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ENCICLOPEDIA DELLA RADIOELETTRONICA ED ELETTRICA Interruttori a transistor. Enciclopedia dell'elettronica radio e dell'ingegneria elettrica
Enciclopedia della radioelettronica e dell'elettrotecnica / Orologi, temporizzatori, relè, interruttori di carico Lo scopo principale degli interruttori a transistor, i cui circuiti sono presentati all'attenzione dei lettori, è accendere e spegnere un carico CC. Inoltre, può eseguire funzioni aggiuntive, ad esempio indicare il proprio stato, spegnere automaticamente il carico quando la batteria è scarica al valore massimo consentito o in base a un segnale proveniente da temperatura, sensori di luce, ecc. È possibile effettuare un interruttore in base su più interruttori. La commutazione della corrente viene effettuata da un transistor e il controllo viene effettuato da un semplice pulsante con un contatto di cortocircuito. Ogni pressione del pulsante cambia lo stato dell'interruttore in quello opposto. Una descrizione di un interruttore simile è stata fornita in [1], ma per il controllo vengono utilizzati due pulsanti. I vantaggi degli interruttori proposti includono il collegamento senza contatto del carico, praticamente nessun consumo di corrente quando spento, elementi accessibili e la possibilità di utilizzare un pulsante di piccole dimensioni che occupa poco spazio sul pannello del dispositivo. Svantaggi: proprio consumo di corrente (diversi milliampere) nello stato acceso, caduta di tensione attraverso il transistor (frazioni di volt), la necessità di adottare misure per proteggere un contatto affidabile nel circuito di ingresso dal rumore impulsivo (può spegnersi spontaneamente se il il contatto viene brevemente interrotto). Lo schema elettrico dell'interruttore è mostrato in Fig. 1. Il principio del suo funzionamento si basa sul fatto che un transistor al silicio aperto ha una tensione sulla giunzione base-emettitore del transistor di 0,5...0,7 V e la tensione di saturazione del collettore-emettitore può essere 0,2...0,3 Q In sostanza, questo dispositivo è un trigger su transistor con strutture diverse, controllato da un pulsante. Dopo aver applicato la tensione di alimentazione, entrambi i transistor sono chiusi e il condensatore C1 è scarico. Quando si preme il pulsante SB1, la corrente di carica del condensatore C1 apre il transistor VT1 e successivamente si apre il transistor VT2. Quando il pulsante viene rilasciato, i transistor rimangono accesi, la tensione di alimentazione (meno la caduta di tensione sul transistor VT1) viene fornita al carico e il condensatore C1 continua a caricarsi. Si caricherà a una tensione leggermente maggiore della tensione di base di quel transistor, poiché la tensione di saturazione collettore-emettitore è inferiore alla tensione di base-emettitore.
Pertanto, la prossima volta che si premerà il pulsante, la tensione base-emettitore sul transistor VT1 sarà insufficiente per mantenerlo nello stato aperto e si chiuderà. Successivamente, il transistor VT2 si chiuderà e il carico verrà diseccitato. Il condensatore C1 si scaricherà attraverso il carico e i resistori R3-R5 e l'interruttore ritornerà al suo stato originale. Corrente massima del collettore del transistor VT1 Iк dipende dal coefficiente di trasferimento corrente h21E e la corrente di base Iб: Iк = Iб · H21E. Per le taglie ed i tipi di elementi indicati nello schema, questa corrente è 100...150 mA. Perché l'interruttore funzioni correttamente, la corrente consumata dal carico deve essere inferiore a questo valore. Questo interruttore ha due funzioni. Se c'è un cortocircuito all'uscita dell'interruttore, dopo aver premuto brevemente il pulsante SB1, i transistor si apriranno per un breve periodo e poi, dopo aver caricato il condensatore C1, si chiuderanno. Quando la tensione di uscita diminuisce a circa 1 V (a seconda delle resistenze dei resistori R3 e R4), anche i transistor si chiuderanno, ovvero il carico verrà diseccitato. La seconda proprietà dell'interruttore può essere utilizzata per costruire un dispositivo di scarica per singole batterie Ni-Cd o Ni-Mh fino a 1 V prima di combinarle in una batteria e procedere ad un'ulteriore ricarica generale. Lo schema del dispositivo è mostrato in Fig. 2. L'interruttore sui transistor VT1, VT2 collega un resistore di scarica R6 alla batteria, in parallelo al quale è collegato un convertitore di tensione [2], montato sui transistor VT3, VT4, che alimenta il LED HL1. Il LED indica lo stato del processo di scarica e costituisce un carico aggiuntivo per la batteria. Il resistore R8 può modificare la luminosità del LED, di conseguenza cambia la corrente da esso consumata. In questo modo è possibile regolare la corrente di scarica. Quando la batteria si scarica, la tensione all'ingresso dell'interruttore diminuisce, così come alla base del transistor VT2. I resistori divisori nel circuito di base di questo transistor sono selezionati in modo tale che con una tensione di ingresso di 1 V, la tensione alla base diminuirà così tanto che il transistor VT2 si chiuderà, seguito dal transistor VT1: la scarica si fermerà. Con i valori nominali degli elementi indicati nel diagramma, l'intervallo di regolazione della corrente di scarica è 40...90 mA. Se si esclude la resistenza R6 la corrente di scarica può essere variata nel range da 10 a 50 mA. Quando si utilizza un LED super luminoso, questo dispositivo può essere utilizzato per costruire una torcia con protezione della batteria dallo scaricamento completo.
