Transistori elektrooniline võti - tööpõhimõte ja vooluahel. Transistori võtmeahel ja töö.

Transistorlüliti on impulssmuunduri tehnoloogia põhikomponent. Kõigi skeemides impulsi allikad toitumine, mis peaaegu täielikult asendatud trafo allikad toiteallikas, kasutatakse transistorlüliteid. Selliste toiteallikate näited on arvutiplokid toiteallikad, laadijad telefonidele, sülearvutitele, tahvelarvutitele jne. Transistorvõtmed on asendanud elektromagnetreleed, kuna neil on selline peamine eelis nagu mehaaniliste liikuvate osade puudumine, mis suurendab võtme töökindlust ja vastupidavust. Lisaks on elektrooniliste pooljuhtlülitite sisse- ja väljalülitamise kiirus palju suurem kui elektromagnetreleede kiirus.

Samuti kasutatakse sageli transistori lülitit olulise võimsusega koormuse sisse- / väljalülitamiseks (lülitamiseks) mikrokontrolleri signaalil.

Elektroonilise võtme olemus on juhtida seda suure võimsusega väikese võimsusega signaali abil.

Seal on pooljuhtlülitid, mis põhinevad transistoridel, türistoridel, triacidel. Selles artiklis käsitletakse aga elektroonilise võtme tööd bipolaarsel transistoril. Järgmistes artiklites käsitletakse teist tüüpi pooljuhtlüliteid.

Sõltuvalt pooljuhtide struktuurist jagunevad bipolaarsed transistorid kahte tüüpi: lk — n — lk ja n — lk — n tüüp ( riis. üks ).

Riis. 1 - Bipolaarsete transistoride struktuurid

Skeemides on bipolaarsed transistorid tähistatud nagu näidatud riis. 2 . Keskmist terminali nimetatakse baasiks, noolega klemm on emitter, ülejäänud klemm on kollektor.

Riis. 2 - Transistoride tähistus ahelates

Samuti saab transistore tinglikult kujutada kahe dioodi kujul, mis on omavahel ühendatud, nende ristmik on alati alus ( joon.3 ).

Riis. 3 - Transistoride dioodidega asendamise skeemid

transistori võti. Kaasamise skeemid.

Erinevate pooljuhtstruktuuride transistoride lülitusahelad on näidatud joonisel riis. neli . Aluse ja emitteri vahelist ristmikku nimetatakse emitteri ristmikuks ning aluse ja kollektori vahelist ristmikku kollektori ristmiks. Transistori sisselülitamiseks (avamiseks) on vaja, et kollektori ristmik oleks kallutatud vastupidises suunas ja emitter - ettepoole.

Riis. 4 - Transistori võti. Vahetusskeemid

Toiteallika pinge U un rakendatakse kollektori- ja emitteriklemmidele U ke läbi koormustakisti R juurde (cm. riis. neli ). Juhtpinge (juhtsignaal) rakendatakse baasi ja emitteri vahele U bae läbi voolu piirava takisti R b .

Kui transistor töötab võtmerežiimis, võib see olla kahes olekus. Esimene on väljalülitusrežiim. Selles režiimis on transistor täielikult suletud ning kollektori ja emitteri vaheline pinge on võrdne toiteallika pingega. Teine olek on küllastusrežiim. Selles režiimis on transistor täielikult sisse lülitatud ning kollektori ja emitteri vaheline pinge on võrdne pingelanguga lk — n - üleminekud ja erinevate transistoride puhul on vahemikus sajandik kuni kümnendike volt.

Transistori otsese sisendi staatilised omadused koormusel ( riis. 5 ) küllastuspiirkond asub segmendil 1-2 ja segmendi lõikepiirkond 3-4 . Nende segmentide vahepealne piirkond on piirkond 2-3 nimetatakse aktiivseks piirkonnaks. Seda juhitakse, kui transistor töötab võimendi režiimis.

Riis. 5 - Transistori sisendi staatiline karakteristik

Toiteallika ühendamise polaarsuse ja juhtsignaali pinge meeldejätmise hõlbustamiseks pöörake tähelepanu emitteri noolele. See näitab voolu suunda ( joon.6 ).

Riis. 6 - voolu teekond läbi transistori lüliti

Transistori lülitite parameetrite arvutamine

Võtme toimimise näitel kasutame koormusena LED-i. Selle ühendusskeem on näidatud joonisel riis. 7 . Pöörake tähelepanu erinevate pooljuhtstruktuuride transistoride toiteallikate ja LED-i ühendamise polaarsusele.

Riis. 7 - Skeemid LED-i ühendamiseks transistorlülititega

Arvutame välja transistorile tehtud transistorlüliti peamised parameetrid n — lk — n tüüp. Võtame järgmised algandmed:

- LED-i pingelangus Δ UVD = 2 V;

- LED-i nimivool IVD= 10 mA;

- toiteallika pinge Uun(märgitud skeemil Uke) = 9 V;

- sisendsignaali pinge Upäike= 1,6 V.

Vaatame nüüd uuesti joonisel näidatud diagrammi riis. 7 . Nagu näeme, jääb veel kindlaks määrata takistite takistus aluse ja kollektori ahelates. Transistor saab valida mis tahes bipolaarse vastava pooljuhtstruktuuri. Võtke näiteks Nõukogude transistor n — lk — n tüüp MP111B.

