And that means that a transistor corresponds to about 12 ion channels in parallel.

Here, an «Alpinist» transistor radio.

In 1960, it produced the first transistor television in the world.

Says I must have my own transistor radio.

This logical OR works because the transistor T3 is connected via R19 to +5V.

A transistor is nothing more than a wall switch.

So the second layer of simplicity was the transistor in the Internet.

There’s no way of predicting the Internet based on the first transistor.

However today I found required transistor, and now everything seems to work ok, at least at home.

1968, you could buy one transistor for a dollar.

Each field-effect transistor consists of a channel in the semiconductor body of the device.

In effect, the stored charge on the floating gate allows the threshold voltage of the transistor to be programmed.

As if a transistor is hidden in my head.

In 1998 Avouris’ team at IBM independently demonstrated the very first molecular transistor based on a single CNT.

And that means that a transistor corresponds to about 12ion channels in parallel.

Now, you replaced a transistor in one of the boxes.

Q1 is the pass or output transistor.

Look at this graph here.You could buy one transistor for a dollar in 1968.

In March 2013, researchers created a transcriptor (a biological transistor).

Применение новой серии P-канальных MOSFET транзисторов

Введение

Семейство p-канальных MOSFET-транзисторов компании IXYS обладает всеми основными преимуществами сопоставимых n-канальных MOSFET, такими как очень быстрое переключение, управление с помощью уровня напряжения затвора, простота параллельного соединения и высокая температурная стабильность. Оптимизация паразитного p-n-p-транзистора позволила получить приборы с отличной стабильностью к лавинному пробою [1]. По сравнению с n-канальными силовыми MOSFET со схожей топологией, p-канальные транзисторы имеют лучшую FB-SOA (область безопасной работы при прямом токе) и практически имеют иммунитет к феномену одиночного эффекта выгорания (Single Event Burnout — открытие паразитного биполярного транзистора под воздействием космического излучения: приводит к разрушению прибора) [2]. Но главным преимуществом p-канальных силовых MOSFET является простота управления в схемах верхнего ключа [3].

Источник питания для управления p-канальным транзистором в схеме верхнего ключа может быть однополярным, в то время как управление n-канальным MOSFET в схеме верхнего ключа требует наличия либо изолированного драйвера, либо импульсного трансформатора, который во многих случаях может работать некорректно. Более того, во многих случаях драйвер нижнего ключа может успешно управлять p-канальным MOSFET в верхнем включении. Такое решение часто позволяет упростить драйвер и снизить общую итоговую стоимость изделия. Главный же недостаток p-канальных MOSFET — более высокое сопротивление в открытом состоянии (R_ds(on)) по сравнению с n-канальными транзисторами. Это означает, что стоимостная эффективность решения на p-канальных MOSFET напрямую связана с оптимизацией по параметру R_ds(on) [4].

Рис. 1. MOSFET
а) p-канальный;
б) n-канальный

Компания IXYS разработала два семейства p-канальных MOSFET, перекрывающих диапазон напряжений от –50 до –600 В и диапазон токов I_D25 от –10 до –170 А. Таблица для выбора находится на сайте www.ixyspower.com. p-канальные Trench MOSFET в диапазоне от –50 до –150 В предлагают очень низкое сопротивление канала в открытом состоянии, низкий заряд затвора, быстрое переключение и быстрый встроенный диод. Планарные p-канальные MOSFET семейства Polar имеют превосходные динамические и статические характеристики в области напряжений от –100 до –600 В. Оба семейства доступны в лучших в отрасли изолированных корпусах семейства ISOPLUS.

Схемотехника драйверов управления в схеме верхнего ключа

В этом разделе рассмотрены различные техники управления полумостовыми схемами. Управление p-канальным MOSFET — более простое и менее затратное, если сравнивать его с n-канальным MOS-FET в схеме верхнего ключа [5].

Рис. 2. p-канальный драйвер в схеме PWM

На рис. 2 приведен пример схемы с p-канальным MOSFET в верхнем ключе. Эта схема управления более проста и экономически более эффективна, если сравнивать ее со схемами на рис. 5 и 7 для n-канальных MOSFET. В этой схеме Dz, Rz и Ch добавлены к стандартной схеме на n-канальном MOSFET-тран-зисторе. Конденсатор Ch, который «удерживает» постоянное напряжение между верхней и нижней схемами управления, должен быть существенно больше, чем входная емкость p-канального MOSFET. Dz удерживает напряжение между затвором и истоком в диапазоне от минуса напряжения на диоде Зенне слишком мала, ток в цепи будет слишком высок, и он сможет повредить схему драйвера управления или Dz. Если емкость Ch будет слишком велика, p-канальный MOSFET будет включаться слишком медленно. Это будет происходить из-за медленного нарастания фронта на затворе транзистора и может привести к его повреждению. Rh3 и R12 регулируют скорость закрывания MOSFET. (Rh2+Rh3) и (R11+R12) определяют скорость включения транзистора. В большинстве применений требуется более низкая скорость открытия и более высокая скорость закрытия транзистора [4].

Рис. 3. Управление p-канальным и n-канальным MOSFET с помощью одного драйвера

Во многих случаях p-канальный и n-канальный MOSFET могут управляться одной микросхемой драйвера, как показано на рис. 3. Это наиболее экономичное решение и самый простой способ управления полумостовой схемой. Для исключения сквозных токов введена задержка dead time между включениями транзисторов, определяемая различием в скорости включения и выключения. Если эта задержка слишком мала, есть шанс высокого выделения тепла и повреждения транзисторов. Если задержка слишком велика, выходное напряжение мостовой схемы может упасть ниже допустимого уровня. В данной схеме в начале включения каждого из транзисторов напряжение на затворе недостаточно для полного включения MOSFET, и это приводит к дополнительным потерям мощности. Таким образом, данная схема не приспособлена для работы в режиме жестких переключений. Но для некоторых приложений с переключением на нулевом уровне напряжения (Zero Voltage Switching), когда MOSFET-транзистор включается в тот момент, когда другой MOS-FET работает в режиме диода, данная схема может быть экономически эффективна [4].

Рис. 4. Задержка dead time в схеме с одним драйвером

На рис. 5 показан пример управления n-канальным MOSFET с помощью импульсного трансформатора. Амплитуда управляющего импульса в этой схеме не чувствительна к изменению скважности импульсов, в отличие типовой схемы с импульсным трансформатором. Теоретически, скважность может быть любой. Но в реальной продукции наличие паразитных связей вносит ограничения на величину скважности. В момент подачи запирающего фронта импульса на затвор транзистор Qh разряжает емкость затвора. Rb является базовым сопротивлением для Qh. Малая емкость Cb используется для ускорения переключения Qh. (Rh2+Rh3) есть сопротивление затвора при включении, а Rh3 является сопротивлением затвора при выключении. Dz поддерживает напряжение между затвором и истоком в диапазоне от 0 до номинального напряжения диода Зенера.

Рис. 5. n-канальный MOSFET, управляемый через импульсный трансформатор

На рис. 6 представлен изолированный драйвер управления, который управляет и n-канальным, и p-канальным транзисторами при наличии одного импульсного трансформатора. n-канальный MOSFET использован в качестве верхнего ключа, в то время как p-канальный транзистор — нижнего ключа. Транзисторы применяются в схеме с общим истоком. Эта схема обеспечивает постоянное время задержки dead time, определяемое разницей времени между зарядом и разрядом входной емкости.

Рис. 6. Управление n-канальным и p-канальным MOSFET с помощью одного импульсного трансформатора

Поскольку импульсный трансформатор объемный и не обладает высокой надежностью, во многих схемах используются дорогостоящие изолированные драйверы с оптоизо-ляцией или с развязкой по току. Простейший метод обеспечения питания такой схемы — применение техники bootstrap, показанной на рис. 7. Пока транзистор M1 находится во включенном состоянии и напряжение на истоке M2 близко к 0, конденсатор Cb заряжается через диод Db и резистор Rb. В случае если напряжение «земли» верхнего драйвера опустится ниже референсного значения, схема драйвера может стать причиной отказа. Чтобы уменьшить такую возможность, добавляют резистор в цепь стока транзистора Mh.

