Ao trabalhar com circuitos complexos, é útil usar vários truques técnicos que permitem atingir seu objetivo com pouco esforço. Um deles é a criação de interruptores de transistor. O que eles são? Por que eles devem ser criados? Por que também são chamadas de "chaves eletrônicas"? Quais são as características deste processo e no que devo prestar atenção?
De que são feitos os interruptores de transistor
Eles são feitos usando transistores de efeito de campo ou bipolares. Os primeiros são divididos em MIS e teclas que possuem uma junção p-n de controle. Entre os bipolares, destacam-se os não saturados. Uma chave de transistor de 12 Volts será capaz de atender as necessidades básicas de um radioamador.
Modo de operação estático
Analisa o estado privado e público da chave. A primeira entrada contém um nível de tensão baixo, que indica um sinal lógico zero. Neste modo, ambas as transições estão na direção oposta (é obtido um corte). E apenas térmica pode afetar a corrente do coletor. No estado aberto, na entrada da chave há um nível de alta tensão correspondente ao sinal da unidade lógica. É possível trabalhar em dois modossimultaneamente. Tal desempenho pode estar na região de saturação ou na região linear da característica de saída. Vamos nos debruçar sobre eles com mais detalhes.
Saturação de tecla
Em tais casos, as junções do transistor são polarizadas diretamente. Portanto, se a corrente base mudar, o valor do coletor não mudará. Em transistores de silício, aproximadamente 0,8 V é necessário para obter uma polarização, enquanto para transistores de germânio, a tensão flutua dentro de 0,2-0,4 V. Como a saturação de chave é alcançada em geral? Isso aumenta a corrente de base. Mas tudo tem seus limites, assim como a saturação crescente. Assim, quando um determinado valor de corrente é atingido, ele para de aumentar. E por que realizar a saturação de chave? Existe um coeficiente especial que mostra o estado das coisas. Com o seu aumento, a capacidade de carga que os interruptores do transistor possuem aumenta, fatores desestabilizadores começam a influenciar com menos força, mas o desempenho se deteriora. Portanto, o valor do coeficiente de saturação é escolhido a partir de considerações de compromisso, focando na tarefa que precisará ser executada.
Desvantagens de uma chave não saturada
E o que acontece se o valor ótimo não for alcançado? Então haverá tais desvantagens:
- A tensão da chave pública cairá e perderá para cerca de 0,5 V.
- A imunidade a ruídos se deteriorará. Isso se deve ao aumento da resistência de entrada que se observa nas teclas quando estão no estado aberto. Portanto, interferências como picos de energia também levarão a alterando os parâmetros dos transistores.
- A tecla Saturated tem uma estabilidade de temperatura significativa.
Como você pode ver, este processo ainda é melhor para se obter um dispositivo mais perfeito.
Desempenho
Este parâmetro depende da frequência máxima permitida quando a comutação do sinal pode ser realizada. Isso, por sua vez, depende da duração do transiente, que é determinada pela inércia do transistor, bem como pela influência de parâmetros parasitas. Para caracterizar a velocidade de um elemento lógico, muitas vezes é indicado o tempo médio que ocorre quando um sinal é atrasado ao ser transmitido para uma chave de transistor. O diagrama que o exibe geralmente mostra exatamente esse intervalo médio de resposta.
Interação com outras teclas
Elementos de conexão são usados para isso. Portanto, se a primeira chave na saída tiver um nível de alta tensão, a segunda abrirá na entrada e funcionará no modo especificado. E vice versa. Tal circuito de comunicação afeta significativamente os processos transitórios que ocorrem durante a comutação e a velocidade das chaves. É assim que funciona um interruptor de transistor. Os mais comuns são circuitos em que a interação ocorre apenas entre dois transistores. Mas isso não significa que isso não possa ser feito por um dispositivo no qual três, quatro ou até mais elementos serão usados. Mas, na prática, é difícil encontrar uma aplicação para isso,portanto, a operação de uma chave de transistor desse tipo não é usada.