Takistuse arvutamine transistori kollektori ahelas

Kollektorahela takistus on ette nähtud LED-i läbiva voolu piiramiseks. VD , samuti transistori enda ülekoormuskaitseks. Kuna transistor avaneb, piirab selle vooluahela voolu ainult LED-i takistus VD ja takisti R juurde .

Defineerime vastupanu R juurde . See on võrdne selle pingelangusega Δ U R juurde jagatud voolutugevusega kollektoriahelas I juurde :

Nii et kollektori seadsime algselt meie poolt - see on LED-i nimivool. See ei tohi ületada I k = 10 mA .

Nüüd leidke takisti pingelang R juurde . See on võrdne toiteallika pingega U un (U ke ) miinus LED-i pingelang Δ U VD ja miinus transistori pingelang ΔU ke :

Valgusdioodi pingelang ja ka toiteallika pinge on algselt seatud ja võrdub vastavalt 0,2 V ja 9 V. MP111B transistori, nagu ka teiste nõukogude transistoride pingelanguks võetakse umbes 0,2 V. Kaasaegsete transistoride (näiteks BC547, BC549, N2222 jt) puhul on pingelang umbes 0,05 V ja madalam.

Transistori pingelangust saab mõõta, kui see on täielikult sisse lülitatud, kollektori ja emitteri klemmide vahel ning arvutust veelgi korrigeerida. Kuid nagu me hiljem näeme, saab kollektori takistust valida lihtsama meetodiga.

Kollektorahela takistus on:

Takistuse arvutamine transistori baasahelas

Nüüd peame kindlaks määrama aluse takistuse R b . See on võrdne takistuse enda pingelangusega. ΔURb jagatud baasvooluga I b :

Pingelang transistori baasil võrdub sisendsignaali pingega Uvs miinus baas-emitteri ristmiku pingelang ΔUbe . Sisendsignaali pinge on seatud algandmetes ja on võrdne 1,6 V. Pingelang aluse ja emitteri vahel on umbes 0,6 V.

Järgmisena leidke baasvool Ib . See on võrdne kollektori vooluga Ib jagatud transistori vooluvõimendusega β . Iga transistori võimendus on toodud andmelehtedel või teatmeteostes. Veelgi lihtsam mõista tähendust β võite kasutada multimeetrit. Isegi kõige lihtsamal multimeetril on selline funktsioon. Selle transistori jaoks β = 30 . Kaasaegsete transistoride jaoks β võrdne umbes 300 ... 600 ühikuga.

Nüüd leiame vajaliku aluse takistuse.

Seega saate ülaltoodud metoodika abil hõlpsasti määrata vajalikud takisti väärtused baas- ja kollektoriahelates. Siiski tuleb meeles pidada, et arvutatud andmed ei võimalda alati täpselt määrata takisti väärtusi. Seetõttu on parem teha klahvi peenem reguleerimine eksperimentaalselt ja arvutused on vajalikud ainult esialgse hinnangu jaoks, see tähendab, et need aitavad kitsendada takisti väärtuste valikut.

Takistite väärtuste määramiseks peate põhi- ja kollektortakistitega järjestikku sisse lülitama muutuva takisti ning selle väärtust muutes hankima vajalikud baas- ja kollektorivoolude väärtused. ( riis. kaheksa ).

Riis. 8 - Muutuva takistite sisselülitamise skeem

Soovitused elektrooniliste võtmete transistoride valimiseks

Tootja poolt määratud nimipinge kollektori ja emitteri vahel peab olema suurem kui toiteallika pinge.

Kollektori nimivool, mis on samuti tootja poolt määratud, peab olema koormusvoolust suurem.

On vaja tagada, et transistori aluse vool ja pinge ei ületaks lubatud väärtusi.

1. Samuti ei tohiks küllastusrežiimis aluse pinge olla madalam kui miinimumväärtus, vastasel juhul töötab transistori lüliti ebastabiilselt.

Mis koormusest sa räägid? Jah, kõigi kohta - releed, lambipirnid, solenoidid, mootorid, mitu LED-i korraga või suure võimsusega LED-prožektor. Ühesõnaga kõik, mis tarbib üle 15mA ja/või vajab toitepinget üle 5 volti.

Võtame näiteks relee. Olgu see BS-115C. Mähise vool on umbes 80mA, mähise pinge on 12 volti. Maksimaalne kontaktpinge on 250V ja 10A.

Relee ühendamine mikrokontrolleriga on ülesanne, mis peaaegu kõigil oli. Üheks probleemiks on see, et mikrokontroller ei suuda anda mähise normaalseks tööks vajalikku voolu. Maksimaalne vool, mida kontrolleri väljund läbib, ületab harva 20 mA ja seda peetakse endiselt lahedaks - võimsaks väljundiks. Tavaliselt mitte rohkem kui 10 mA. Jah, pinge ei ole siin kõrgem kui 5 volti ja relee jaoks on vaja koguni 12. Releed on muidugi viievoldised, kuid voolu kulub kaks korda rohkem. Üldiselt, kus relee ei suudle - igal pool perse. Mida teha?