Рис. 7. Управление схемой с n-канальными MOSFET с помощью специализированного драйвера

Данный метод используется преимущественно в автомобильных применениях, где вся нагрузка обычно подключается между ключом и общей «землей» на корпусе. Все ключи в автомобильных применениях располагаются в области положительного потенциала схемы. Для управления n-канальным MOSFET на очень низкой частоте импульсные трансформаторы или технику bootstrap применять невозможно. На рис. 8 показана схема, генерирующая напряжение на затворе выше входного напряжения цепи постоянного тока. Когда генератор прямоугольных импульсов устанавливает на выходе нулевое значение напряжения, диод Dc заряжает емкость накачки Cp. Когда выход генератора прямоугольных импульсов устанавливает положительное напряжение на уровне напряжения питания, диод Dd разряжает емкость Cp. Заряд передается на емкость Cd, которая является источником питания для схемы драйвера верхнего ключа.

Рис. 8. Низкочастотное управление n-канальным MOSFET с помощью «накачки» емкости

Как видно на рис. 9, p-канальные MOSFET требуют гораздо более простой схемы управления, нежели схема на рис. 8. В общем случае более простая схема является более надежной. Хотя p-канальные MOSFET имеют более высокое сопротивление канала в открытом состоянии и, как следствие, более высокую удельную стоимость, эта схема управления во многих случаях делает применение p-канальных MOSFET более экономически выгодным [4].

Рис. 9. Низкочастотное управление p-канальным MOSFET-транзистором

Выбор p-канальных и n-канальных MOSFET

Невозможно создать p-канальный силовой MOSFET, который имел бы такие же электрические характеристики, как и n-канальный MOS-FET. Поскольку подвижность носителей заряда в n-канальном силовом MOSFET в 2,5–3 раза выше, то для обеспечения одного и того же сопротивления в открытом состоянии R_ds(on), размер кристалла p-канального MOSFET должен быть в 2,5–3 раза больше, по сравнению с n-канальным транзистором. Вследствие большей площади кристалла p-канальные MOSFET-транзисторы имеют меньшее тепловое сопротивление и более высокие значения допустимого тока. Но их динамические характеристики (емкость, заряд затвора и др.) зависят от размера кристалла.

На низких частотах переключений, при которых доминируют потери проводимости, p-канальный MOSFET должен иметь тот же уровень номинального тока I_D25, что и n-канальный транзистор. Если два транзистора имеют одинаковый номинальный ток I_D25, нагрев их кристаллов будет практически одинаков при одинаковой температуре корпуса и одинаковом токе. В этом случае оптимальный размер кристалла p-канального MOSFET составит уже 1,5–1,8 от размера кристалла n-канального транзистора.

На высоких частотах переключения, где доминируют динамические потери, p-канальный MOSFET должен иметь ту же величину заряда затвора, что и n-канальный транзистор. Если два транзистора имеют одинаковый заряд затвора и управляются одинаково, их динамические потери близки. В этом случае p-канальный MOSFET имеет тот же размер кристалла, что и n-канальный, но его номинальный ток I_D25 может быть меньше, чем у n-канального.

Для работы в линейном режиме необходимо соответствие p-канального и n-канального транзистора по FBSOA (области безопасной работы) в реальном режиме. Это часто означает соответствие по номинальной рассеиваемой мощности I_D25, но, кроме того, нужно обращать внимание на физическую способность транзистора работать в линейном режиме.

В реальных приложениях необходимо тщательно выбирать p-канальный MOSFET-тран-зистор по номинальному току I_D25 или заряду затвора Qg. Приложений, в которых требуется одинаковое сопротивление в открытом состоянии R_ds(on), не так много.

Примеры применения

Может быть, аудиоусилители являются наиболее популярной областью применения p-канальных MOSFET-транзисторов. На рис. 10а n-канальный MOSFET применен в качестве верхнего ключа (HS), а p-канальный — в качестве нижнего (LS). Выход аудиоусилителя как бы является в данном случае схемой истокового повторителя. Если коэффициент усиления по напряжению данной схемы равен 1, схема устойчива. На рис. 10б использован транзистор Дарлингтона в комбинации p-n-p- и n-канального транзисторов, вместо p-канального MOSFET. MOSFET включен по схеме с общим истоком, которая имеет большой коэффициент усиления по напряжению и обратную связь, контролируемую p-n-p-транзистором. То есть эта схема может быть неустойчива. После компенсации частотный диапазон этой схемы не может быть достаточен для передачи аудиосигнала высокого качества.

Рис. 10. Выходной каскад на MOSFET для аудиоусилителя:
а) n-канальный и p-канальный;
б) оба n-канальные

Аудиоусилитель класса AB

На рис. 11 показана схема аудиоусилителя класса AB, который имеет комплементарный выход на MOSFET-транзисторах, дифференциальный вход и схему смещения выходного каскада. Данная схема предлагает улучшенные характеристики по сравнению с эквивалентной схемой на биполярных транзисторах, а также позволяет существенно упростить схему управления.

Рис. 11. Схема аудиоусилителя класса AB [6]

Входная цепь имеет дифференциальный компаратор на p-n-p-транзисторах, который получает сигнал через цепочку R1C1 и негативную обратную связь от выходного каскада на базу транзистора Q2 через резистор R6. Компаратор управляет транзистором Q4, который, в свою очередь, управляет выходным каскадом. Компоненты R6 и R5 определяют усиление в цепи обратной связи как β = R5/(R5+R6). R2 определяет ток смещения во входном каскаде, обычно порядка 2 мА. Элементы R4 и C3 создают фильтр, который обеспечивает дополнительное подавление выбросов в цепи питания.

Источник постоянного напряжения, выполненный на R7, R8, R9 и Q3, обеспечивает напряжение смещения V_b между затворами транзисторов Q5 и Q6. Конденсатор C5 удерживает заданную величину напряжения. Если напряжение база-эмиттер V_be на транзисторе Q3 составляет порядка 0,6 В, R9 ≈ 10 KОм, R7 ≈ 100 KОм, напряжение смещения V_b будет V_b≈10 × V_be≈6 В. Назначение этого напряжения — сместить напряжение на затворах Q5 и Q6, чтобы слегка приоткрыть их и обеспечить протекание тока покоя в выходном каскаде. Ток покоя снижает задержку при переходе напряжения в выходном каскаде через 0. Конденсаторы небольшой емкости C2 и C4 обеспечивают стабильность всей схемы.

Выходной каскад объединяет n— и p-канальные силовые MOSFET (Q5 и Q6), соединенные последовательно между терминалами положительного (+V_dd) и отрицательного напряжения (–V_dd). Стоки Q5 и Q6 соединены с выходными клеммами, к которым подключается нагрузка (громкоговоритель). Выходной каскад является, по сути, стоковым повторителем с коэффициентом усиления, очень близким к 1 (но чуть меньше 1), и выполняет функцию идеального источника напряжения. Его выходное напряжение практически нечувствительно к выходному току [6].

Оба транзистора MOSFET в схеме класса AB требуют наличия области безопасной работы FBSOA, поскольку работают в линейном режиме. Рассеиваемая мощность будет высока по той же причине.

Линейные регуляторы напряжения широко используются для обеспечения питания электронных устройств. Они имеют множество модификаций для различных приложений. Один из примеров применения показан на рис. 12. Резистивный делитель на R3 и R4 отслеживает изменение выходного напряжения и создает обратную связь по напряжению на положительный вход операционного усилителя U1. Инверсный вход операционного усилителя получает величину опорного напряжения с диода Зенера ZD1. Операционный усилитель обеспечивает напряжение управления на затворе p-канального MOSFET-транзистора Q1. Поскольку падение напряжения на MOSFET близко к 0, эта схема имеет широкий диапазон выходных напряжений.

Рис. 12. Линейный регулятор напряжения

Рассеиваемая мощность на транзисторе Q1 высока, поскольку она является функцией от разницы между входным и выходным напряжением и выходного тока. p-канальный MOS-FET-транзистор работает в линейном режиме и требует расширенной области безопасной работы FBSOA, которая присутствует в обоих семействах p-канальных MOSFET компании IXYS.

