Функциональные аспекты транзисторов. Расчёт усилительного каскада на биполярном транзисторе

  H21э=50-350

 

Схема усилительного каскада на биполярном транзисторе с ОЭ

 

 

Основные характеристики

Транзистор

B1-B2/Iк  /мА

Fт  МГц

Cк/Uк  пф/В

Cэ/Uэ  пф/В

Rб*Cк  псек

tр  нс

Uкэ/(Iк/Iб)  В/(мА/мА)

Iко  мкА

Uкб  В

Uкэ/R  В/кОм

Uэб  В

Iкм/Iкн  мА/мА

Pк  мВт

Пер

КТ312В

50-280/20

120

5/10

20/1

500

0.8/(20/2)

10

20

20/

4

30/60

225

NPN

 

Условные обозначения электрических параметров биполярного транзистора КТ312В:

Обозначение:	Параметр
B1-B2/Iк /мА	статический коэффициент передачи тока
Fт МГц	предельная частота коэффициента передачи тока
Cк/Uк пф/В	емкость коллекторного перехода (Cк) и напряжение на коллекторе (Uк), при котором она измеряется
Cэ/Uэ пф/В	емкость эмиттерного перехода (Cэ) и напряжение эмиттер/база (Uэ), при котором она измеряется
Rб*Cк псек	постоянная времени цепи обратной связи на высокой частоте
tр нс
Uкэ/(Iк/Iб) В/(мА/мА)	напряжение насыщения коллектор-эмиттер (Uкэ) биполярного транзистора при заданном токе коллектора (Iк) и заданном токе базы (Iб)
Iко мкА	обратный ток коллектора
Uкб В	максимально допустимое постоянное напряжение коллектор-база
Uкэ/R В/кОм	максимально допустимое постоянное напряжение коллектор-эмиттер (Uкэ) при заданной величине сопротивления, включенного между базой и эмиттером (R)
Uэб В	максимально допустимое постоянное напряжение эмиттер-база
Iкм/Iкн мА/мА	предельно допустимый постоянный (Iкм) ток коллектора предельно допустимый ток коллектора в режиме насыщения (Iкн)или в импульсе
Pк мВт	максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность на коллекторе

 

РЕШЕНИЕ:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ГЛАВА 3. ПОДБОР РАБОЧЕЙ СХЕМЫ

3.1 Общие сведения об электронных  ключах

Условие задания:  подобрать схему на усмотрение и объяснить принцип ее работы.

Ключ – элемент, который под воздействием управляющего сигнала производит различные коммутации (источников питания, активных элементов и т.д.). Электронный ключ является основой для построения более сложных цифровых устройств. При включении активного элемента с общим эмиттером (истоком) ключ выполняет логическую операцию НЕ, т.е. инвертирует входной сигнал.

Ключ имеет два состояния: замкнутое и разомкнутое

 

.

 

Для реализации ключей используют диоды, биполярные и полевые транзисторы.

Время переключения ключей на биполярных транзисторах определяется барьерными емкостями p-n-переходов и действиями скопления и рассасывания неосновных носителей заряда в базе. Для повышения быстродействия и входного сопротивления используют ключи на полевых транзисторах.

 

 Схемы электронных ключей на полевых транзисторах

Транзисторный ключ является основным элементом устройств цифровой электроники. Основные особенности транзисторного ключа является обязательным условием понимания принципов работы цифровых устройств.

Схемы ключей на полевых транзисторах с управляющим p-n-переходом и с индуцированным каналом с общим истоком и общим стоком показаны на рисунке:

 

 

Для любого ключа на полевом транзисторе Rн > 10-100 кОм.

Управляющий сигнал Uвх на затворе порядка 10-15 В. Сопротивление полевого транзистора в закрытом состоянии велико, порядка 108-109 Ом.

Сопротивление полевого транзистора в открытом состоянии может составлять 7-30 Ом. Сопротивление полевого транзистора по цепи управления может составлять 108-109 Ом. (схемы "а" и "б") и 1012-1014 Ом (схемы "в" и "г").

1 поколение – с линейной нагрузкой .

2 поколение – с нелинейной  нагрузкой. В качестве нагрузки (вместо ) ставили второй полевой транзистор одинакового типа проводимости.