Esimene asi, mis meelde tuleb, on panna transistor. Õige otsus - transistori saab valida sadade milliamprite või isegi amprite jaoks. Kui üks transistor puudub, saab need sisse lülitada kaskaadidena, kui nõrk avab tugevama.

Kuna oleme eeldanud, et 1 on sisse lülitatud ja 0 välja lülitatud (see on loogiline, kuigi see on vastuolus minu vana harjumusega, mis pärines AT89C51 arhitektuurist), siis 1 annab toite ja 0 eemaldab koormuse. Võtame bipolaarse transistori. Relee vajab 80mA, seega otsime transistori kollektorivooluga üle 80mA. Imporditud andmelehtedel on selle parameetri nimi I c, meil I k. Esimesena meenus KT315 - nõukogude transistoride meistriteos, mida kasutati peaaegu igal pool :) Selline oranž. See ei maksa rohkem kui üks rubla. Samuti töötab see KT3107 mis tahes täheindeksiga või imporditud BC546-ga (nagu ka BC547, BC548, BC549). Transistori puhul on kõigepealt vaja kindlaks määrata järelduste eesmärk. Kus on kollektor, kus alus ja kus emitter. Parim on seda teha vastavalt andmelehele või teatmeraamatule. Siin on näide andmelehelt:

Kui vaatate selle esikülge, seda, millel on pealdised, ja hoiate jalad all, siis vasakult paremale järeldused: emitter, koguja, alus.

Võtame transistori ja ühendame selle vastavalt järgmisele skeemile:

Kollektor koormusele, emitter, see, millel on nool, maapinnale. Ja alus kontrolleri väljundile.

Transistor on vooluvõimendi, see tähendab, et kui me juhime voolu läbi Base-Emitteri ahela, siis vool, mis on võrdne sisendiga, korrutatuna võimendusega h fe, võib läbida koguja-emitteri ahelat.
h fe selle transistori jaoks on mitusada. Midagi 300, ma täpselt ei mäleta.

Mikrokontrolleri maksimaalne väljundpinge ühtsuspordile rakendatuna = 5 volti (pingelangus 0,7 volti baas-emitteri ristmikul võib siinkohal tähelepanuta jätta). Baasahela takistus on 10 000 oomi. See tähendab, et vool on Ohmi seaduse järgi võrdne 5/10000=0,0005A või 0,5mA - täiesti ebaoluline vool, millest kontroller isegi ei higista. Ja väljund sellel ajahetkel on I c \u003d I be * h fe \u003d 0,0005 * 300 \u003d 0,150A. 150 mA on rohkem kui 100 mA, kuid see tähendab lihtsalt seda, et transistor avaneb pärani ja annab välja nii palju kui võimalik. Nii et meie teatejooks saab süüa täies mahus.

Kas kõik on õnnelikud, kas kõik on õnnelikud? Aga ei, siin on segadus. Relees kasutatakse käivituselemendina mähist. Ja mähisel on üsna tugev induktiivsus, nii et selles on voolu järsult katkestamine võimatu. Kui proovite seda teha, väljub elektromagnetväljas kogunenud potentsiaalne energia teises kohas. Null-katkestusvoolu korral on see koht pinge - voolu järsu katkestusega tekib mähisel võimas pinge tõus, sadu volte. Kui vool katkeb mehaanilise kontakti tõttu, siis tekib õhu purunemine - säde. Ja kui sa selle transistoriga ära lõikad, tapab see selle lihtsalt ära.

Midagi on vaja teha, kuhugi mähise energiat panna. Pole probleemi, sulgege see enda külge, pannes dioodi. Tavalise töötamise ajal lülitatakse diood sisse vastupidiselt pingele ja vool sellest läbi ei voola. Ja kui lülitate välja, on induktiivsuse pinge teises suunas ja läbib dioodi.

Tõsi, need pingetõusutega mängud mõjutavad vastikul moel seadme toitevõrgu stabiilsust, mistõttu on mõttekas toiteallika pluss- ja miinuspunktide vahele keerata veel sada mikrofaradi elektrolüütkondensaatorit. See võtab suurema osa pulsatsioonist.

Ilu! Kuid saate teha veelgi paremini – vähendada tarbimist. Releel on piisavalt kõrge vool puruneb, kuid armatuuri hoidevool on väiksem kui kolm korda. Keda see huvitab, aga kärnkonn purustab mind, et toita mähist rohkem, kui ta väärib. Lõppude lõpuks on see kütte- ja energiatarbimine ning palju muud. Samuti võtame ja sisestame ahelasse polaarkondensaatori kümnekonna teise takistiga mikrofaraadi jaoks. Mis nüüd juhtub:

Transistori avamisel pole kondensaator C2 veel laetud, mis tähendab, et selle laadimise hetkel on peaaegu lühis ja vool läbi mähise läheb piiranguteta. Mitte kauaks, kuid sellest piisab, et relee armatuur oma kohalt lahti murda. Seejärel kondensaator laeb ja muutub pausiks. Ja relee toide saab läbi voolu piirava takisti. Takisti ja kondensaator tuleks valida nii, et relee töötaks selgelt.
Pärast transistori sulgemist tühjeneb kondensaator läbi takisti. Sellest tuleneb loendur zapadlo - kui proovite kohe relee sisse lülitada, kui kondensaator pole veel tühjenenud, ei pruugi tõmbluse voolust piisata. Nii et siin peame mõtlema, millise kiirusega relee klõpsab. Conder muidugi tühjeneb sekundi murdosa jooksul, kuid mõnikord on seda palju.