Nella fig. La Figura 3 mostra un'altra applicazione di un interruttore: un timer. L'ho usato in un dispositivo portatile: un tester per condensatori all'ossido. Il circuito comprende anche un LED HL1, che indica lo stato del dispositivo. Dopo l'accensione, il LED si accende e il condensatore C2 inizia a caricarsi con la corrente inversa del diodo VD1. A una certa tensione, il transistor VT3 si aprirà su di esso, cortocircuitando la giunzione dell'emettitore del transistor VT2, che spegnerà il dispositivo (il LED si spegnerà). Il condensatore C2 si scaricherà rapidamente attraverso il diodo VD1, i resistori R3, R4 e l'interruttore tornerà al suo stato originale. Il tempo di mantenimento dipende dalla capacità del condensatore C2 e dalla corrente inversa del diodo. Con gli elementi indicati nello schema sono circa 2 minuti. Se installiamo una fotoresistenza, un termistore (o altri sensori) al posto del condensatore C2 e un resistore al posto del diodo, otteniamo un dispositivo che si spegne quando cambia la luce, la temperatura, ecc.
Se il carico contiene condensatori di grandi dimensioni, l'interruttore potrebbe non accendersi (questo dipende dalla loro capacità). Lo schema di un dispositivo che non presenta questo inconveniente è mostrato in Fig. 4. È stato aggiunto un altro transistor VT1, che svolge la funzione di chiave, e altri due transistor controllano questa chiave, eliminando l'influenza del carico sul funzionamento dell'interruttore. Ma in questo caso si perderà la proprietà di non accendersi in caso di cortocircuito nel circuito di carico. Il LED svolge una funzione simile. Con i valori nominali dei componenti indicati nel diagramma, la corrente di base del transistor VT1 è di circa 3 mA.
Come chiave sono stati testati diversi transistor KT209K e KT209V. Avevano coefficienti di trasferimento corrente di base compresi tra 140 e 170. Con una corrente di carico di 120 mA, la caduta di tensione sui transistor era di 120...200 mV. Con una corrente di 160 mA - 0,5...2,2 V. L'uso del transistor composito KT973B come interruttore ha permesso di aumentare significativamente la corrente di carico consentita, ma la caduta di tensione ai suoi capi era di 750...850 mV e con una corrente di 300 mA il transistor è debole riscaldato. Quando è spento, il consumo di corrente è così ridotto che non è possibile misurarlo con il multimetro DT830B. In questo caso i transistor non sono stati preselezionati per nessun parametro. Nella fig. La Figura 5 mostra uno schema di un interruttore dipendente a tre canali. Combina tre interruttori, ma se necessario il loro numero può essere aumentato. Una breve pressione su uno qualsiasi dei pulsanti accenderà l'interruttore corrispondente e collegherà il carico corrispondente alla fonte di alimentazione. Se si preme qualsiasi altro pulsante, si accenderà l'interruttore corrispondente e si spegnerà quello precedente. Premendo il pulsante successivo si accenderà l'interruttore successivo e quello precedente si spegnerà di nuovo. Quando si preme nuovamente lo stesso pulsante, l'ultimo interruttore funzionante si spegnerà e il dispositivo tornerà al suo stato originale: tutti i carichi saranno diseccitati. La modalità di commutazione è fornita dal resistore R5. Quando un interruttore viene acceso, la tensione ai capi di questo resistore aumenta, il che porta alla chiusura dell'interruttore precedentemente acceso. La resistenza di questo resistore dipende dalla corrente consumata dagli interruttori stessi, in questo caso il suo valore è di circa 3 mA. Gli elementi VD1, R3 e C2 assicurano il passaggio della corrente di scarica dei condensatori C3, C5 e C7. Attraverso il resistore R3, il condensatore C2 si scarica nelle pause tra la pressione dei pulsanti. Se questo circuito viene eliminato, rimangono solo le modalità di accensione e di commutazione. Sostituendo il resistore R5 con un ponticello, otteniamo tre dispositivi che funzionano in modo indipendente.
