija snaga ne prelazi stotine milivata.

Umjesto tranzistorskih prekidača mogu se koristiti jednostavni elektromagnetski releji. Imaju dostojanstvo - tijekom rada ne dolazi do zagrijavanja. No, učestalost ciklusa uključivanja i isključivanja je ograničena, stoga ih koristite u pretvaračima ili impulsni izvori napajanja stvoriti sinusoid od njih je nemoguće. No, općenito, princip rada ključa na poluvodičkom tranzistoru i elektromagnetskom releju je isti.

Elektromagnetski relej

Rele je elektromagnet koji kontrolira skupinu kontakata. Analogiju možete nacrtati s uobičajenim prekidačem tipki. Samo u slučaju releja, sila se ne uzima iz ruke, već iz magnetskog polja koje se nalazi oko uzbudne zavojnice. Kontakti mogu prebaciti vrlo veliko opterećenje - sve ovisi o vrsti elektromagnetskog releja. Ovi uređaji su vrlo popularni u automobilskoj tehnologiji - koriste se za uključivanje svih moćnih potrošača električne energije.

To vam omogućuje da podijelite svu električnu opremu automobila u pogonsku jedinicu i upravljačku jedinicu. Potrošnja struje uzbudnog namota releja je vrlo mala. A moćni kontakti imaju taloženje plemenitih ili poludragih metala, što eliminira vjerojatnost luka. Umjesto releja mogu se koristiti 12-voltni tranzistorski prekidači. U isto vrijeme, funkcionalnost uređaja je poboljšana - uključivanje je tiho, kontakti ne kliknu.

Igle elektromagnetskog releja

Obično postoji 5 pinova u elektromagnetskim relejima:

1. Dva kontakta za kontrolu. Uz njih je povezan uzbudni namot.
2. Tri kontakta namijenjena prebacivanju. Jedan zajednički kontakt, koji je normalno zatvoren i normalno otvoren s ostalima.

Ovisno o tome koji se sklop prekidača koristi, koriste se kontaktne skupine. Tranzistorski prekidač s efektom polja ima 3-4 kontakta, ali rad je isti na približno isti način.

Kako radi elektromagnetski relej

Princip rada elektromagnetskog releja je vrlo jednostavan:

1. Navijanje kroz gumb povezuje se s napajanjem.
2. U prazninu strujni krug Uključeni su kontakti za napajanje potrošača.
3. Kada se tipka pritisne, namotaj se napaja, ploča se privlači i kontaktna skupina se zatvara.
4. Struja se isporučuje potrošaču.

Približno na isti način rade tranzistorski prekidači - ne postoji samo grupa kontakata. Njihove funkcije obavljaju poluvodički kristali.

Provodljivost tranzistora

Jedan od načina rada tranzistora - ključ. Zapravo, on služi kao prekidač. Nema smisla dodirivati ​​sklopove faza pojačala, oni ne pripadaju ovom načinu rada. Poluvodičke triode koriste se u svim vrstama uređaja - u automobilskoj tehnologiji, u svakodnevnom životu, u industriji. Svi bipolarni tranzistori mogu imati ovu vrstu provodljivosti:

1. PNP.
2. NPN.

Prva vrsta uključuje poluvodiče izrađene na bazi germanija. Ovi elementi su rašireni prije više od pola stoljeća. Malo kasnije, kao aktivni element, počeli su koristiti silicij, čija je reverzna vodljivost npn.

Princip rada uređaja je isti, razlikuju se samo po polaritetu napona napajanja, kao i po pojedinim parametrima. Popularnost silikonskih poluvodiča u ovom trenutku je veća, oni su gotovo potpuno zamijenjeni germanij. I većina uređaja, uključujući tranzistorske prekidače, izrađena je na bipolarnim silicijskim ćelijama s provodljivošću npn.

Način tranzistorske tipke

Tranzistor u načinu rada ključa obavlja iste funkcije kao i elektromagnetski relej ili prekidač. Kontrolna struja teče kako slijedi:

1. Iz mikrokontrolera kroz prijelaz "base-emitter".
2. U tom se slučaju otvara kanal "kolektor - odašiljač".
3. Kroz kanal "kolektor - odašiljač" možete preskočiti struju, čija je vrijednost stotinu puta veća od baze.

Osobitost tranzistorskih prekidača je da je frekvencija prebacivanja mnogo veća od frekvencije releja. Poluvodički kristal može napraviti tisuće prijelaza od otvorenog prema zatvorenom i natrag u jednoj sekundi. Tako je brzina prebacivanja najjednostavnijih bipolarnih tranzistora oko 1 milijun puta u sekundi. Iz tog razloga, tranzistori se koriste u pretvaračima za stvaranje sinusnog vala.

Princip rada tranzistora

Element radi točno kao u modu pojačala snage. U stvari, mala ulazna struja se primjenjuje na ulaz, koji je pojačan nekoliko stotina puta zbog činjenice da se otpor između emitera i kolektora mijenja. Štoviše, ovaj otpor ovisi o količini struje koja teče između emitera i baze.

Ovisno o vrsti tranzistora varira pinout. Stoga, ako trebate odrediti zaključke elementa, trebate se pozvati na direktorij ili podatkovnu tablicu. Ako se ne možete pozvati na literaturu, možete upotrijebiti referencu za određivanje nalaza. Tu je i značajka s tranzistorima - oni možda nisu u potpunosti otvoreni. Releji, na primjer, mogu biti u dva stanja - zatvoreni i otvoreni. Ali na tranzistoru otpor kanala "emiter - kolektor" može varirati u širokim granicama.