Lisame veel ühe uuenduse.
Relee avanemisel juhitakse magnetvälja energia läbi dioodi välja, kuid samal ajal jätkab voolu liikumist mähises, mis tähendab, et see hoiab jätkuvalt armatuuri. Pikeneb aeg juhtsignaali eemaldamise ja kontaktgrupi mahakukkumise vahel. Zapadlo. Voolu liikumisele on vaja teha takistus, kuid selline, et see ei tapa transistori. Ühendame Zener-dioodi, mille avanemispinge on alla transistori läbilöögipinge.
Ühelt andmelehelt on näha, et BC549 kollektori baasi (kollektori baasi pinge) piirpinge on 30 volti. Kruvime sisse 27-voldise zeneri dioodi - kasum!

Selle tulemusena pakume mähisele pingetõusu, kuid see on kontrollitud ja alla kriitilise läbilöögipunkti. Seega vähendame märkimisväärselt (kohati!) väljalülitamise viivitust.

Nüüd saab üsna venitada ja hakata valusalt oma kaalikaid kratsima, et kuidas kogu see prügi trükkplaadile panna... Tuleb otsida kompromisse ja jätta sellesse vooluringi vaid see, mis vaja. Kuid see on juba inseneri hõng ja tuleb kogemustega.

Muidugi saab relee asemel ühendada lambipirni ja solenoidi ning isegi mootori, kui see voolu läbib. Näitena on võetud relee. Ja loomulikult pole lambipirni jaoks vaja kogu diood-kondensaatori komplekti.

Praeguseks piisab. Järgmine kord räägin Darlingtoni koostudest ja MOSFET-võtmetest.

Impulssseadmetes võib sageli leida transistori võtmeid. Transistorlülitid on olemas klappides, lülitites, multivibraatorites, blokeerivates ostsillaatorites ja muudes elektroonilistes vooluringides. Igas vooluringis täidab transistori võti oma funktsiooni ja sõltuvalt transistori töörežiimist võib võtmeahel tervikuna muutuda, kuid peamine elektriskeem transistori võti - järgmine:

Transistorlülitil on mitu peamist töörežiimi: tavaline aktiivne režiim, küllastusrežiim, väljalülitusrežiim ja aktiivne pöördrežiim. Kuigi transistorlüliti lülitusahel on põhimõtteliselt ühisemitteriga transistori võimendiahel, erineb see ahel funktsioonide ja režiimide poolest tavalisest võimendiastmest.

Võtmerakenduses toimib transistor kiire lülitina ja peamisi staatilisi olekuid on kaks: transistor on suletud ja transistor avatud. Lukustatud olek – avatud olek, kui transistor on väljalülitusrežiimis. Suletud olek - transistori küllastusseisund või küllastuslähedane olek, selles olekus on transistor avatud. Kui transistor lülitub ühest olekust teise, on see aktiivne režiim, milles protsessid kaskaadis kulgevad mittelineaarselt.

Staatilisi olekuid kirjeldatakse vastavalt transistori staatilistele omadustele. On kaks tunnust: väljundperekond - kollektori voolu sõltuvus kollektori-emitteri pingest ja sisendperekond - baasvoolu sõltuvus baasemitteri pingest.

Lõikerežiimi iseloomustab transistori mõlema p-n-siirde nihe vastupidises suunas ning seal on sügav ja madal katkestus. Sügav katkestus on siis, kui ristmike pinge on 3-5 korda kõrgem kui lävipinge ja sellel on töötavaga võrreldes vastupidine polaarsus. Selles olekus on transistor avatud ja selle elektroodide voolud on äärmiselt väikesed.

Madala katkestuse korral on ühele elektroodile rakendatav pinge madalam ja elektroodide voolud on suuremad kui sügava katkestuse korral, mistõttu voolud sõltuvad juba rakendatud pingest vastavalt väljundkarakteristiku madalamale kõverale. perekonda, nimetatakse seda kõverat "läbilõike karakteristikuks" .

Näiteks teostame takistuslikul koormusel töötava transistori võtmerežiimi lihtsustatud arvutuse. Transistor on pikka aega ainult ühes kahest põhiolekust: täielikult avatud (küllastus) või täielikult suletud (katkestus).

Olgu transistori koormuseks relee SRD-12VDC-SL-C mähis, mille pooli takistus nimipingel 12 V on 400 oomi. Jätame tähelepanuta relee mähise induktiivsuse, las arendajad pakuvad kaitset mööduvate liigpingete eest, kuid arvutame selle põhjal, et relee lülitatakse sisse üks kord ja väga pikaks ajaks. Leiame kollektori voolu järgmise valemi järgi:

Ik \u003d (Upit-Ukenas) / Rн.

