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無線電子工学および電気工学の百科事典 トランジスタスイッチ。 無線エレクトロニクスと電気工学の百科事典
無線電子工学と電気工学の百科事典 / 時計、タイマー、リレー、負荷スイッチ 読者の注意を引くためにその回路が提供されているトランジスタ スイッチの主な目的は、DC 負荷をオンまたはオフにすることです。 さらに、追加機能を実行することもできます。たとえば、バッテリーが最大許容値まで放電したとき、または温度や光センサーなどからの信号によってステータスを表示し、負荷を自動的にオフにします。いくつかのスイッチ。 電流の切り替えはトランジスタによって行われ、制御は閉接点付きのシンプルなボタンXNUMXつで行われます。 ボタンを押すたびに、スイッチの状態が反転します。 同様のスイッチの説明が [1] にありますが、そこでは XNUMX つのボタンが制御に使用されていました。 提案されたスイッチの利点には、負荷の非接触接続、オフ状態での電流消費が実質的にないこと、アクセス可能な要素、およびインストルメントパネル上でほとんどスペースをとらない小型のボタンを使用できることが含まれます。 短所 - オン状態での自身の電流消費（数ミリアンペア）、トランジスタ両端の電圧降下（数分のXNUMXボルト）、入力回路の信頼性の高い接点をインパルスノイズから保護するための措置を講じる必要がある（入力回路は、インパルスノイズによって自然にオフになる可能性があります）短期的な接触不良）。 スイッチ回路を図に示します。 1. その動作原理は、オープンシリコントランジスタの場合、トランジスタのベースエミッタ接合の電圧は0,5 ... 0,7 Vであり、コレクタエミッタ飽和電圧は0,2 ...となる可能性があるという事実に基づいています。 . 0,3 Q. 実際、このデバイスは、異なる構造のトランジスタをトリガーし、ボタン 1 つで制御します。 電源電圧を印加した後、両方のトランジスタが閉じ、コンデンサ CXNUMX が放電されます。 SB1 ボタンが押されると、コンデンサ C1 の充電電流によりトランジスタ VT1 が開き、その後トランジスタ VT2 が開きます。 ボタンが放されると、トランジスタはオンのままになり、電源電圧 (トランジスタ VT1 の両端の電圧降下を引いたもの) が負荷に供給され、コンデンサ C1 は充電を続けます。 コレクタ-エミッタ間飽和電圧はベース-エミッタ間電圧よりも低いため、このトランジスタのベース電圧よりわずかに高い電圧まで充電されます。
したがって、次回ボタンを押すと、トランジスタ VT1 のベース-エミッタ間電圧が開いた状態を維持するには不十分となり、トランジスタ VT2 が閉じます。 次に、トランジスタ VT1 が閉じ、負荷は非通電になります。 コンデンサ C3 は負荷と抵抗 R5 ～ R1 を介して放電し、スイッチは元の状態に戻ります。 トランジスタ VTXNUMX の最大コレクタ電流 Iк 電流伝達係数 h に依存します21E およびベース電流 Iб：Iк = Iб ・h21E。 図に示されている要素の定格と種類の場合、この電流は 100 ～ 150 mA です。 ブレーカーが適切に動作するには、負荷によって引き出される電流がこの値より小さくなければなりません。 このスイッチには 1 つの機能があります。 スイッチの出力に短絡がある場合、SB1 ボタンを短く押すと、トランジスタが短時間開き、コンデンサ C1 を充電した後、閉じます。 出力電圧が約 3 V に低下すると (抵抗 R4 と RXNUMX の抵抗値に応じて)、トランジスタも閉じます。つまり、負荷は非通電になります。 スイッチの 1 番目の特性は、個々の Ni-Cd または Ni-Mh バッテリーをバッテリーにまとめてさらに一般的に充電する前に、最大 2 V までの放電デバイスを構築するために使用できます。 デバイスのスキームを図に示します。 1. トランジスタ VT2、VT6 のスイッチは、放電抵抗 R2 をバッテリに接続します。これと並列に、HL3 LED に電力を供給するトランジスタ VT4、VT1 に組み込まれた電圧コンバータ [8] が接続されます。 LED は放電プロセスのステータスを示しますが、バッテリーへの追加の負荷となります。 抵抗 R2 は LED の明るさを変化させることができ、その結果消費電流が変化します。 このようにして、放電電流を調整することができる。 バッテリが放電すると、スイッチの入力電圧とトランジスタ VTXNUMX のベース電圧が低下します。 このトランジスタのベース回路の分圧抵抗は、入力電圧が 1 V のときにベースの電圧が大幅に低下してトランジスタ VT2 が閉じ、その後トランジスタ VT1 の放電が停止するように選択されます。 図に示されている素子の定格では、放電電流を調整する間隔は 40 ～ 90 mA です。 抵抗R6を除いた場合、放電電流は10～50mAの範囲で変更可能です。 超高輝度 LED を使用する場合、このデバイスを使用して深放電からバッテリーを保護する懐中電灯を構築できます。
図上。 図 3 は、スイッチの別のアプリケーションであるタイマーを示しています。 それは私がポータブルデバイスである酸化物コンデンサのテスターで使用していました。 HL1 LED が回路に追加され、デバイスの状態を示します。 スイッチをオンにすると、LED が点灯し、ダイオード VD2 の逆電流によってコンデンサ C1 が充電され始めます。 特定の電圧では、トランジスタ VT3 が開き、トランジスタ VT2 のエミッタ接合が短絡し、デバイスがオフになります (LED がオフになります)。 コンデンサ C2 はダイオード VD1、抵抗 R3、R4 を介して急速に放電し、スイッチは元の状態に戻ります。 露光時間はコンデンサ C2 の静電容量とダイオードの逆電流によって決まります。 図に示されている要素を使用すると、約 2 分かかります。 コンデンサ C2 の代わりにフォトレジスタ、サーミスタ (または他のセンサー)、ダイオードの代わりに抵抗を設置すると、光や温度などが変化するとオフになるデバイスが得られます。