На рис. 13 показана схема зарядки и разрядки ячейки на литий-ионных (Li+) аккумуляторах. Один MOSFET используется для зарядки аккумуляторной батареи, а другой — для ее разрядки. Когда оба транзистора выключены, ячейка изолирована от окружающей среды и батарея защищена. В начале цикла зарядки может протекать постоянный ток, и MOS-FET будет работать в линейном режиме. Когда батарея достигнет определенного уровня напряжения, ток заряда должен быть снижен для достижения заданного уровня напряжения, и схема заряда должна начать работать при постоянном напряжении [7].

Рис. 13. Схема зарядки и защиты аккумуляторной батареи на p-канальном MOSFET [7]

На рис. 14 представлена типовая мостовая схема преобразователя с применением p-канальных MOSFET в верхнем ключе. Каждая фаза содержит один p-канальный и один n-канальный MOSFET. В режиме верхнего ключа p-канальный MOSFET может быть включен напряжением меньшего уровня, чем напряжение питающей шины верхнего ключа, поскольку он требует отрицательного напряжения затвор/исток V_gs. Важно, чтобы амплитуда этого напряжения была больше напряжения открытия транзистора V_{gs (th)}. Это исключает необходимость внешних цепей bootstrap или накачки емкости, что упрощает требования к DC/DC-конвертору [5].

Рис. 14. Мостовой преобразователь с P-канальными MOSFET в верхнем ключе [3]

Обе схемы зарядки аккумуляторной батареи и мостового преобразователя на рис. 13 и 14 являются примерами приложений, требующих низкого R_{ds (on)} и хороших переключательных характеристик, таких как низкий заряд затвора и низкая входная и выходная емкости.

1. Erickson R. W., Maksimovic D. Fundamental of Power Electronics. University of Colorado, Boulder, Colorado, Second Edition, 2001.
2. Dodge J. Reduced Circuit Zapping from Cosmic Radiation. Applications Engineering Manager, Power Products Group, Microsemi, September, 2007.
3. How p-Channel MOSFETs Can Simplify Your Circuit. AN-940, International Rectifier.
4. Mohan N., Undeland T. M., Robbins W. P. Power Electronics Converters, John Wiley & Sons, Second Edition.
5. p-Channel MOSFETs, the Best Choice for High-Side Switching. AN804, Vishay Siliconix, March 10, 1997. Linear Power Amplifier using Complementary HEXFETs. AN-948, International Rectifier.
6. A Discrete Approach to Battery Charging for Cellular Phones. AN817, Vishay, January, 2001.
7. Sattar A., Tsukanov V. Linear Power MOSFETs Basics and Applications. IXAN0068. IXYS Corporation.

Как работают схемы нестабильного (астабильного) мультивибратора | ASUTPP

Схема нестабильного мультивибратора представляет собой классическую схему для мигания двух светодиодов. Не обязательно мигать двумя светодиодами. Может мигать только один светодиод.

Во-первых, позвольте мне сразу показать вам пример одной из схем в действии:

Хотите знать теорию о том, как работает схема?

Итак, вот моя скромная попытка.

Это классическая схема нестабильного мультивибратора.

LED L1 горит, когда транзистор Q1 включен. Светодиод L2 горит, когда транзистор с правой стороны Q2 включен.

Резисторы R1 и R4 предназначены только для установки тока через светодиоды.

Это означает, что остальные шесть компонентов составляют осциллятор: Q1, Q2, C1, C2, R2 и R3.

Понимание работы нестабильного мультивибратора

Напряжение на левой пластине C2 управляет транзистором Q1.

Напряжение на правой пластине С1 управляет транзистором Q2.

Когда транзистор Q1 включается, он изменяет напряжение C1, так что Q2 выключается.

Через некоторое время напряжение С1 снова повышается и включает транзистор Q2.

Когда транзистор Q2 включается, он изменяет напряжение C2 так, что Q1 выключается.

Это повторяется.

Но это очень поверхностное объяснение.

Что, если вы хотите понять, почему это происходит?

Если вы хотите по-настоящему понять, как работает схема нестабильного мультивибратора, вам нужно более подробно посмотреть, как ведут себя напряжения на двух конденсаторах.

Что вы еще должны знать?

Вы должны знать, как работают транзисторы.

И важно, чтобы вы хорошо понимали, как ведут себя напряжения в цепи и как течет ток.

Подробное объяснение

Несколько вещей, которые помогут вам, прежде чем погрузиться в объяснение …

1. Напряжение всегда измеряется между двумя точками

Когда мы говорим о напряжении в одной конкретной точке, это означает напряжение, измеренное от этой точки до минуса батареи. (Вот почему мы называем минус батареи 0V)

2. Думайте о транзисторе как о переключателе

Для включения необходимо 0,7 В на среднем выводе (базе). Когда он включен, его верхний вывод (коллектор) соединяется с нижним выводом (эмиттером), так что через него может протекать ток.

Это также означает, что верхний вывод имеет то же напряжение, что и нижний вывод, когда транзистор включен. Когда транзистор выключен, между верхним контактом и нижним контактом нет соединений, поэтому ток не может течь.

3. Используйте этот симулятор, чтобы убедиться в этом

Я рекомендую проверить вещи, которые я пишу здесь, используя симулятор. Вот отличный пример, который вы можете использовать сразу (без входа в систему или чего-либо еще):

http://www.falstad.com/circuit/e-multivib-a.html

Давайте начнем с рассмотрения схемы, когда светодиод L1 горит, а другой светодиод выключен.

L1 горит только когда транзистор Q1 включен.

Из того, как работают транзисторы, мы знаем, что Q1 включается только в том случае, если на его базе находится 0,7 В. Так как левая пластина C2 соединяется с базой Q1, это означает, что он находится на 0,7 В.

Правая пластина конденсатора C2 подключается к 9В через R4 и L2, поэтому он заряжается и напряжение растет.

Конденсатор заряжается экспоненциально, что означает, что напряжение вначале быстро возрастает, а затем замедляется все больше и больше. Напряжение быстро достигает 7-8В, но оттуда напряжение медленно растет.

Поскольку транзистор Q2 выключен, его база должна быть ниже 0,7 В.

Правая пластина С1 соединяется с базой Q2, что означает, что это также ниже 0,7 В.

Но правая пластина С1 также подключена к 9 В через резистор R2, что означает, что он заряжается.

Это означает, что напряжение ниже 0,7 В, но растет.

Итак, напряжение на правой пластине С1 растет.

И когда оно достигает 0,7 В, начинаются реальные действия!

Когда правая пластина С1 достигает 0,7 В, это означает, что база транзистора Q2 получает 0,7 В на своей базе и включается.

… Что означает, что светодиод справа также включается.

Но когда включается Q2, происходит нечто интересное с напряжениями, которые у нас были над конденсатором C2 …

У нас было то, что у C2 было 0,7 В на левой пластине и 8 В на правой.

Или, говоря иначе, левая пластина имела потенциал на 7,3 В ниже, чем правая.

Но теперь, когда Q2 включается, напряжение на правой пластине C2 внезапно снижается до 0 В через транзистор.

Внутренний заряд конденсатора не меняется, поэтому потенциал на левой пластине остается на 7,3 В ниже, чем на правой.

Но теперь, когда потенциал на правой пластине равно 0 В, это означает, что потенциал на левой пластине становится на 7,3 В ниже 0!

Да, это -7,3 В.

При -7,3 В на левой пластине C2 — база транзистора Q1 также получает -7,3 В на своей базе, что в итоге отключает его.

Итак, теперь левый светодиод и транзистор выключены. И правый светодиод и транзистор включились.

Левая пластина C2 начинается с -7,3 В и заряжается через резистор R3 и, следовательно, напряжение поднимается. Поскольку он подключается к базе транзистора Q1, когда он достигает 0,7 В, Q1 снова включается.

И так продолжается.

Два транзистора постоянно переключаются между включением и выключением, что позволяет двум светодиодам попеременно включаться и выключаться.

У меня было так много проблем с пониманием схемы нестабильного мультивибратора при его запуске. И это расстроило меня, потому что я думал, что это простая и понятная схема.

Но правда в том, что вам нужно хорошо понять основы электроники прежде чем вы сможете понять эту схему.