Kus: Ik - D.C. koguja; Upit - toitepinge (12 volti); Ukenas - küllastuspinge bipolaarne transistor(0,5 volti); Rн - koormustakistus (400 Ohm).

Saame Ik \u003d (12-0,5) / 400 \u003d 0,02875 A = 28,7 mA.

Truuduse huvides võtame transistor, millel on voolu piiramise ja pinge piiramise varu. Sobiv BD139 SOT-32 pakendis. Sellel transistoril on parameetrid Ikmax = 1,5 A, Ukemax = 80 V. Seal on hea varu.

28,7 mA kollektorivoolu tagamiseks on vaja tagada sobiv baasvool. Baasvool määratakse valemiga: Ib = Ik / h21e, kus h21e on staatiline voolu ülekandetegur.

Kaasaegsed multimeetrid võimaldavad teil seda parameetrit mõõta ja meie puhul oli see 50. Seega Ib \u003d 0,0287 / 50 \u003d 574 μA. Kui koefitsiendi h21e väärtus pole teada, võite usaldusväärsuse huvides võtta selle transistori dokumentatsioonist miinimumi.

Baastakisti vajaliku väärtuse määramiseks. Baasemitteri küllastuspinge on 1 volt. Niisiis, kui juhtimine toimub signaaliga loogilise mikrolülituse väljundist, mille pinge on 5 V, siis vajaliku baasvoolu 574 μA tagamiseks, kui üleminekul 1 V, saame :

R1 \u003d (Uin-Ubenas) / Ib \u003d (5-1) / 0,000574 \u003d 6968 oomi

Valime 6,8 kOhm takisti standardseeriast väiksema (et täpselt voolu oleks piisavalt).

AGA selleks, et transistor lülituks kiiremini ja töö oleks usaldusväärne, kasutame aluse ja emitteri vahel täiendavat takistit R2 ja sellele langeb võimsust, mis tähendab, et on vaja alandada takisti R1. Võtame R2 = 6,8 kOhm ja reguleerime R1 väärtust:

R1 = (Uin-Ubenas) / (Ib + I (läbi takisti R2) = (Uin-Ubenas) / (Ib + Ubenas / R2)

R1 \u003d (5-1) / (0,000574 + 1/6800) \u003d 5547 oomi.

Olgu see R1 = 5,1 kOhm ja R2 = 6,8 kOhm.

Arvutame võtme kaod: P \u003d Ik * Ukenas \u003d 0,0287 * 0,5 \u003d 0,014 W. Transistor ei vaja jahutusradiaatorit.

Transistorvõti on digitaalsete elektroonikaseadmete ja väga paljude jõuelektroonikaseadmete põhielement. Transistorlüliti parameetrid ja omadused määravad väga suurel määral vastavate ahelate omadused.

Bipolaarsete transistoride võtmed . Bipolaarse transistori lihtsaim võti, mis on ühendatud vastavalt ühisele emitteri ahelale, ja vastav sisendpinge ajastusskeem on näidatud joonisel fig. 14.5.

Riis. 14.5. Bipolaarne transistori lüliti

Mõelge transistori lüliti toimimisele püsivas olekus. Kuni ajahetkeni t 1 transistori emitteri ristmik on välja lülitatud ja transistor on väljalülitusrežiimis. Selles režiimis i juurde =– i b =I juurde (I juurde- kollektori pöördvool), i uh≈ 0. u R b ≈u R juurde ≈ 0;u bae ≈ –U 2 ;u ke ≈–E juurde .

Aja jooksul t 1 …t 2 transistor on avatud. Selleks, et pinge üle transistori u ke oli minimaalne, stress U 1 tavaliselt valitakse nii, et transistor on kas küllastusrežiimis või piirirežiimis, küllastusrežiimile väga lähedal.

Väljatransistoride klahvid on madal jääkpinge. Nad võivad lülitada nõrku signaale (mikrovoltide ühikutes ja vähem). See on tingitud asjaolust, et väljatransistoride väljundomadused läbivad algpunkti.

Näiteks kujutame transistori väljundkarakteristikuid koos juhtsiirde ja kanaliga lk-tüüp lähtekohaga külgnevale alale (joon. 14.6).

Riis. 14.6. FET p-kanaliga

Pange tähele, et kolmandas kvadrandis olevad karakteristikud vastavad antud pingetele värava ja äravoolu vahel.

Staatilises olekus tarbib FET-lüliti väga vähe juhtvoolu. See vool aga suureneb lülitussageduse kasvades. Väljatransistorklahvide väga suur sisendtakistus tagab tegelikult sisend- ja väljundahelate galvaanilise isolatsiooni. See välistab vajaduse juhtahelates trafode järele.

Joonisel fig. 14.7 näitab indutseeritud kanaliga MIS-transistori digitaalvõtme skeemi n-tüüp- ja takistuskoormus ning vastavad ajastusskeemid.

Riis. 14.7. FET digitaalne võti

Diagramm näitab kandevõimet FROM n, transistorlülitiga ühendatud seadmete mahtuvuse modelleerimine. Ilmselgelt, kui sisendsignaal on null, on transistor välja lülitatud ja u si =E Koos. Kui pinge uin on suurem kui lävipinge U z.lävi transistor, see avaneb ja pinge u si väheneb.

