Commutateur électronique à transistor - Principe de fonctionnement et schéma

Dans les appareils à impulsions, vous pouvez souvent trouver des commutateurs à transistors. Les commutateurs à transistors se trouvent dans les bascules, les commutateurs, les multivibrateurs, les générateurs de blocage et d'autres circuits électroniques. Dans chaque circuit, le commutateur à transistor remplit sa fonction, et selon le mode de fonctionnement du transistor, le circuit du commutateur dans son ensemble peut changer, mais le schéma de base du commutateur à transistor est le suivant :

Il existe plusieurs modes de fonctionnement de base d'un commutateur à transistor : le mode actif normal, le mode saturation, le mode coupure et le mode inverse actif. Bien que le circuit de commutation à transistor soit fondamentalement un circuit amplificateur à transistor à émetteur commun, ce circuit diffère en fonction et en mode d'un amplificateur typique.

Dans une application clé, le transistor sert d'interrupteur rapide, et les principaux états statiques sont au nombre de deux : le transistor est éteint et le transistor est allumé. État verrouillé — État ouvert lorsque le transistor est en mode de coupure.État fermé - l'état de saturation du transistor ou un état proche de la saturation, dans lequel état le transistor est ouvert. Lorsque le transistor passe d'un état à un autre, il s'agit d'un mode actif dans lequel les processus en cascade sont non linéaires.

Les états statiques sont décrits en fonction des caractéristiques statiques du transistor. Il existe deux caractéristiques: la famille de sortie - la dépendance du courant de collecteur sur la tension collecteur-émetteur et la famille d'entrée - la dépendance du courant de base sur la tension base-émetteur.

Le mode de coupure est caractérisé par la polarisation des deux jonctions pn du transistor dans le sens opposé, et il y a une coupure profonde et une coupure peu profonde. Une panne profonde se produit lorsque la tension appliquée aux jonctions est 3 à 5 fois supérieure au seuil et a la polarité opposée à celle de fonctionnement. Dans cet état, le transistor est ouvert et les courants à ses électrodes sont extrêmement faibles.

Dans une rupture superficielle, la tension appliquée à l'une des électrodes est plus faible et les courants d'électrodes sont plus élevés que dans une rupture profonde, de sorte que les courants sont déjà dépendants de la tension appliquée selon la courbe inférieure de la famille des caractéristiques de sortie , cette courbe est appelée «caractéristique limite» ...

Par exemple, nous effectuerons un calcul simplifié pour le mode clé du transistor qui fonctionnera sur une charge résistive. Un transistor restera longtemps dans un seul des deux états de base : complètement ouvert (saturation) ou complètement fermé (coupure).

Soit la charge du transistor soit la bobine du relais SRD-12VDC-SL-C, dont la résistance de bobine à 12 V nominal sera de 400 ohms.Nous ignorons la nature inductive de la bobine de relais, laissons les développeurs prévoir un silencieux pour se protéger des émissions transitoires, mais nous calculerons en fonction du fait que les relais s'allumeront une fois et très longtemps. On trouve le courant de collecteur par la formule :

Ik = (Upit-Ukenas) / Rn.

Où : Ik — courant continu du collecteur ; Usup — tension d'alimentation (12 volts) ; Ukenas — tension de saturation du transistor bipolaire (0,5 volt) ; Rn — résistance de charge (400 Ohm).

On obtient Ik = (12-0,5) / 400 = 0,02875 A = 28,7 mA.

Pour la fidélité, prenons un transistor avec une marge pour le courant de limitation et la tension de limitation. Un BD139 dans un boîtier SOT-32 fera l'affaire. Ce transistor a des paramètres Ikmax = 1,5 A, Ukemax = 80 V. Il y aura une bonne marge.

Afin de fournir un courant de collecteur de 28,7 mA, un courant de base approprié doit être fourni. Le courant de base est déterminé par la formule : Ib = Ik / h21e, où h21e est le coefficient de transfert de courant statique.

Les multimètres modernes permettent de mesurer ce paramètre, et dans notre cas il était de 50. Donc Ib = 0,0287 / 50 = 574 μA. Si la valeur du coefficient h21e est inconnue, pour plus de fiabilité, vous pouvez prendre le minimum dans la documentation de ce transistor.

Pour déterminer la valeur de résistance de base requise. La tension de saturation de l'émetteur principal est de 1 volt. Cela signifie que si la commande est effectuée par un signal provenant de la sortie d'un microcircuit logique, dont la tension est de 5 V, alors pour fournir le courant de base nécessaire de 574 μA, avec une chute à une transition de 1 V, on obtient :

R1 = (Uin-Ubenas) / Ib = (5-1) / 0,000574 = 6968 Ohm

Choisissons le côté le plus petit (pour que le courant soit pleinement suffisant) de la résistance série standard de 6,8 kOhm.

MAIS, pour que le transistor commute plus rapidement et que le fonctionnement soit fiable, nous utiliserons une résistance supplémentaire R2 entre la base et l'émetteur, et une certaine puissance tombera dessus, ce qui signifie qu'il est nécessaire de réduire la résistance du résistance R1. Prenons R2 = 6,8 kΩ et ajustons la valeur de R1 :

R1 = (Uin-Ubenas) / (Ib + I (via la résistance R2) = (Uin-Ubenas) / (Ib + Ubenas / R2)

R1 = (5-1) / (0,000574 + 1/6800) = 5547 ohms.

Soit R1 = 5,1 kΩ et R2 = 6,8 kΩ.

Calculons les pertes du commutateur : P = Ik * Ukenas = 0,0287 * 0,5 = 0,014 W. Le transistor n'a pas besoin de radiateur.