Датчик света

Датчик света.

Датчик света – устройство, включающее или выключающее различные исполнительные механизмы в зависимости от наличия или отсутствия освещенности окружающей среды.
Работа датчика основана на свойстве фоторезистора изменять величину своего сопротивления в зависимости от степени освещенности.
В отсутствии освещения величина сопротивления фоторезистора составляет 10 Ком.
А при освещении ярким солнечным светом или обычной лампочкой сопротивление фоторезистора уменьшиться в 10-20 раз.
Схему условно можно разделить на две части. Непосредственно датчик света – фоторезистор R1. Резистор R2 служит для установки режима работы транзистора. И исполнительная часть на транзисторе Q1.
Работа схемы. При наличии дневного или комнатного освещения сопротивление фоторезистора составляет примерно 1 кОм. Напряжение, которое создается на средней точке между фоторезистором R1 и резистором R2 способно открыть («включить») транзистор Q1. Через транзистор начинает протекать электрический ток и светодиод начинает светиться.
При отсутствии освещения сопротивление фоторезистора увеличивается до 10кОм. При этом напряжение на средней точке между фоторезистором и резистором не способно открыть («включить») транзистор. Электрический ток не протекает. Светодиод не светится.

Компоненты схемы:

                                                          Транзистор
Обозначение на схеме                                                                                 Внешний вид

                                               Фоторезистор
             обозначение на схеме                                                                               внешний вид

                                 
                                             Схема датчика

Резисторы R2 и R3 — 1 кОм

Сборку датчика мы рекомендуем начать с установки транзистора в макетную плату. Ножки транзистора устанавливаем в макетку так, что бы они находились в разных линиях.

Затем начинаем устанавливать другие компоненты и соединять проволочными перемычками так, как указано в схеме.
Соединяем перемычкой эмиттер транзистора (правая ножка) с минусом батареи.

К коллектору транзистора (левая ножка) подключаем светодиод и резистор R3. При этом не надо забывать о соблюдении полярности светодиода. Т.е. катод светодиода (короткая ножка) к коллектору транзистора, а анод — к резистору R3.

Теперь устанавливаем фоторезистор и резистор R2. И проволочной перемычкой соединяем резистор R2 с минусом батареи.

Заканчиваем сборку схемы соединением средней точки между фоторезистором и резистором и базы транзистора.

Схема ДАТЧИКА СВЕТА собрана.
Для проверки работоспособности датчика надо подать напряжение питания нажатием кнопки на батарейном адаптере.
При наличии освещения светодиод на макетке должен сразу начать светиться. Если закрыть фоторезистор рукой или другим предметом так, что бы исключить попадание света, то светодиод погаснет.

После того, как мы проверили работоспособность собранного устройства, нам необходимо установить необходимый порог срабатывания датчика. Т.е. настроить выключение света при определенной освещенности.
Выше уже было написано, что резистор R2 определяет режим работы транзистора Q1. Соответственно от величины сопротивления R2 зависит открывание транзистора.
Для настройки порога срабатывания заменим резистор R2 резистором с сопротивлением 360 Ом. И мы увидим, что светодиод гаснет уже при даже слабой освещённости.
Таким образом, подобрав величину сопротивления R1, мы можем настроить наш датчик на требуемый нам порог выключения светодиода.

транзисторов — learn.sparkfun.com

Приложения I: Коммутаторы

Одно из самых фундаментальных применений транзистора — использовать его для управления потоком энергии к другой части схемы — используя его в качестве электрического переключателя. Управляя им либо в режиме отсечки, либо в режиме насыщения, транзистор может создавать двоичный эффект включения / выключения переключателя.

Транзисторные переключатели являются важными блоками для построения схем; они используются для создания логических вентилей, которые используются для создания микроконтроллеров, микропроцессоров и других интегральных схем.Ниже приведены несколько примеров схем.

Транзисторный переключатель

Давайте посмотрим на самую фундаментальную схему транзисторного переключателя: переключатель NPN. Здесь мы используем NPN для управления мощным светодиодом:

Наш управляющий вход проходит в базу, выход привязан к коллектору, а на эмиттере поддерживается фиксированное напряжение.

В то время как для обычного переключателя требуется физическое переключение исполнительного механизма, этот переключатель управляется напряжением на базовом выводе. Вывод микроконтроллера ввода / вывода, как и на Arduino, может быть запрограммирован на высокий или низкий уровень для включения или выключения светодиода.

Когда напряжение на базе превышает 0,6 В (или какое бы там значение у вашего транзистора V _th ), транзистор начинает насыщаться и выглядит как короткое замыкание между коллектором и эмиттером. Когда напряжение на базе меньше 0,6 В, транзистор находится в режиме отсечки — ток не течет, потому что это выглядит как разрыв цепи между C и E.

Схема, приведенная выше, называется переключателем нижнего уровня , потому что переключатель — наш транзистор — находится на стороне низкого (заземления) цепи.В качестве альтернативы мы можем использовать транзистор PNP для создания переключателя верхнего плеча:

Как и в схеме NPN, база — это наш вход, а эмиттер подключен к постоянному напряжению. Однако на этот раз эмиттер имеет высокий уровень, а нагрузка подключена к транзистору со стороны земли.

Эта схема работает так же хорошо, как и переключатель на основе NPN, но есть одно огромное различие: чтобы включить нагрузку, база должна быть низкой. Это может вызвать проблемы, особенно если высокое напряжение нагрузки (V _CC — 12 В, подключенное к эмиттеру V _E на этом рисунке) выше, чем высокое напряжение нашего управляющего входа.Например, эта схема не будет работать, если вы попытаетесь использовать Arduino с напряжением 5 В для выключения двигателя 12 В. В этом случае было бы невозможно выключить переключатель , потому что V _B (соединение с управляющим контактом) всегда будет меньше, чем V _E .

Базовые резисторы!

Вы заметите, что каждая из этих схем использует последовательный резистор между управляющим входом и базой транзистора. Не забудьте добавить этот резистор! Транзистор без резистора на базе похож на светодиод без токоограничивающего резистора.

Напомним, что в некотором смысле транзистор — это просто пара соединенных между собой диодов. Мы смещаем в прямом направлении диод база-эмиттер, чтобы включить нагрузку. Для включения диоду требуется всего 0,6 В, большее напряжение означает больший ток. Некоторые транзисторы могут быть рассчитаны только на ток, протекающий через них не более 10–100 мА. Если вы подаете ток выше максимального номинала, транзистор может взорваться.

Последовательный резистор между нашим источником управления и базой ограничивает ток в базе .Узел база-эмиттер может получить свое счастливое падение напряжения 0,6 В, а резистор может снизить оставшееся напряжение. Значение резистора и напряжение на нем определяют ток.

Резистор должен быть достаточно большим, чтобы эффективно ограничить ток, но достаточно маленьким, чтобы питать базу достаточным током . Обычно достаточно от 1 мА до 10 мА, но чтобы убедиться в этом, проверьте техническое описание транзистора.

Цифровая логика

можно комбинировать для создания всех наших основных логических вентилей: И, ИЛИ, и НЕ.

(Примечание: в наши дни полевые МОП-транзисторы с большей вероятностью будут использоваться для создания логических вентилей, чем биполярные транзисторы. Полевые МОП-транзисторы более энергоэффективны, что делает их лучшим выбором.)

Инвертор

Вот схема транзистора, которая реализует инвертор , или НЕ вентиль:

Инвертор на транзисторах.

Здесь высокое напряжение на базе включает транзистор, который эффективно соединяет коллектор с эмиттером.Поскольку эмиттер напрямую подключен к земле, коллектор тоже будет (хотя он будет немного выше, где-то около V _{CE (sat)} ~ 0,05-0,2 В). С другой стороны, если на входе низкий уровень, транзистор выглядит как разомкнутая цепь, а выход подтянут до VCC

(На самом деле это фундаментальная конфигурация транзистора, называемая общим эмиттером . Подробнее об этом позже.)

И Ворота

Вот пара транзисторов, используемых для создания логического элемента И с двумя входами :

2-входной логический элемент И на транзисторах.