Loogikaelemendid

Loogiline element (loogikavärav) on elektrooniline lülitus, mis sooritab mõnda lihtsat loogilist toimingut. Joonisel fig. 14.8 näitab mõne loogilise elemendi tavapäraste graafiliste sümbolite näiteid.

Riis. 14.8. Loogikaelemendid

Loogikaelementi võib realiseerida eraldi integraallülitusena. Tihti sisaldab integraallülitus mitut loogikaelementi.

Loogikaväravaid kasutatakse digitaalsetes elektroonikaseadmetes (loogikaseadmetes) loogikasignaalide lihtsaks teisendamiseks.

Loogiliste elementide klassifikatsioon. Eristatakse järgmisi loogiliste elementide klasse (nn loogika):

takisti-transistor loogika (TRL);

diood-transistori loogika (DTL);

transistor-transistor loogika (TTL);

emitter-transistor loogika (ESL);

transistor-transistor loogika Schottky dioodidega (TTLSh);

R(R- TIR);

MOSFET-põhine loogika tüüpkanalitega n(n- TIR);

MIS-transistoride (CMOS, CMOS) täiendavatel võtmetel põhinev loogika;

integraalne süstimisloogika I 2 L;

loogika, mis põhineb GaAs galliumarseniidi pooljuhil.

Praegu on enim kasutusel järgmised loogikad: TTL, TTLSH, CMOS, ESL. Loogikaelemente ja muid digitaalseid elektroonikaseadmeid toodetakse osana mikroskeemide seeriast: TTL - K155, KM155, K133, KM133; TTLSh – 530, KR531, KM531, KR1531, 533, K555, Km555, 1533, KR1533; ESL - 100, K500, K1500; CMOS - 564, K561, 1564, KR1554; GaAs - K6500.

Loogikaelementide olulisemad parameetrid:

Jõudlust iseloomustab signaali levimise viivitusaeg t sp ja maksimaalne töösagedus F Max. Viiteaeg määratakse tavaliselt tasemete vahedega 0,5 U sisse ja 0,5Δ U väljuda. Maksimaalne töösagedus F Max on sagedus, mille juures vooluahel jääb tööle.

Kandevõimet iseloomustab sisendi koondamistegur To umbes (mõnikord kasutatakse terminit "väljundite ühendamise tegur"). Väärtus To umbes on loogiliste sisendite arv, väärtus To üks kord- sama tüüpi loogiliste elementide maksimaalne arv, mida saab selle loogilise elemendi väljundiga ühendada. Nende tüüpilised tähendused on järgmised: To umbes =2…8,To üks kord= 4…10. Suurenenud kandevõimega elementidele To üks kord =20…30.

Mürakindlust staatilises režiimis iseloomustab pinge U pst, mida nimetatakse staatiliseks mürakindluseks. See on maksimaalne lubatud staatilise müra pinge sisendis, mille juures loogikaelemendi väljundtasemetes endiselt muutust ei toimu.

Toide, mida mikrolülitus toiteallikast tarbib. Kui see võimsus on kahe loogilise oleku puhul erinev, näidatakse sageli nende olekute keskmist energiatarbimist.

Toitepinge.

Kõrge ja madala taseme sisendlävipinged U in.1 lävi ja U sisend.0 lävi, mis vastab loogilise elemendi oleku muutusele.

Kõrge ja madal väljundpinge U välja1 ja U välja0 .

Kasutatakse ka muid parameetreid.

Erinevate loogikate loogiliste elementide omadused. Konkreetset mikroskeemide seeriat iseloomustab tüüpilise elektroonilise koostu kasutamine - põhiline loogikaelement. See element on paljude digitaalsete elektroonikaseadmete ehitamise aluseks.

Aluselement TTL sisaldab mitme emitteriga transistori, mis teostab loogilist JA-operatsiooni, ja kompleksinverterit (joon. 14.9).

Riis. 14.9. Aluselement TTL

Kui ühele või mõlemale sisendile rakendatakse samaaegselt madalpinge tase, siis on mitme emitteriga transistor küllastus ja transistor T 2 on suletud ning seetõttu on ka transistor T 4 suletud, st väljundis on kõrge pingetase. . Kui mõlemal sisendil töötab samaaegselt kõrge pingetase, siis avaneb transistor T 2 ja läheb küllastusrežiimi, mis viib transistori T 4 avanemiseni ja küllastumiseni ning transistori T 3 lukustumiseni, s.o. funktsioon JA-EI on rakendatud. TTL-elementide kiiruse suurendamiseks kasutatakse dioodidega transistore või Schottky transistore.

Põhiline loogikaelement TTLSH (K555 seeria näitel). Element

JA-EI (joonis 14.10, a) ja joonisel fig. 14.10, b näitab Schottky transistori graafilist esitust.