Primjer tranzistora u načinu rada ključa

Dobitak - to je jedna od glavnih karakteristika tranzistora. Upravo taj parametar pokazuje koliko je puta struja koja teče kroz kanal emiter-kolektor viša od osnovne struje. Pretpostavimo da je koeficijent jednak 100 (ovaj parametar je označen s h _21E ). To znači da ako se struja od 1 mA primijeni na upravljački krug (bazna struja), tada će na prijelazu "kolektor-emiter" biti 100 mA. Posljedično, došlo je do povećanja ulazne struje (signala).

Tijekom rada tranzistor se zagrijava, pa je potrebno pasivno ili aktivno hlađenje - radijatori i hladnjaci. Ali grijanje se događa samo kada se prolaz "kolektor-emiter" ne otvori u potpunosti. U ovom slučaju, više snage se raspršuje - treba je negdje staviti, morate “žrtvovati” učinkovitost i osloboditi je u obliku topline. Grijanje će biti minimalno samo u slučajevima kada je tranzistor potpuno zatvoren ili otvoren.

Način zasićenja

Svi tranzistori imaju određeni prag trenutne ulazne vrijednosti. Čim se dostigne ta vrijednost, dobit prestaje igrati veliku ulogu. U ovom slučaju, izlazna struja se uopće ne mijenja. Napon na kontaktima "baza - emiter" može biti veći nego između kolektora i emitera. To je stanje zasićenja, tranzistor se potpuno otvara. Način rada ključa označava da tranzistor radi u dva načina - ili je potpuno otvoren ili zatvoren. Kada je napajanje kontrolne struje potpuno blokirano, tranzistor se zatvara i nema struje.

Praktični projekti

Postoji mnogo praktičnih shema korištenja tranzistora u ključnom načinu rada. Često se koriste za uključivanje i isključivanje LED-a za stvaranje posebnih efekata. Princip rada tranzistorskih prekidača omogućuje ne samo izradu "igračaka", već i implementaciju složenih upravljačkih krugova. Međutim, potrebno je koristiti dizajnere kako bi se ograničila struja (oni su instalirani između izvora upravljačkog signala i baze tranzistora). Ali izvor signala može biti bilo što - senzor, prekidač tipke, mikrokontroler itd.

Rad s mikrokontrolerima

Pri izračunavanju tranzistorskog prekidača morate uzeti u obzir sve značajke elementa. Kako bi upravljački sustav radio na mikrokontroleru, koriste se pojačavajuće kaskade na tranzistorima. Problem je u tome što je izlazni signal regulatora vrlo slab, nije dovoljno uključiti napajanje namota elektromagnetskog releja (ili otvoriti prijelaz vrlo moćnog prekidača napajanja). Bolje je koristiti bipolarni tranzistorski prekidač koji kontrolira MOSFET element.

Primjenjuju se jednostavni projekti koji se sastoje od takvih elemenata:

1. Bipolarni tranzistor.
2. Otpornik za ograničavanje ulazne struje.
3. Poluvodička dioda.
4. Elektromagnetski relej.
5. Napajanje 12 volta.

Dioda je instalirana paralelno sa svitkom releja, potrebno je kako bi se spriječilo prekidanje tranzistora s visokim EMP impulsom koji se pojavljuje kada je namotaj isključen.

Upravljački signal proizvodi mikrokontroler, ulazi u bazu tranzistora i pojačava se. Kada se to dogodi, snaga se primjenjuje na namotavanje elektromagnetskog releja - otvara se kanal "kolektor-odašiljač". Kada su mrežni kontakti zatvoreni, teret se uključuje. Kontrola ključa tranzistora odvija se u potpuno automatskom načinu rada - ljudsko sudjelovanje praktički nije potrebno. Glavna stvar je ispravno programirati mikrokontroler i spojiti senzore, gumbe, aktuatore.

Korištenje tranzistora u dizajnu

Potrebno je proučiti sve zahtjeve za poluvodiče koji će se koristiti u građevinarstvu. Ako planirate kontrolirati namotavanje elektromagnetskog releja, onda morate obratiti pozornost na njegovu snagu. Ako je visoka, onda je malo vjerojatno da će pomoću minijaturnih tranzistora kao što je KT315 raditi: oni neće moći osigurati struju potrebnu za napajanje namota. Stoga se u elektroenergetici preporučuje korištenje snažnog tranzistori s efektom polja ili sklop. Njihova ulazna struja je vrlo mala, ali dobitak je velik.

Nije potrebno koristiti snažne releje za prebacivanje niskih opterećenja: to je nerazumno. Budite sigurni da koristite visokokvalitetne izvore napajanja, pokušajte odabrati napon tako da relej radi u normalnom načinu rada. Ako je napon prenizak, kontakti se neće privlačiti i uključivanje se neće dogoditi: magnetsko polje će biti malo. Ali ako koristite izvor s velikim naponom, navijanje će se početi zagrijavati, a možda čak i propasti.

Budite sigurni da koristite tranzistore niske i srednje snage kao odbojnike pri radu s mikrokontrolerima, ako trebate uključiti snažna opterećenja. Kao energetske uređaje bolje je koristiti MOSFET elemente. Veza na mikrokontroler je ista kao i na bipolarni element, ali postoje neke manje razlike. Rad tranzistorskog prekidača s MOSFET tranzistorima je isti kao i kod bipolarnih: otpor spoja može se glatko promijeniti, prebacujući element iz otvorenog u zatvoreno stanje i natrag.