TRANZISTOR AKO SPÍNAČ
| Principiálne zapojenie spínacieho obvodu s tranzistorom je na obrázku. Používajú sa tranzistor typu NPN aj PNP, najčastejšie v zapojení so spoločným emitorom, pretože k ovládaniu stačí menší výkon než v zapojení so spoločnou bázou.
Základnými stavmi tranzistora ako spínača sú otvorený stav zodpovedajúci zopnutiu akéhokoľvek spínača a uzatvorený stav zodpovedajúci rozopnutiu spínača. |  |
Ako vidno z grafu výstupných chararteristík tranzistora, keď tranzistor simuluje rozopnutý stav spínača, tečie obvodom kolektor - emitor len zbytkový prúd kolektora IKE0. V tejto oblasti je tranzistor uzatvorený a prechody B-E a B-K sú polarizované v závenom smere. Pri spínaní prechádza pracovný bod tranzistora aktívnou oblasťou. V nej je prechod B-E polarizovaný v priamom smere a prechod B-K v závernom smere. Tranzistor simuluje zopnutý stav spínača, keď je jeho pracovný bod v oblasti nasýtenia - saturácie. Táto oblasť je oddelená od aktívnej oblasti hraničnou krivkou oblasti saturácie. Táto krivka je charakteristická tým, že body ležiace na nej spĺňajú podmienku UBE = UKE teda :
UKE - UBE = UKB = 0
Ak sa pracovný bod nachádza v oblasti nasýtenia - saturácie, prechody B-E a B-K sú polarizované v priamom smere.
| Poznámka : | Bipolárny tranzistor v stave otvorenom je riadený prúdom vtekajúcim do bázy, pretože jeho vstupný odpor je v stave saturácie výstupu mnohokrát menší než výstupný odpor zdroja budiaceho signálu. Naopak v stave uzatvorenom je bipolárny tranzistor riadený napätím na báze, pretože jeho vstupný odpor je v tomto stave mnohokrát väčší než výstupný odpor zdroja budiaceho signálu. |
Na vlastnosti spínača majú najväčší vplyv tzv. saturačné parametre. Pre hranicu oblasti saturácie UKB = 0 sa definujú jednosmerné parametre :
a) prúdový zosilňovací činiteľ ßsat = IKsat / IBsat pri UKB = 0
b) saturačné napätie bázy UBsat pri danom prúde IE a napätí UKB = 0
c) saturačné napätie kolektora UKEsat pri daných hodnotách IK a IB.
Veľkosť činiteľa ßsat je možné buď priamo merať, alebo určiť výpočtom z charakteristík. Vzhľadom na rozptyl parametrov tranzistorov nemôžeme obvody navrhovať presne na hranicu oblasti saturácie. Pre dokonalé zopnutie volíme určité presýtenie tranzistora. Pracovný bod pri zopnutí posunieme z miesta 1 na medznú priamku do miesta 1' ( Medzná priamka vymedzuje smerom k osi IK oblasť úplného nasýtenia. V tejto oblasti má tranzistor konštantný odpor medzi K-E a stráca akékoľvek vlastnosti zosilňovacieho aktívneho prvku.)
V praxi sa dosahuje spoľahlivé otvorenie tranzistora tak, že sa odmeria prúdový zosilňovací činiteľ ß0 daného tranzistora a odpovedajúci prúd IB sa vypočíta zo vzťahu :
| IB = IK / ß , | pričom ß = ( 0,4 až 0,6 ).ß0 |
| respektíve : | RB = RK . ß |
V spínacom režime je prípustné, aby zaťažovacia priamka zasahovala do oblasti zakázaných hodnôt maximálnej výkonovej straty Pmax. V zopnutom stave tečie obvodom :
IKsat = ( Ucc - UKEsat) / RK
Pri spínaní tranzistora, ktorý je riadený skokovou zmenou vstupného napätia U1 sú dôležité štyri časové intervaly :
Pre lepšie zobrazenie detajlov klikni na obrázok.
| td - | čas oneskorenia čela impulzu |
| tr - | skreslenie čela impulzu def. ako čas, za ktorý vzrastie iK z 10% na 90% konečnej ustálenej hodnoty IKsat. |
| ts - | čas oneskorenia tyla impulzu |
| tf - | skreslenie tyla impulzu def. ako čas, za ktorý klesne prúd iK z 90% na 10% konečnej ustálenej hodnoty IKsat. |
Jeden zo spôsobov korekcie týchto časov je na obrázku nižšie. Ide o pripojenie tranzistorového zosilňovacieho stupňa na zdroj pravouhlého signálu U1 pomocou odporového deliča R1, R2 s kompenzačným ( urýchľovacím ) kondenzátorom C.
Pri takomto zapojení môžu vzniknúť tieto prípady :
a) ak platí, že R1.C > R2.CBE, ide o prekompenzovaný odporový delič
b) ak platí, že R1.C = R2.CBE, ide o vykompenzovaný odporový delič
c) ak platí, že R1.C < R2.CBE, ide o podkompenzovaný odporový delič.
Pomocou takto realizovaného napäťového deliča vieme korigovať oneskorenie a skreslenie čela aj tyla impulzu.
Odporom R2 zabezpečujeme úplne uzatvorenie tranzistora ak na vstupe deliča nie je zabezpečené nulové napätie pre úroveň log.0. Zároveň odporom R2 upravujeme ( skracujeme ) časovú konštantu vybitia parazitnej kapacity CBE, čím skrátime čas uzatvorenia tranzistora T.
Kondenzátorom C ovplyvňujeme čas otvorenia tranzistora T. Kondenzátor C sa uplatňuje pri prechode vstupného signálu z log.0 na log.1. Prostredníctvom neho sa prenáša okamžite náboj zo zdroja na parazitnú kapacitu CBE ( nie cez R1 ) a tým sa tranzistor T otvára podstatne rýchlejšie, teda čas otvorenia tranzistora sa skracuje.
Kondenzátor C a rezistor R2 teda ovplyvňujú tvar výstupného signálu.
!!! Použitie obsahu stránok alebo ich častí na "kvaziautorské" a komerčné účely je v rozpore s autorskými právami a je možné len so súhlasom autora !!!
Spracoval : Ing. Alexander Žatkovič
Prípadné pripomienky alebo otázky zasielajte na adresu