Riis. 14.10. Loogiline element TTLSH

Transistor VT4 on tavaline bipolaarne transistor. Kui mõlemad sisendpinged u in1 ja u vx2 on kõrge, siis on dioodid VD3 ja VD4 suletud, transistorid VT1, VT5 avatud ja väljundpinge madal. Kui vähemalt ühes sisendis on madalpinge, siis on transistorid VT1 ja VT5 suletud ning transistorid VT3 ja VT4 avatud ning sisendis tekib madalpinge. K555 seeria TTLSh mikroskeeme iseloomustavad järgmised parameetrid:

toitepinge +5 AT;

madal väljundpinge mitte üle 0,4 AT;

kõrgetasemeline väljundpinge vähemalt 2,5 AT;

mürakindlus - mitte vähem kui 0,3 V;

keskmine levi viivitusaeg 20 ns;

maksimaalne töösagedus 25 MHz.

Muude loogikate omadused. ESL-i loogilise põhielemendi aluseks on voolulüliti, mille vooluahel on sarnane diferentsiaalvõimendi omaga. ESL-kiipi toiteallikaks on negatiivne pinge (-4 AT K1500 seeria jaoks). Selle mikroskeemi transistorid ei sisene küllastusrežiimi, mis on ESL-i elementide suure kiiruse üks põhjusi.

Mikroskeemides n-MOS ja lk-MOS-lüliteid kasutatakse vastavalt koos MOSFET-idega n-kanalid ja dünaamiline koormus ning MOSFET-idel koos lk- kanal. Staatilises olekus loogikaelemendi energiatarbimise kõrvaldamiseks kasutatakse täiendavaid MIS-i loogikaelemente (CMOS- või CMOS-loogika).

GaAs galliumarseniidi pooljuhil põhinevat loogikat iseloomustab suurim kiirus, mis on tingitud elektronide suurest liikuvusest (3...6 korda suurem võrreldes räniga). GaA-l põhinevad kiibid võivad töötada sagedustel, mis on suurusjärgus 10 GHz.

Keeruliste skeemidega töötades on kasulik kasutada erinevaid tehnilisi nippe, mis võimaldavad vähese vaevaga eesmärgi saavutada. Üks neist on transistorlülitite loomine. Mis need on? Miks peaks neid looma? Miks nimetatakse neid ka "elektroonilisteks võtmeteks"? Millised on selle protsessi omadused ja millele tuleks tähelepanu pöörata?

Millest on valmistatud transistorlülitid?

Need viiakse läbi kasutades välja või Esimesed jagatakse edasi MIS-i ja võtmeteks, millel on juht-pn-siirde. Bipolaarsete seas eristatakse küllastumata. 12-voldine transistori võti suudab rahuldada raadioamatööri põhinõudeid.

Staatiline töörežiim

See analüüsib võtme privaatset ja avalikku olekut. Esimene sisend sisaldab madalpinge taset, mis näitab loogilist nullsignaali. Selles režiimis on mõlemad üleminekud vastupidises suunas (saadakse katkestus). Ja ainult termiline võib mõjutada kollektori voolu. Avatud olekus on võtme sisendis kõrgepingetase, mis vastab loogilise üksuse signaalile. Võimalik töötada korraga kahes režiimis. Selline jõudlus võib olla väljundkarakteristiku küllastuspiirkonnas või lineaarses piirkonnas. Me peatume neil üksikasjalikumalt.

klahvi küllastus

Sellistel juhtudel on transistori ristmikud ettepoole kallutatud. Seega, kui baasvool muutub, siis kollektori väärtus ei muutu. Ränitransistoride puhul on eelpinge saamiseks vaja umbes 0,8 V, samal ajal kui germaaniumtransistoride puhul kõigub pinge vahemikus 0,2–0,4 V. Kuidas saavutatakse üldiselt klahvi küllastus? See suurendab baasvoolu. Kuid igal asjal on oma piirid, nagu ka suureneval küllastumisel. Seega, kui teatud vooluväärtus on saavutatud, peatub selle suurenemine. Ja miks teha klahviküllastust? On olemas spetsiaalne koefitsient, mis näitab asjade seisu. Selle suurenemisega suureneb transistorlülitite kandevõime, destabiliseerivad tegurid hakkavad mõjutama väiksema jõuga, kuid jõudlus halveneb. Seetõttu valitakse küllastusteguri väärtus kompromisskaalutluste põhjal, keskendudes ülesandele, mida tuleb täita.

Küllastumata võtme puudused

Ja mis saab siis, kui optimaalset väärtust pole saavutatud? Siis on sellised puudused:

1. Avaliku võtme pinge langeb ja langeb umbes 0,5 V-ni.
2. Mürakindlus halveneb. Selle põhjuseks on suurenenud sisendtakistus, mida klahvides täheldatakse, kui need on avatud olekus. Seetõttu põhjustavad häired nagu võimsuse tõusud ka transistoride parameetrite muutumist.
3. Küllastunud võtmel on märkimisväärne temperatuuristabiilsus.

Nagu näete, on seda protsessi siiski parem läbi viia, et lõpuks saada täiustatud seade.

Esitus

Suhtlemine teiste klahvidega

Selleks kasutatakse suhtluselemente. Seega, kui väljundi esimesel klahvil on kõrge pingetase, avaneb teine ​​​​sisendis ja töötab määratud režiimis. Ja vastupidi. Selline sideahel mõjutab oluliselt ümberlülitamisel tekkivaid mööduvaid protsesse ja klahvide kiirust. Nii töötab transistorlüliti. Levinumad on ahelad, milles interaktsioon toimub ainult kahe transistori vahel. Kuid see ei tähenda sugugi, et seda ei saaks teha seade, milles kasutatakse kolme, nelja või isegi enamat elementi. Kuid praktikas on selle jaoks raske rakendust leida, mistõttu seda tüüpi transistorlülitit ei kasutata.