 

Транзисторный ключ на полевом транзисторе с линейной нагрузкой.

 

Принцип действия электронных ключей

Электронные ключи основаны на работе биполярных транзисторов. Когда на базе транзистора «0» относительно эмиттера, транзистор «закрыт», ток через него не идёт, на коллекторе всё напряжение питания (сигнал высокого уровня — «1»). Когда на базе транзистора «1», он «открыт», возникает ток коллектор — эмиттер и падение напряжения на сопротивлении коллектора, напряжение на коллекторе, а с ним и напряжение на выходе, уменьшается до низкого уровня «0».

В статическом режиме ключ находится в состоянии «включено» (ключ замкнут), либо в состоянии «выключено» (ключ разомкнут). Переключение ключа из одного состояния в другое происходит под воздействием входных управляющих сигналов : импульсов или уровней напряжения. Простейшие ключевые схемы имеют один управляющий вход и один выход.

Основу ключа составляет транзистор в дискретном или интегральном исполнении.

В зависимости от состояния ключ шунтирует внешнюю нагрузку большим или малым выходным сопротивлением. В этом и заключается коммутация цепи, производимая транзисторным ключом.

Основными параметрами ключа являются :

• быстродействие, определяемое максимально возможным числом переключений в секунду ; для интегральных ключевых схем оно составляет миллионы коммутаций ;

• длительность фронтов выходных сигналов ;

• внутренние сопротивления в открытом и закрытом состоянии ;

• потребляемая мощность ;

• помехоустойчивость, равная уровню помехи на входе, вызывающей ложное переключение ;

• стабильность пороговых уровней, при которых происходит переключение ;

• надежность работы в реальных условиях старения радиодеталей, изменения источников питания и т.д.

 Применение электронных ключей

Электронный ключ служит для переключения непрерывно изменяющихся электрических сигналов. Если ключ находится в состоянии "включено", его выходное напряжение должно по возможности точно равняться входному; если же ключ находится в состоянии "выключено", выходное напряжение должно быть как можно ближе к нулю или, во всяком случае, должно как можно меньше зависеть от входного.

Электронные ключи основаны на работе биполярных транзисторов. Когда на базе транзистора «0» относительно эмиттера, транзистор «закрыт», ток через него не идёт, на коллекторе всё напряжение питания (сигнал высокого уровня — «1»). Когда на базе транзистора «1», он «открыт», возникает ток коллектор — эмиттер и падение напряжения на сопротивлении коллектора, напряжение на коллекторе, а с ним и напряжение на выходе, уменьшается до низкого уровня «0».

Также возможно использование полевых транзисторов. Принцип их работы схож с принципом работы электронных ключей на биполярных транзисторах. Цифровые ключи на полевых транзисторах потребляют меньший ток управления, обеспечивают гальваническую развязку входных и выходных цепей, однако быстродействие их ниже по сравнению с биполярными.

Автомобильная сигнализация

Простая и надежная сигнализация. Из органов управления - всего один выключатель. Датчики проникновения - обычные выключатели, которые при работе со схемой выполняют свое прямое назначение, например, кнопки на дверях. Достаточно одному из них замкнуться на короткое время и схема сработает. Схема выдает себя лишь через 10 сек. За это время хозяин может выключить сигнализацию, а взломщик подумать, что такая отсутствует. В режиме охраны устройство потребляет ток, зависящий от параметров применяемых деталей: в моем случае его замерить не удалось из-за его малой величины. Эта схема разработана очень давно и собиралась из подручных деталей.

Рис.1. Схема автомобильной сигнализации

Принцип действия: Элементы SA2-SAn - датчики проникновения. Диоды VD5-VDn служат для развязки датчиков, если они используются для других целей. В некоторых случаях диоды можно исключить. Напряжение питания, поданное от замкнувшегося датчика, через R1 C1 потупает на VD1. Цепь R1 C1 создает короткий импульс тока, даже если датчик остался в замкнутом состоянии. Конденсатор C2 не дает сработать сигнализации при включении SA1. На элементах C4, R4, R5, VT2, K1 собран мультивибратор и выходной ключ. Длительность нахождения K1 во включенном положении подбирается резистором R5, а в выключенном - R4. Общая частота импульсов задается C4. Эта часть схемы требует тщательной настройки. Получилась частота 2Гц. C3, VD3, VD4 - узел, формирующий задержку срабатывания сигнализации при замыкании датчика. Это нужно, чтобы отключить сигнализацию при открывании двери. Длительность задержки задается конденсатором C3. Резистор R3 обеспечивает разряд конденсатора при выключении питания. Узел, отключающий сигнализацию через некоторое время после срабатывания, не разрабатывался, поскольку ложных замыканий датчиков на дверях, багажнике и капоте автомобиля не бывает.

