Interruptor Eletrônico Transistor - Princípio de Operação e Esquema

Em dispositivos de pulso, muitas vezes você pode encontrar interruptores de transistor. Chaves transistorizadas são encontradas em flip-flops, chaves, multivibradores, geradores de bloqueio e outros circuitos eletrônicos. Em cada circuito, a chave do transistor executa sua função e, dependendo do modo de operação do transistor, o circuito da chave como um todo pode mudar, mas o diagrama esquemático básico da chave do transistor é o seguinte:

Existem vários modos básicos de operação de uma chave de transistor: modo ativo normal, modo de saturação, modo de corte e modo reverso ativo. Embora o circuito de comutação do transistor seja basicamente um circuito amplificador de transistor emissor comum, este circuito difere em função e modo de um amplificador típico.

Em uma aplicação chave, o transistor serve como uma chave rápida, e os principais estados estáticos são dois: o transistor está desligado e o transistor está ligado. Latched State — Estado aberto quando o transistor está no modo de corte.Estado fechado - o estado de saturação do transistor ou um estado próximo à saturação, no qual o transistor está aberto. Quando o transistor muda de um estado para outro, é um modo ativo no qual os processos na cascata são não lineares.

Os estados estáticos são descritos de acordo com as características estáticas do transistor. Existem duas características: a família de saída - a dependência da corrente do coletor na tensão do coletor-emissor e a família de entrada - a dependência da corrente de base na tensão do emissor-base.

O modo de corte é caracterizado pela polarização das duas junções pn do transistor na direção oposta, e há um corte profundo e um corte raso. Uma falha profunda ocorre quando a tensão aplicada às junções é 3-5 vezes maior que o limite e tem a polaridade oposta à operacional. Nesse estado, o transistor está aberto e as correntes em seus eletrodos são extremamente pequenas.

Em uma quebra rasa, a tensão aplicada a um dos eletrodos é menor e as correntes dos eletrodos são maiores do que em uma quebra profunda, com o resultado de que as correntes já dependem da tensão aplicada de acordo com a curva inferior da família de características de saída , esta curva é chamada de «característica limite»...

Por exemplo, faremos um cálculo simplificado para o modo chave do transistor que irá operar em uma carga resistiva. Um transistor permanecerá por muito tempo em apenas um dos dois estados básicos: totalmente aberto (saturação) ou totalmente fechado (corte).

Seja a carga do transistor a bobina do relé SRD-12VDC-SL-C, cuja resistência da bobina em 12 V nominal será de 400 ohms.Ignoramos a natureza indutiva da bobina do relé, deixamos que os desenvolvedores forneçam um silenciador para proteção contra emissões transitórias, mas calcularemos com base no fato de que os relés ligam uma vez e por muito tempo. Encontramos a corrente do coletor pela fórmula:

Ik = (Upit-Ukenas) / Rn.

Onde: Ik — corrente contínua do coletor; Consumo — tensão de alimentação (12 volts); Ukenas — tensão de saturação do transistor bipolar (0,5 volts); Rn — resistência de carga (400 Ohm).

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

Para fidelidade, vamos pegar um transistor com margem para a corrente limite e a tensão limite. Um BD139 em um pacote SOT-32 serve. Este transistor tem parâmetros Ikmax = 1,5 A, Ukemax = 80 V. Haverá uma boa margem.

Para fornecer uma corrente de coletor de 28,7 mA, deve-se fornecer uma corrente de base adequada.A corrente de base é determinada pela fórmula: Ib = Ik / h21e, onde h21e é o coeficiente de transferência de corrente estática.

Os multímetros modernos permitem medir esse parâmetro e, no nosso caso, era 50. Portanto, Ib = 0,0287 / 50 = 574 μA. Se o valor do coeficiente h21e for desconhecido, para confiabilidade, você pode obter o mínimo da documentação deste transistor.

Para determinar o valor do resistor de base necessário. A tensão de saturação do emissor principal é de 1 volt. Isso significa que, se o controle for realizado por um sinal da saída de um microcircuito lógico, cuja tensão é de 5 V, para fornecer a corrente de base necessária de 574 μA, com queda na transição de 1 V, obtemos :

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

Vamos escolher o lado menor (para que a corrente seja totalmente suficiente) do resistor padrão de 6,8 kOhm.

MAS, para que o transistor comute mais rápido e a operação seja confiável, usaremos um resistor adicional R2 entre a base e o emissor, e alguma energia cairá sobre ele, o que significa que é necessário reduzir a resistência do resistência R1. Vamos pegar R2 = 6,8 kΩ e ajustar o valor de R1:

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

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

Seja R1 = 5,1 kΩ e R2 = 6,8 kΩ.

Vamos calcular as perdas do switch: P = Ik * Ukenas = 0,0287 * 0,5 = 0,014 W. O transistor não precisa de dissipador de calor.