Mida valida

Millega on parem töötada? Kujutagem ette, et meil on lihtne transistorlüliti, mille toitepinge on 0,5 V. Siis on ostsilloskoobi abil võimalik kõik muudatused salvestada. Kui kollektori vooluks on seatud 0,5mA, siis pinge langeb 40mV (aluses on umbes 0,8V). Ülesande standardite järgi võib öelda, et tegemist on üsna olulise kõrvalekaldega, mis seab piirangu terve rea ahelate kasutamisele, näiteks lülitites, seetõttu kasutavad nad spetsiaalseid, kus on juhtpn. ristmik. Nende eelised bipolaarsete kolleegidega võrreldes on järgmised:

1. Võtme jääkpinge ebaoluline väärtus juhtmestiku seisukorras.
2. Suur takistus ja selle tulemusena väike vool, mis voolab läbi suletud elemendi.
3. Tarbitakse vähe võimsust, seega pole vaja olulist juhtpinge allikat.
4. Võimalik on lülitada madala tasemega elektrisignaale, mis on mikrovoltide ühikud.

Transistori võtmerelee - siin on ideaalne rakendus põllule. Loomulikult postitatakse see teade siia ainult selleks, et lugejatel oleks aimu nende rakendusest. Natuke teadmisi ja leidlikkust - ja transistorlülititega rakenduste võimalusi leiutatakse väga palju.

Töö näide

Vaatame üksikasjalikumalt, kuidas toimib lihtne transistorlüliti. Lülitatud signaal edastatakse ühest sisendist ja eemaldatakse teisest väljundist. Võtme lukustamiseks rakendatakse transistori paisule pinge, mis ületab allika ja äravoolu väärtusi väärtusega üle 2-3 V. Kuid tasub olla ettevaatlik, et mitte ületada lubatud väärtust. ulatus. Kui võti on suletud, on selle takistus suhteliselt suur - üle 10 oomi. See väärtus saadakse tänu sellele, et ka pöördpingevool mõjutab p-n ristmik. Samas olekus kõigub lülitatud signaaliahela ja juhtelektroodi vaheline mahtuvus vahemikus 3-30 pF. Nüüd avame transistori lüliti. Ahel ja praktika näitavad, et siis läheneb juhtelektroodi pinge nullile ja see sõltub suuresti koormuse takistusest ja lülitatud pinge karakteristikust. See on tingitud kogu transistori värava, äravoolu ja allika vastastikmõjude süsteemist. See tekitab katkestusrežiimis töötamisel teatud probleeme.

Selle probleemi lahenduseks on välja töötatud erinevad ahelad, mis tagavad pinge stabiliseerimise, mis voolab kanali ja värava vahel. Pealegi saab selle füüsikaliste omaduste tõttu kasutada isegi dioodi. Selleks tuleks see lülitada blokeerimispinge ettepoole. Vajaliku olukorra loomisel diood sulgub ja p-n ristmik avaneb. Et lülitatud pinge muutumisel jääks see avatuks ja selle kanali takistus ei muutuks, saab allika ja võtme sisendi vahele ühendada suure takistusega takisti. Ja kondensaatori olemasolu kiirendab oluliselt paakide laadimise protsessi.

Transistori võtme arvutamine

Mõistmise huvides toon arvutuse näite, saate oma andmed asendada:

1) Kollektor-emitter - 45 V. Koguvõimsuse hajumine - 500 mw. Kollektor-emitter - 0,2 V. Töötamise piirsagedus - 100 MHz. Baasemitter - 0,9 V. Kollektori vool - 100 mA. Statistiline vooluülekande suhe - 200.

2) Takisti 60 mA voolu jaoks: 5-1,35-0,2 = 3,45.

3) Kollektori takistus: 3,45\0,06=57,5 Ohm.

4) Mugavuse huvides võtame nimiväärtuseks 62 oomi: 3,45 \ 62 \u003d 0,0556 mA.

5) Arvestame baasvoolu: 56 \ 200 \u003d 0,28 mA (0,00028 A).

6) Kui palju on baastakistil: 5 - 0,9 \u003d 4,1 V.

7) Määrake baastakisti takistus: 4,1 \ 0,00028 \u003d 14 642,9 oomi.

Järeldus

Ja lõpuks nimest "elektroonilised võtmed". Fakt on see, et olek muutub voolu mõjul. Ja mida ta esindab? Täpselt nii, elektroonikatasude kogusumma. Siit pärineb teine ​​nimi. See on kõik. Nagu näete, pole transistorlülitite tööpõhimõte ja paigutus midagi keerukat, seega on selle mõistmine teostatav. Tuleb märkida, et isegi selle artikli autoril oli vaja oma mälu värskendamiseks kasutada teatmekirjandust. Seega, kui teil on küsimusi terminoloogia kohta, soovitan meeles pidada tehniliste sõnaraamatute saadavust ja otsida sealt uut teavet transistorlülitite kohta.