L'interruttore avrebbe dovuto essere utilizzato in un interruttore per antenne televisive con amplificatori, ma con l'avvento della televisione via cavo la sua necessità è scomparsa e il progetto non è stato realizzato. Gli interruttori possono utilizzare una varietà di transistor, ma devono soddisfare determinati requisiti. Innanzitutto devono essere tutti in silicio. In secondo luogo, i transistor che commutano la corrente di carico devono avere una tensione di saturazione Ua noi non più di 0,2...0,3 V, corrente massima consentita del collettore Iк макс deve essere parecchie volte maggiore della corrente commutata e del coefficiente di trasferimento di corrente h21e sufficiente affinché ad una data corrente di base il transistor sia in modalità saturazione. Dei transistor che ho, i transistor delle serie KT209 e KT502 si sono dimostrati efficaci e un po 'peggio: le serie KT3107 e KT361. Le resistenze dei resistori possono essere variate entro limiti significativi. Se è richiesta una maggiore efficienza e non è necessario indicare lo stato dell'interruttore, non è installato un LED e la resistenza nel circuito del collettore VT3 (vedere Fig. 4) può essere aumentata a 100 kOhm o più, ma deve tenere presente che ciò ridurrà la corrente di base del transistor VT2 e la corrente di carico massima. Il transistor VT3 (vedi Fig. 3) deve avere un coefficiente di trasferimento di corrente h21e più di 100. La resistenza del resistore R5 nel circuito di carica del condensatore C1 (vedi Fig. 1) e simili in altri circuiti può essere compresa tra 100 e 470 kOhm. Il condensatore C1 (vedi Fig. 1) e simili in altri circuiti dovrebbero avere una bassa corrente di dispersione, è consigliabile utilizzare la serie di semiconduttori di ossido K53, ma è possibile utilizzare anche semiconduttori di ossido e la resistenza del resistore R5 non deve essere superiore a 100 kOhm. Se la capacità di questo condensatore aumenta, le prestazioni diminuiranno (il tempo dopo il quale il dispositivo può essere spento dopo essere stato acceso) e se diminuisce, la chiarezza del funzionamento diminuirà. Il condensatore C2 (vedi Fig. 3) è solo un semiconduttore di ossido. Pulsanti: tutti quelli piccoli con ritorno automatico. La bobina L1 del convertitore (vedi Fig. 2) viene utilizzata dal regolatore di linearità della linea di una TV in bianco e nero, il convertitore funziona bene anche con un'induttanza sul circuito magnetico a forma di W di una CFL. È inoltre possibile utilizzare le raccomandazioni fornite in [2]. Il diodo VD1 (vedi Fig. 5) può essere qualsiasi diodo a bassa potenza, sia al silicio che al germanio. Il diodo VD1 (vedi Fig. 3) deve essere al germanio. L'installazione richiede dispositivi, i cui schemi sono mostrati in Fig. 2 e fig. 5, il resto non necessita di regolazione se non ci sono requisiti particolari e tutte le parti sono funzionanti. Per impostare un dispositivo di scarica (vedere Fig. 2), sarà necessaria una fonte di alimentazione con una tensione di uscita regolabile. Innanzitutto, al posto del resistore R4, viene temporaneamente installato un resistore variabile con una resistenza di 4,7 kOhm (alla massima resistenza). Collegare la fonte di alimentazione, avendo precedentemente impostato la tensione in uscita su 1,25 V. Accendere il dispositivo di scarica premendo il pulsante e impostare la corrente di scarica richiesta utilizzando il resistore R8. Successivamente, all'uscita della fonte di alimentazione viene impostata una tensione di 1 V e, utilizzando un resistore variabile aggiuntivo, il dispositivo viene spento. Successivamente, è necessario controllare più volte la tensione di spegnimento. Per fare ciò, è necessario aumentare la tensione all'uscita della fonte di alimentazione a 1,25 V, accendere il dispositivo, quindi ridurre gradualmente la tensione a 1 V, osservando il momento in cui si spegne. Quindi misurare la parte introdotta del resistore variabile aggiuntivo e sostituirlo con uno costante con la stessa resistenza. Anche tutti gli altri dispositivi possono implementare una funzione di spegnimento simile quando la tensione di ingresso diminuisce. La configurazione viene eseguita allo stesso modo. In questo caso, il fatto è che vicino al punto di spegnimento, i transistor iniziano a chiudersi senza intoppi e anche la corrente nel carico diminuirà gradualmente. Se come carico è presente un ricevitore radio, ciò si manifesterà con una diminuzione del volume. Forse le raccomandazioni descritte in [1] aiuteranno a risolvere questo problema. La regolazione dell'interruttore (vedi Fig. 5) si riduce alla sostituzione temporanea dei resistori costanti R3 e R5 con variabili con una resistenza 2...3 volte maggiore. Premendo successivamente i pulsanti, utilizzando il resistore R5, si ottiene un funzionamento affidabile. Successivamente, premendo ripetutamente lo stesso pulsante utilizzando il resistore R3, si ottiene uno spegnimento affidabile. Quindi i resistori variabili vengono sostituiti con quelli costanti, come menzionato sopra. Per aumentare l'immunità al rumore, i condensatori ceramici con una capacità di diversi nanofarad devono essere installati in parallelo con i resistori R7, R13 e R19. Letteratura
Autore: V. Bulatov
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