Если какой-либо из транзисторов выключен, то на выходе коллектора второго транзистора будет установлен низкий уровень. Если оба транзистора включены (на обоих базах высокий уровень), то на выходе схемы также высокий уровень.

OR Выход

И, наконец, логический элемент ИЛИ с двумя входами :

Затвор ИЛИ с 2 входами, построенный на транзисторах.

В этой схеме, если один (или оба) A или B имеют высокий уровень, соответствующий транзистор включается и подтягивает выходной сигнал к высокому уровню.Если оба транзистора выключены, то через резистор выводится низкий уровень.

Н-образный мост

H-мост — это транзисторная схема, способная приводить двигатели как по часовой, так и против часовой стрелки . Это невероятно популярная трасса — движущая сила бесчисленных роботов, которые должны уметь двигаться как вперед на , так и на назад.

По сути, H-мост представляет собой комбинацию четырех транзисторов с двумя входными линиями и двумя выходами:

Вы можете догадаться, почему это называется H-мостом?

(Примечание: обычно в хорошо спроектированном H-мосте есть нечто большее, включая обратные диоды, базовые резисторы и триггеры Шмидта. )

Если оба входа имеют одинаковое напряжение, выходы двигателя будут иметь одинаковое напряжение, и двигатель не сможет вращаться. Но если два входа противоположны, двигатель будет вращаться в одном или другом направлении.

H-мост имеет таблицу истинности, которая выглядит примерно так:

Вход A	Вход B	Выход A	Выход B	Направление двигателя
0	0	1	1	Остановлено (торможение)				1	0	По часовой стрелке
1	0	0	1	Против часовой стрелки
1	1	0		торможение (торможение) Осцилляторы Генератор — это схема, которая генерирует периодический сигнал, который колеблется между высоким и низким напряжением. Генераторы используются во всевозможных схемах: от простого мигания светодиода до генерации тактового сигнала для управления микроконтроллером. Есть много способов создать схему генератора, включая кварцевые кристаллы, операционные усилители и, конечно же, транзисторы. Вот пример колебательного контура, который мы называем нестабильным мультивибратором . Используя обратную связь , мы можем использовать пару транзисторов для создания двух дополняющих осциллирующих сигналов. Помимо двух транзисторов, конденсаторы являются настоящим ключом к этой схеме.Колпачки поочередно заряжаются и разряжаются, в результате чего два транзистора попеременно включаются и выключаются. Анализ работы этой схемы — отличное исследование работы конденсаторов и транзисторов. Для начала предположим, что C1 полностью заряжен (хранится напряжение около V CC ), C2 разряжен, Q1 включен, а Q2 выключен. Вот что происходит после этого: Если Q1 включен, то левая пластина C1 (на схеме) подключена примерно к 0 В. Это позволит C1 разряжаться через коллектор Q1. Пока C1 разряжается, C2 быстро заряжается через резистор меньшего номинала — R4. Как только C1 полностью разрядится, его правая пластина будет подтянута примерно до 0,6 В, что включит Q2. На этом этапе мы поменяли местами состояния: C1 разряжен, C2 заряжен, Q1 выключен, а Q2 включен. Теперь танцуем в другую сторону. Q2 включен, позволяет C2 разряжаться через коллектор Q2. Когда Q1 выключен, C1 может относительно быстро заряжаться через R1. Как только C2 полностью разрядится, Q1 снова включится, и мы вернемся в состояние, с которого начали. Иногда бывает трудно осознать. Вы можете найти еще одну отличную демонстрацию этой схемы здесь. Выбирая определенные значения для C1, C2, R2 и R3 (и сохраняя R1 и R4 относительно низкими), мы можем установить скорость нашей схемы мультивибратора: Итак, при значениях для конденсаторов и резисторов, установленных на 10 мкФ и 47 кОм соответственно, частота нашего генератора будет около 1. 5 Гц. Это означает, что каждый светодиод будет мигать примерно 1,5 раза в секунду. Как вы, наверное, уже заметили, существует тонн схем, в которых используются транзисторы. Но мы почти не коснулись поверхности. Эти примеры в основном показывают, как транзистор можно использовать в режимах насыщения и отсечки в качестве переключателя, но как насчет усиления? Пришло время увидеть больше примеров! ← Предыдущая страница Режимы работы Решено: в цепи слева есть транзистор Q1… инженерия электротехника вопросы и ответы по электротехнике В левой цепи транзистор Q1 имеет β-100 и Vee на 0,7 В 5 В Lov 36. Этикетка … Показать расшифрованный текст изображения Ответ эксперта Предыдущий вопрос Следующий вопрос В схеме слева транзистор Q1 имеет β-100, а Vee — 0,7 В 5 В lov 36. Обозначьте выводы транзистора Qt. Это транзистор PNP или NPN? Зачем? 8.2k2 10062 01 2.7k2 37. Предположим, что транзистор находится в состоянии отсечки. Перерисуйте схему с транзистором, замененным на модель отсечки. Промаркируйте клеммы. Условия состояния NPN Насыщение среза в прямом направлении Активно> 0, VCE> 0,2 В Состояние PNP Условия отключения Насыщение в прямом направлении Активно> 0, VCE <-0,2 В 38. Рассчитайте напряжение между базой и эмиттером, VE V-Ve (совет: используйте делитель напряжения) , и напряжение база-коллектор, Vsc-Vs-Vc. Соответствуют ли эти напряжения тому, что транзистор находится в состоянии отсечки? Обосновать ответ 40. По диаграмме рассчитайте базовый ток iB (подсказка: используйте KCL), 39.Предположим, что транзистор сейчас находится в прямом активном состоянии. Перерисуйте коллектор и на напряжение эмиттера VcE -Vc-VE. Соответствуют ли эти значения транзистору, находящемуся в прямом активном состоянии? Обоснуйте схему ниже, заменив транзистор на активную модель вперед. ваш ответ. Промаркируйте клеммы. 41. Предположим, что транзистор теперь находится в состоянии 42. Из вашей схемы вычислите базовый ток iB (подсказка: используйте KCL) и ток коллектора ic. Соответствуют ли эти значения состоянию насыщения. Перерисовать схему ниже, заменив транзистор транзистором, находящимся в состоянии насыщения? Обосновать ответ.модель насыщения. Обозначьте клеммы 10V В схеме слева транзистор Q2 имеет B 100, а VBEon 0,7 В. 43. Обозначьте выводы транзистора Q2. Это транзистор PNP или NPN? Зачем? 8.2k2 Q2 44. Используя простой анализ модели транзистора, определите состояние транзистора 2.7kΩ и значение ic. Обоснуйте свой ответ расчетами 100 Ом Транзистор Дарлингтона: Что это? (Пара Дарлингтона) Что такое транзистор Дарлингтона? Транзистор Дарлингтона (также известный как пара Дарлингтона ) представляет собой электронный компонент, созданный с помощью комбинации двух BJT (биполярный переходный транзистор), соединенных таким образом, что обеспечивает очень высокий коэффициент усиления по току. Это достигается за счет сложного усиления, при котором ток усиливается первым транзистором, а затем еще больше усиливается вторым транзистором. Поскольку эта составная структура сконструирована из двух BJT, этот транзистор также известен как «пара Дарлингтона ». Этот транзистор ведет себя как единый транзистор, поскольку у него только один эмиттер, коллектор и база. Транзистор Дарлингтона был изобретен Сидни Дарлингтоном в 1953 году. Если коэффициент усиления по току транзистора равен β1 и β2, общий коэффициент усиления по току пары Дарлингтона равен β1β2.Коэффициент усиления этого транзистора по току очень высок по сравнению с обычным транзистором. Поэтому этот транзистор также известен как «супербета-транзистор ». Схема транзистора Дарлингтона Транзистор Дарлингтона состоит из двух транзисторов PNP или транзисторов NPN, соединенных друг с другом. Это единый корпус с общим выводом коллектора для обоих транзисторов. Вывод эмиттера первого транзистора соединен с выводом базы второго транзистора.Следовательно, питание базы подается только на первый транзистор, а выходной ток снимается только со второго транзистора. Следовательно, он состоит только из одной базы, эмиттера и коллектора, как показано на рисунке ниже. Схема транзистора Дарлингтона Имеется два транзистора Q1 и Q2. I b1 = Базовый ток транзистора Q1 I e1 = Эмиттерный ток транзистора Q1 I b2 = Базовый ток транзистора Q2 I e2 = Эмиттерный ток транзистора Q2 В приведенном выше На рисунке показаны два транзистора в одном корпусе.Из этих двух цифр общий ток базы (общий входной ток) корпуса транзистора равен току базы транзистора Q1. Точно так же полный ток эмиттера (общий выходной ток) корпуса равен току эмиттера транзистора Q2. В be1 = напряжение база-эмиттер транзистора Q1 В be2 = напряжение база-эмиттер транзистора Q2 Полное напряжение база-эмиттер представляет собой сумму напряжений база-эмиттер обоих транзисторов. β 1 = Коэффициент усиления по току транзистора Q1 β 2 = Коэффициент усиления по току транзистора Q2 Общий коэффициент усиления по току транзистора Дарлингтона составляет β D . Общий коэффициент усиления по току транзистора — это отношение выходного тока к входному. (1) В транзисторе ток эмиттера складывается из тока базы и тока коллектора. И ток коллектора в β раз больше тока базы.Следовательно, в общем виде транзистор, (2) Для транзистора Q2, Из уравнения (1), Из принципиальной схемы эмиттерный ток транзистора Q1 равен равен току базы транзистора Q2. Для транзистора Q1, В приведенном выше уравнении значение β 1 β 2 очень велико по сравнению со значением β 1 + β 2 .Рассмотрим пример, в котором β 1 = 100 и β 2 = 100. В этом условии β 1 β 2 = 10000 и β 1 + β 2 = 200. Следовательно, величиной β 1 + β 2 можно пренебречь. А усиление транзистора Дарлингтона составляет PNP и NPN транзистор Дарлингтона Если пара Дарлингтона состоит из обоих транзисторов PNP, получается транзистор Дарлингтона PNP. И если пара Дарлингтона состоит из обоих NPN-транзисторов, получается NPN-транзистор Дарлингтона.Схема подключения транзисторов Дарлингтона NPN и PNP показана на рисунке ниже. PNP и NPN Транзистор Дарлингтона Для обоих типов транзисторов клемма коллектора является общей. В транзисторе PNP базовый ток подается на вывод эмиттера второго транзистора. А в транзисторе NPN ток эмиттера подается на вывод базы второго транзистора. Место, необходимое для транзистора Дарлингтона, меньше места, необходимого для двух транзисторов.Потому что здесь вывод коллектора общий для обоих транзисторов. Транзисторный переключатель Дарлингтона Допустим, мы хотим включать и выключать нагрузку с помощью микроконтроллера. Для выполнения этой задачи, во-первых, мы используем обычный транзистор в качестве переключателя, а во-вторых, мы используем транзистор Дарлингтона. Принципиальная схема этой конфигурации показана на рисунке ниже. Транзистор Дарлингтона в качестве переключателя В этом состоянии ток, необходимый для нагрузки, составляет 5 А. А микроконтроллер может потреблять ток только 20 мА на базу транзистора. Теперь, если мы хотим подать на нагрузку ток 5А, тогда Значение коэффициента усиления по току β нормального транзистора составляет около 100. И для управления этим транзистором в режиме насыщения, значение базового тока равно как минимум, Для обеспечения условий насыщения и для глубокого насыщения ток базы в 5 раз больше этого значения. Следовательно, необходимое значение базового тока составляет 250 мА. Но микроконтроллер может потреблять ток только 20 мА на базу. Следовательно, этот микроконтроллер не может включить нагрузку. Если мы используем транзистор Дарлингтона в качестве переключателя, в этом состоянии ток нагрузки останется прежним. Но коэффициент усиления по току транзистора Дарлингтона β d = 10000. Теперь мы вычисляем необходимый базовый ток, А для глубокого насыщения мы берем базовый ток в 5 раз больше этого значения.