Детали: Схема состоит из небольшого количества доступных деталей. VD1 - любой маломощный тринистор, например КУ101. Нужно лишь подобрать C1 (увеличить, если не срабатывает при замыкании датчика), R2 (уменьшить, если не срабатывает, но если можно - увеличить) и С2 (увеличить, если срабатывает при включении питания). Диоды - любые маломощные. Реле K1 - РЭС55А, однако оно может коммутировать нагрузку с током не более 1A. Если применить более мощное реле, то потребуется сильно увеличить емкости конденсаторов C3 и C4 (а, следовательно, и габариты устройства). Поэтому лучше мощное реле подключить к выходу РЭС55А. Транзисторы - также любые, с соответствующей структурой, а VT2 должен выдерживать ток включения реле. SA1 - любой малогабаритный выключатель. Типы конденсаторов C2, C3, C4 зависят от климатических условий, в которых будет эксплуатироваться сигнализация. Для холодной зимы лучше выбрать их из серии К53. Если же используются конденсаторы серии К50, то устройство лучше установить в салоне автомобиля. Однако, экспериментальный образец сигнализации на К50 был установлен под капотом и эксплуатировался больше двух лет (снят в связи с переходом на новую систему сигнализации) в холодных климатических условиях (машина стояла под открытым небом), и ни одного сбоя в работе отмечено небыло.

Включение: 
1. Включить SA1 при замкнутом датчике (открытая дверь). В таком положении схема может находиться неограниченно долго. 
2. Разомкнуть датчик (закрыть дверь).

Отключение: 
1. Открыть дверь (замкнется датчик). 
2. В течение 10 сек. выключить SA1.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В данной курсовой работе были рассмотрены транзисторы: полевые и биполярные. Описание этих транзисторов подробно описаны в первой и второй главе. В третьей главе мы изучили и описали принцип действия электронных ключей, а в частности принципиальную схему автомобильной сигнализации.

В первом разделе курсовой работы представлено обобщенное описание полевых транзисторов, основные компоненты и принципы работы, разновидности и типы. Выполнено решение первой задачи: построена нагрузочная прямая, произведены расчёты.

Во втором разделе представлено описание схемы биполярного транзистора и принцип раоты. Произведем расчёт задачи второй.

В третьем разделе мы подобрали рабочую схему. Описали принцип действия электронных ключей и в примере описана автомобильная сигнализация.

С развитием электроники, механики и информатики в целом появляется всё больше транзисторов как биполярных так и полевых, различных по мощностям и необходимыми в подборе характеристиками , стремительно развиваются и охранные системы и автосигнализации. Уменьшаются размеры функциональных блоков, увеличивается функциональность и работоспособность систем.

 

 

 

 

 

 

 

Список литературы.

1. Лачин В.И., Савелов Н.С. Электроника: Учебн. Пособие.- Ростов н/Д: изд-во «Феникс», 2002г. -576с.
2. Прянишников В.А. Электроника: Полный курс лекций. –СПб.: КОРОНА принт, 2004. -416с.
3. «Справочник по полупроводниковым диодам, транзисторам и интегральным схемам.» Горюнова Н.Н.
4. Справочник по отечественным и импортным транзисторам
5. Схемотехника аналоговых устройств Курс лекций автор-составитель Н. П. Корнышев
6. 500 схем для радиолюбителей. (Часть.4. Источники питания) 
   Автор: Николаев А.П., Малкина М.В.ъ
7. . Справочник по радиотехнике.Под общей редакцией Б.А.Смиренина. Москва-Ленинград:
8. http://gete.ru/page_143.html
9. http://www.chipinfo.ru/literature/radio/200203/p45-46.html