O que escolher
Com o que é melhor trabalhar? Vamos imaginar que temos uma simples chave de transistor, cuja tensão de alimentação é de 0,5 V. Então, usando um osciloscópio, será possível capturar todas as mudanças. Se a corrente do coletor for definida para 0,5 mA, a tensão cairá em 40 mV (a base será de cerca de 0,8 V). Pelos padrões da tarefa, podemos dizer que este é um desvio bastante significativo, que impõe uma restrição ao uso em vários circuitos, por exemplo, em comutadores de sinal analógico. Portanto, eles usam transistores de efeito de campo especiais, onde há uma junção p-n de controle. Suas vantagens sobre seus primos bipolares são:
- Pequena quantidade de tensão residual na chave no estado da fiação.
- Alta resistência e, como resultado, uma pequena corrente que flui através de um elemento fechado.
- Baixo consumo de energia, portanto, nenhuma tensão de controle significativa necessária.
- É possível alternar sinais elétricos de baixo nível que são unidades de microvolts.
A chave relé transistorizada é a aplicação ideal para o campo. Claro, esta mensagem é postada aqui apenas para que os leitores tenham uma ideia de sua aplicação. Um pouco de conhecimento e engenhosidade - e as possibilidades de implementações nas quais existem chaves de transistor, muitas serão inventadas.
Exemplo de trabalho
Vamos dar uma olhada mais de perto,como funciona um simples interruptor de transistor. O sinal comutado é transmitido de uma entrada e removido de outra saída. Para travar a chave, é aplicada uma tensão na porta do transistor, que ultrapassa os valores da fonte e drena por um valor maior que 2-3 V. Mas, neste caso, deve-se tomar cuidado para não ir além da faixa permitida. Quando a chave está fechada, sua resistência é relativamente grande - mais de 10 ohms. Este valor é obtido devido ao fato de que a corrente de polarização reversa da junção p-n afeta adicionalmente. No mesmo estado, a capacitância entre o circuito de sinal comutado e o eletrodo de controle flutua na faixa de 3-30 pF. Agora vamos abrir a chave do transistor. O circuito e a prática mostrarão que então a tensão do eletrodo de controle se aproximará de zero e é altamente dependente da resistência da carga e da característica da tensão chaveada. Isso se deve a todo o sistema de interações da porta, dreno e fonte do transistor. Isso cria alguns problemas para a operação do modo interruptor.
Como solução para este problema, foram desenvolvidos vários circuitos que estabilizam a tensão que flui entre o canal e a porta. Além disso, devido às propriedades físicas, até mesmo um diodo pode ser usado nessa capacidade. Para fazer isso, deve ser incluído na direção direta da tensão de bloqueio. Se a situação necessária for criada, o diodo fechará e a junção p-n abrirá. Para que quando a tensão chaveada mude, ela permaneça aberta, e a resistência de seu canal não mude, entre a fonte e a entrada da chave, você podeligue o resistor de alta resistência. E a presença de um capacitor acelerará significativamente o processo de recarga dos tanques.
Cálculo da chave do transistor
Para entender, dou um exemplo de cálculo, você pode substituir seus dados:
1) Coletor-emissor - 45 V. Potência total dissipada - 500 mw. Coletor-emissor - 0,2 V. Frequência limite de operação - 100 MHz. Base-emissor - 0,9 V. Corrente do coletor - 100 mA. Taxa de transferência de corrente estatística – 200.
2) Resistor de 60mA: 5-1, 35-0, 2=3, 45.
3) Classificação de resistência do coletor: 3,45\0,06=57,5 ohm.
4) Por conveniência, tomamos o valor de 62 Ohm: 3, 45\62=0, 0556 mA.
5) Consideramos a corrente de base: 56\200=0,28 mA (0,00028 A).
6) Quanto estará no resistor de base: 5 - 0, 9=4, 1V.
7) Determine a resistência do resistor de base: 4, 1 / 0, 00028 \u003d 14, 642, 9 Ohm.
Conclusão
E finalmente, sobre o nome "chaves eletrônicas". O fato é que o estado muda sob a influência da corrente. E o que ele representa? Isso mesmo, a totalidade das cobranças eletrônicas. É daí que vem o segundo nome. Isso é tudo. Como você pode ver, o princípio de funcionamento e o arranjo das chaves do transistor não são algo complicado, portanto, entender isso é uma tarefa viável. Deve-se notar que mesmo o autor deste artigo precisou usar alguma literatura de referência para refrescar sua própria memória. Portanto, se você tiver dúvidas sobre terminologia, sugiro relembrar a disponibilidade de dicionários técnicos e procurar um novo.informações sobre interruptores de transistor estão lá.