Следовательно, значение базового тока в случае пары Дарлингтона составляет 2,5 мА. И этого тока достаточно, чтобы потреблять микроконтроллер. Таким образом, мы можем запустить одну и ту же нагрузку с тем же микроконтроллером, если мы будем использовать транзистор Дарлингтона в качестве переключателя. TIP120 Транзистор Дарлингтона TIP120 представляет собой пару Дарлингтона NPN с коэффициентом усиления по току 1000. Это хороший выбор для сопряжения сильноточной нагрузки с Arduino и микроконтроллером. Имеет три терминала; Контакт 1 — это вывод базы, вывод 2 — вывод коллектора, а вывод 3 — вывод эмиттера. Контакт-1 (база) используется для включения и выключения транзистора. Ток протекает через контакт-2 (коллектор), обычно связанный с нагрузкой. И ток протекает через контакт 3 (эмиттер), обычно подключенный к земле. Коллекторный ток TIP120 составляет 5А. Следовательно, он может потреблять нагрузку до 5А. Пиковое значение тока коллектора составляет 8А. Он не предназначен для непрерывной работы от 8А. Это просто пиковый ток, который TIP120 может выдержать в течение короткого периода времени. Напряжение коллектор-эмиттер (VCE) составляет 60 В.Если вам нужно больше напряжения, вы можете использовать другой транзистор семейства TIP, например TIP121 и TIP122, который может работать от 80 В и 100 В соответственно. Эквивалентная схема TIP120 показана на рисунке ниже. Схема, эквивалентная TIP120 Как проверить транзистор Дарлингтона? Чтобы проверить, включен ли транзистор Дарлингтона (работает) или выключен (поврежден), выполните следующие действия. Step-1: Вам необходимо идентифицировать клеммы базы, коллектора и эмиттера.И вы должны знать, что это транзистор PNP или NPN. Эти шаги относятся к паре Дарлингтона NPN. Измерительные провода для транзистора PNP переставлены. Step-2: Установите шкалу цифрового мультиметра (DMM) на символ диода. Если его нет в мультиметре, установите мультиметр в режим низкого сопротивления. Шаг-3: Соедините положительный вывод мультиметра с выводом базы транзистора и соедините отрицательный вывод мультиметра с коллектором, а затем с эмиттером. Если транзистор работает нормально, мультиметр показывает низкое значение hFE (коэффициент усиления транзистора по току). Step-4: Теперь поменяйте местами провода и подключите положительный провод к клеммам коллектора и эмиттера. Подсоедините отрицательный провод к клемме базы. Из-за теста обратного смещения он показывает обрыв цепи или бесконечное сопротивление. Преимущества транзистора Дарлингтона Транзистор Дарлингтона (т.е. пара Дарлингтона) имеет несколько преимуществ по сравнению с обычным транзистором.Они сведены в список ниже: Основное преимущество транзистора Дарлингтона — высокий коэффициент усиления по току. Таким образом, небольшой ток базы может вызвать срабатывание транзистора. Он предлагает высокий входной импеданс, что приводит к равному уменьшению выходного импеданса. Это единая упаковка. Таким образом, настроить на печатной плате или печатной плате проще, чем подключать два разных транзистора. Недостатки транзистора Дарлингтона Недостатки транзистора Дарлингтона (т.е.е. пара Дарлингтона) приведены в списке ниже: У него низкая скорость переключения. Напряжение база-эмиттер почти в два раза больше по сравнению с нормальным транзистором. Из-за высокого напряжения насыщения в таком применении он рассеивает большую мощность. Пропускная способность ограничена. Транзистор Дарлингтона вносит фазовый сдвиг на определенной частоте в цепь отрицательной обратной связи. Калькулятор нестабильности транзистора Отрицательное напряжение, проходящее через конденсатор C2, выключает транзистор Q1, что заставляет конденсатор C1 инициировать зарядку через резисторы R и Vcc, а также через эмиттер базы транзистора Q2.Это заставляет транзистор Q2 мгновенно переходить в состояние ВКЛ. Во время этого процесса конденсатор C2 постепенно разряжается, пока он полностью не опустеет, а затем он начинает заряжаться с противоположного направления через R2. Как только напряжение на конденсаторе C2 становится достаточным для включения транзистора Q1, Q1 включается и вынуждает конденсатор C1 инициировать разряд. Вышеупомянутый процесс продолжает повторное использование, вызывая постоянное и попеременное переключение транзисторов, пока схема находится в состоянии питания. R — Коллекторный резистор Сопротивление R должно быть выбрано таким образом, чтобы оно могло ограничивать ток коллектора Ic ниже указанного порога. Его представляет следующая формула: R = V / Ic , , где V — напряжение на резисторе R. Обычно это можно выразить как, V = (Vcc — Vce) = (Vce — 0,3) , однако в случаях, когда используется эмиттерная нагрузка, такая как светодиод, выражение может быть изменено как: V = (Vcc — Vce — Vled), , где Vled — падение напряжения на светодиодах. В большинстве случаев максимальный ток коллектора Ic может быть намного выше, чем требуется для тока нагрузки эмиттера. В таких случаях Ic может быть настроен таким образом, чтобы он оставался ниже максимального значения тока нагрузки эмиттера. Следовательно, R = (Vcc — Vce — Vload) / Ic R1 и R2 — Базовые резисторы R1 и R2 должны быть выбраны для получения желаемого тока коллектора в состоянии насыщения. Мин.Базовый ток, Ib мин = Ic / β, где β — hFE транзистора Безопасный базовый ток, Ib = 10x Ib мин = 3 x Ic / β R1, R2 = (Vcc — Vbe ) / Ib T1 & T2 — Период времени T2 = Период выключения транзистора Q1 = Период включения транзистора Q2 = 0,693R2C2 T1 = Период выключения транзистора Q2 = Период включения транзистора Q1 = 0,693R1C1 Из этих выражений мы можем оценить значение C1 и C2. Рабочий цикл Он может быть определен как отношение времени Tc, когда выходной сигнал высокий, к общему периоду времени T цикла. Таким образом, здесь Рабочий цикл = Toff / (Toff + Ton) , когда выходной сигнал поступает с коллектора транзистора T. Страница не найдена | MIT Перейти к содержанию ↓ Образование Исследование Инновации Прием + помощь Студенческая жизнь Новости Выпускников О MIT Подробнее ↓ Прием + помощь Студенческая жизнь Новости Выпускников О MIT Меню ↓ Поиск Меню Ой, похоже, мы не смогли найти то, что вы искали! Попробуйте поискать что-нибудь еще! Что Вы ищете? Увидеть больше результатов Предложения или отзывы? Дифференциальные транзисторные усилители. Рабочий лист — Дискретные полупроводниковые приборы и схемы Позвольте электронам сами дать вам ответы на ваши собственные «практические проблемы»! Примечания: По моему опыту, студентам требуется много практики с анализом цепей, чтобы стать профессиональными.С этой целью инструкторы обычно предоставляют своим ученикам множество практических задач, над которыми нужно работать, и дают ученикам ответы, с которыми они могут проверить свою работу. Хотя этот подход позволяет студентам овладеть теорией схем, он не дает им полноценного образования. Студентам нужна не только математическая практика. Им также нужны настоящие практические схемы построения схем и использование испытательного оборудования. Итак, я предлагаю следующий альтернативный подход: ученики должны построить своих собственных «практических задач» из реальных компонентов и попытаться математически предсказать различные значения напряжения и тока.Таким образом, математическая теория «оживает», и учащиеся получают практические навыки, которых они не приобрели бы, просто решая уравнения. Еще одна причина для следования этому методу практики — научить студентов научному методу : процессу проверки гипотезы (в данном случае математических предсказаний) путем проведения реального эксперимента. Студенты также разовьют реальные навыки поиска и устранения неисправностей, поскольку они время от времени допускают ошибки при построении схем. Выделите несколько минут времени со своим классом, чтобы ознакомиться с некоторыми «правилами» построения схем, прежде чем они начнутся.Обсудите эти проблемы со своими учениками в той же сократической манере, в которой вы обычно обсуждаете вопросы рабочего листа, а не просто говорите им, что они должны и не должны делать. Я не перестаю удивляться тому, насколько плохо студенты понимают инструкции, представленные в типичном формате лекции (монолог инструктора)! Примечание для тех инструкторов, которые могут жаловаться на «потраченное впустую» время, необходимое студентам для построения реальных схем вместо простого математического анализа теоретических схем: Какова цель студентов, посещающих ваш курс? Если ваши ученики будут работать с реальными схемами, то они должны по возможности учиться на реальных схемах. Если ваша цель — обучить физиков-теоретиков, то во что бы то ни стало придерживайтесь абстрактного анализа! Но большинство из нас планирует, чтобы наши ученики что-то делали в реальном мире с образованием, которое мы им даем. «Потраченное впустую» время, потраченное на создание реальных схем, принесет огромные дивиденды, когда им придет время применить свои знания для решения практических задач. Кроме того, если студенты создают свои собственные практические задачи, они учатся выполнять первичных исследований , тем самым давая им возможность продолжить свое образование в области электрики / электроники в автономном режиме. В большинстве наук реалистичные эксперименты намного сложнее и дороже, чем электрические схемы. Профессора ядерной физики, биологии, геологии и химии хотели бы, чтобы их студенты применяли передовую математику в реальных экспериментах, не представляющих опасности для безопасности и стоящих меньше, чем учебник. Они не могут, но вы можете. Воспользуйтесь удобством, присущим вашей науке, и заставьте своих учеников практиковать математику на множестве реальных схем! PNP Коммутационный транзистор Интерфейс микроконтроллера — Часть 12 Использование транзисторов PNP для переключения высоковольтных нагрузок Голы Самый простой способ переключить нагрузку с более высокой мощностью, чем может выдержать микроконтроллер, — это использовать транзистор NPN, как описано в Части 7. В части 8 показано, как использовать транзистор PNP, позволяющий нагрузке находиться под потенциалом земли, что иногда бывает необходимо. Одним из ограничений схемы, описанной в части 8, является то, что нагрузка не может работать при напряжении выше, чем напряжение питания микроконтроллера. В этой главе показано, как управлять нагрузкой с более высоким напряжением, которая должна быть заземлена. Коммутация на стороне высокого давления Цепи, описанные в частях 7 и 8, довольно просты и, если позволяет приложение, являются хорошим вариантом.К сожалению, в вашем приложении могут быть требования, которым эти схемы не будут соответствовать. Например, автомобильные приложения обычно требуют подключения заземленной нагрузки напряжением 12 В. На рис. 12-1 показан один из способов добиться этого. В этой схеме вывод P0 порта микроконтроллера включает и выключает NPN-транзистор Q1. Q1, в свою очередь, обрабатывает более высокое напряжение и токи, с которыми микроконтроллер не может справиться, чтобы включать и выключать PNP-транзистор Q2. Q2 действует как переключатель, подающий питание на нагрузку. Предположим, что нагрузка — это лампа на 12 В, которая работает при напряжении.5 А. Первым делом нужно выбрать транзистор, переключающий нагрузку. Обыск в нашем бункере с запчастями дает транзистор TIP32C в корпусе TO-22. Это выглядит круто. Это будет работать? В таблице 1 показаны некоторые ключевые характеристики. Обратите внимание, что в спецификации TIP32 указаны отрицательные числа. Это наоборот, чем спецификации для транзисторов NPN. Это связано с тем, что направления тока в обоих типах транзисторов противоположны. Базовый ток течет в транзистор NPN, но вытекает из транзистора PNP. Мы можем игнорировать полярность при проведении расчетов. Vceo составляет -100 В. Это намного выше 12 В, управляющего нагрузкой. Он может выдерживать ток коллектора 3 А, что намного превышает ток нагрузки, поэтому он выглядит хорошим кандидатом. Следующий шаг — определить, что потребуется для управления TIP32. Минимальный HFE, или коэффициент усиления TIP32C равен 10 при токе коллектора (Ic) 3A, равном 10. Мы не будем переключать почти такой большой ток, и HFE будет выше в этих условиях, но мы хотим, чтобы наши конструкции быть надежным и воспроизводимым, поэтому мы используем консервативное значение 10.Коллекторный ток транзистора — это ток базы, умноженный на коэффициент усиления. Ic = Ib * HFE Перестановка уравнения дает нам Ib = Ic / HFE = .5A / 10 = .05A, или 50 мА Это означает, что транзистор Q1 должен потреблять не менее 50 мА. Еще один важный параметр для Q1 — способность выдерживать напряжение питания нагрузки, V +, как показано на рисунке 12-1. Еще один поиск в корзине деталей дает транзистор 2N2222A. Его характеристики приведены в таблице 1. Из наших расчетов выше, Ib2 составляет минимум 50 мА.Ib2 также является током коллектора Q1, если не учитывать ток, подаваемый R3, что мы сейчас и сделаем. Нам нужно выбрать значение для R2, ​​которое позволит току 50 мА от V + через переход эмиттер-база Q2 через R2 и в коллектор Q1. Таким образом, Ib2 совпадает с Ic1.Закон Ома говорит нам, что значение R2 равно . R2 = Vr2 / Ir2 Мы знаем, что ток через R2, Ir2, равен 50 мА. Какое напряжение на R2? Это будет V + (12 В) минус напряжение базового эмиттера Vbe (sat) Q2 и Vce (sat) Q1.Из таблицы 1 Vr2 = V — Vbe2 — Vce1 = 12 -1,8 — 0,3 = 9,9 В Зная напряжение на R2 и желаемый ток, закон Ома говорит: R2 = V / I = 9,9 / 0,05 = 198 Ом Основные характеристики TIP32C Vceo -100V Ic -3A Vce (сб) -1. 2В Vbe (сб.) -1,8 В HFE (I c = 3 А) 10 2N222A Основные характеристики Vceo 40 В Ic 600 мА Vce (сб.) .3 В Vbe (сб.) 1,2 В HFE (Ic = 150 мА) 50 Поскольку 198 Ом не является стандартным значением резистора, мы будем использовать резистор 220 Ом. Я мог бы рассмотреть возможность использования следующего резистора стандартного номинала менее 198 Ом, чтобы увеличить ток и улучшить запас. Проблема здесь в том, что 50 мА — это небольшой ток для резистора. Рассмотрим это P = I * I * R = 0,050 * 0,050 * 198 = 0,495 Вт Нам понадобится резистор не менее 1/2 Вт. Если мы используем резистор меньшего номинала, ток немного увеличится, но поскольку мощность связана с квадратом тока, рассеиваемая мощность будет быстро расти. Так что же нам делать? До сих пор мы были консервативны в наших оценках и использовали наихудшее значение для HFE, коэффициента усиления транзистора.Скорее всего, коэффициент усиления будет намного выше 50, поэтому мы могли бы обойтись меньшим базовым током, а может быть, и немного меньшим. Если бы я просто делал одну или две копии этой схемы, и это были бы единственные силовые транзисторы PNP, которые у меня были под рукой, я бы попробовал большее значение для R2, ​​возможно, приближающееся к 1К. Я мог настроить схему, пока она не заработала должным образом и не перегорела резисторы. Если бы я разрабатывал схему для массового производства, это было бы плохой идеей. Рано или поздно будет произведена партия плат, компоненты которой имеют набор параметров, которые не работают.Или, что еще хуже, они проверили бы на заводе нормально, но не смогли бы в полевых условиях. В производственном проекте лучшим вариантом было бы найти силовой транзистор PNP с более высоким коэффициентом усиления, чтобы потребовался меньший базовый ток. Одним из вариантов может быть транзистор Дарлингтона. Пары Дарлингтона — это два транзистора в массиве, поэтому коэффициенты усиления двух транзисторов умножаются, чтобы получить коэффициент усиления устройства. Одна из возможных частей — это TIP117 с минимальным усилением 500. TIP117 потребуется всего 1 мА, или 1/50 базового тока TIP32, с которого мы начали.Вместо того, чтобы начинать все сначала в расчетах, мы продолжим разработку с TIP32C. Следующий шаг — вычислить значение R1. R1 ограничивает базовый ток через Q1. Поскольку Q1 действует как переключатель для включения Q2, нам нужно перевести Q1 в насыщение. Мы знаем, что базовый ток, умноженный на коэффициент усиления, будет током коллектора. Переключив это уравнение и подставив параметры для Q1, 2N2222, который был у нас в коробке с запчастями, мы получаем Ib1 = Ic1 / HFE =.050/50 = 0,001A У нас есть ток через R1. Теперь нам нужно напряжение на нем. Как объяснялось в части 2, напряжение на контуре должно быть нулевым. Так как микроконтроллер работает от 5 В, напряжение на P0, когда оно установлено на высоком уровне, также будет около 5 В. Кроме резистора R1, единственным другим элементом схемы в контуре является переход база-эмиттер Q1. В технических данных указано это значение, Vbe (sat) = 1,2 В. Итак: Vr1 = Vp0 — Vbe = 5 — 1. 2 = 3,8 В. По закону Ома R = V / I = 3,8 / 0,001 = 3800 или 3,8 кОм. Эти значения дадут 1 мА базового тока через Q1. Этого, вероятно, достаточно, но мы можем немного увеличить его и дать больший запас для деталей, не соответствующих спецификациям, и других реальных проблем, используя резистор меньшего номинала. Давайте возьмем резистор 2,2 кОм. Подключив это, Ib1 = V / R = 3,8 / 2200 = 0,0017A Это даст нам ток коллектора фунтов * HFE =.0017 X 50 = 0,086A Это больше, чем 0,050 А, необходимое для перехода Q2 в насыщение. Чтобы убедиться, что это значение не вызовет проблем, мы видим, что максимальный базовый ток для TIP32C, Ibmax составляет 3A, а Ic для Q1 составляет 0,6A. Это даже близко не к пределам наших транзисторов. Теперь нам нужно только вычислить значения еще нескольких компонентов. Первый — это R3. Когда мы хотим, чтобы нагрузка была отключена, база Q2 должна иметь напряжение, близкое или превышающее его эмиттер. R3 будет подавать это напряжение. Единственное, о чем нам нужно беспокоиться, это то, что если значение слишком низкое, а Q1 включен, ток будет течь через R3, а также через R2 и Q1. Если значение R3 слишком низкое, через R2 будет больше тока, что повысит напряжение базы Q2. Это может помешать полному включению Q2. Хорошее практическое правило — сделать R3 как минимум в 10 раз больше, чем R2. Это не сильно увеличит ток через Q1 и R2. Мы уже проверили, что мы не приблизились к максимальному току коллектора для Q1, поэтому немного больше не повредит. Конечный резистор — R4. Когда система включена, через P0 могут возникать переходные токи, которые могут включить Q1 и, в конечном итоге, нагрузку. Если нагрузкой является двигатель или другое устройство, которое может вызвать повреждение, если нагрузка будет включена до тех пор, пока микроконтроллер не перейдет в полный контроль, R4 поможет предотвратить (но не гарантирует) включение Q1.Если в качестве нагрузки используется светодиод или другое устройство, короткое мигание которого не вызовет проблем, R4 можно отключить. Эмпирическое правило примерно в 10 раз больше R1 будет хорошей отправной точкой для этого резистора. Наконец, есть D1. Как объяснялось в предыдущих разделах, мы хотим включить диод в цепь, если нагрузка является индуктивной, чтобы защитить переключающие транзисторы. Двигатели, соленоиды и реле являются индуктивными нагрузками. Если нагрузка чисто резистивная, D1 можно пропустить. Сводка Иногда требования к конструкции требуют наличия более одного транзистора, когда нагрузка требует большего напряжения и / или тока, чем может выдержать микроконтроллер.Использование NPN-транзистора для управления PNP-транзистором позволит управлять заземленной нагрузкой с более высокими напряжениями и токами. Gotcha List 1. Убедитесь, что оба транзистора выдерживают напряжение, подаваемое на нагрузку. 2. Убедитесь, что транзистор PNP может выдерживать ток, необходимый для нагрузки. 3. Выберите транзистор PNP с хорошим коэффициентом усиления, чтобы минимизировать требования к базовому току и чрезмерное энергопотребление. 4. Защитите транзистор демпфирующим диодом, если нагрузка представляет собой реле, соленоид, двигатель или иную индуктивную нагрузку. . No related posts. Добавить комментарий Отменить ответ Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены * Комментарий * Имя * Email * Сайт