負荷に大きなコンデンサがある場合、回路ブレーカーがオンにならない可能性があります (コンデンサの容量によって異なります)。 この欠点のないデバイスの図を図に示します。 4. キーの機能を実行する別のトランジスタ VT1 が追加され、他の 1 つのトランジスタがこのキーを制御するため、スイッチの動作に対する負荷の影響が排除されます。 しかし同時に、負荷回路が短絡するとオンにならない特性が失われます。 LED も同様の機能を実行します。 図に示されている部品の定格では、トランジスタ VT3 のベース電流は約 XNUMX mA です。
いくつかのトランジスタ KT209K および KT209V をキーとしてテストしました。 基本電流伝達比は 140 ～ 170 でした。 負荷電流が 120 mA の場合、トランジスタ間の電圧降下は 120 ～ 200 mV でした。 160 mA - 0,5 ... 2,2 Vの電流で。複合トランジスタKT973Bをキーとして使用することにより、許容負荷電流を大幅に増加させることができましたが、その両端の電圧降下は750 ... 850 mVでした。 300 mA の電流では、トランジスタは弱くウォームアップされます。 オフ状態では、消費電流は非常に小さいため、DT830B マルチメータでは測定できませんでした。 同時に、トランジスタはパラメータに従って事前に選択されていません。 図上。 図５は、３チャネル依存スイッチの図を示す。 5つのスイッチを組み合わせていますが、必要に応じてスイッチの数を増やすことができます。 いずれかのボタンを短く押すと、対応するスイッチがオンになり、対応する負荷が電源に接続されます。 他のボタンを押すと、対応するスイッチがオンになり、前のボタンがオフになります。 次のボタンを押すと次のスイッチがオンになり、前のスイッチが再びオフになります。 同じボタンをもう一度押すと、最後に動作していたスイッチがオフになり、デバイスは元の状態に戻ります。すべての負荷は通電されません。 スイッチング モードは抵抗 R5 によって提供されます。 スイッチがオンになると、この抵抗にかかる電圧が増加し、以前にオンにされていたスイッチが閉じます。 この抵抗の抵抗値はスイッチ自体が消費する電流に依存します。この場合、その値は約 3 mA です。 要素 VD1、R3、および C2 は、コンデンサ C3、C5、および C7 の放電電流の通路を提供します。 抵抗器 R3 を介して、コンデンサ C2 はボタンを押すまでの一時停止中に放電します。 この回路を削除すると、オン モードとスイッチ モードのみが残ります。 抵抗器 R5 をジャンパー線に置き換えると、XNUMX つの独立して動作するデバイスが得られます。
このスイッチはアンプ付きテレビアンテナの切り替えに使用される予定だったが、ケーブルテレビの出現によりその必要性がなくなり、計画は実現しなかった。 スイッチではさまざまなタイプのトランジスタを使用できますが、特定の要件を満たす必要があります。 まず、それらはすべてシリコンでなければなりません。 第二に、負荷電流を切り替えるトランジスタは飽和電圧 U を持たなければなりません。私たちに 最大許容コレクタ電流 I 0,2 ... 0,3 V 以下к макс はスイッチ電流よりも数倍大きくなければならず、電流伝達係数 h21e 所定のベース電流でトランジスタが飽和モードになるのに十分な値です。 私が持っているトランジスタの中で、KT209とKT502シリーズのトランジスタは十分に優れていることが証明されており、KT3107とKT361シリーズはやや劣っています。 抵抗器の抵抗値は広い範囲で変更できます。 より高い効率が必要であり、スイッチ状態の表示が必要ない場合は、LED は取り付けられず、VT3 コレクタ回路の抵抗 (図 4 を参照) を 100 kΩ 以上に増やすことができますが、これを考慮する必要があります。これにより、VT2 トランジスタのベース電流と最大負荷電流が減少することを考慮してください。 トランジスタ VT3 (図 3 を参照) には電流伝達係数 h が必要です21e コンデンサ C100 の充電回路 (図 5 を参照) の抵抗器 R1 の抵抗値、および他の回路の同様の抵抗器の抵抗値は、1 ～ 100 kΩ の範囲にすることができます。 他の回路のコンデンサ C470 (図 1 参照) および同様のものは、漏れ電流が低いものでなければなりません。K1 酸化物半導体シリーズを使用することが望ましいですが、酸化物も使用できます。また、抵抗 R53 の抵抗値は 5 μm でなければなりません。 100キロオーム以上。 このコンデンサの静電容量が増加すると性能（デバイスがオンになってからオフになるまでの時間）が低下し、減少すると動作の明瞭さが低下します。 コンデンサ C2 (図 3 を参照) - 酸化物半導体のみ。 ボタン - 自動復帰機能付きの小型のボタン。 コンバータのコイル L1 (図 2 を参照) は白黒テレビの線路の直線性レギュレータから使用されており、コンバータは CFL からの W 字型磁気回路のチョークともうまく機能します。 [2] で示されている推奨事項を使用することもできます。 ダイオード VD1 (図 5 を参照) には、シリコンとゲルマニウムの両方の低電力のものを使用できます。 ダイオード VD1 (図 3 を参照) はゲルマニウムでなければなりません。 調整には装置が必要です。その図を図に示します。 2と図。 5、特別な要件がなく、すべての詳細が良好な場合は、残りを調整する必要はありません。 放電デバイスをセットアップするには (図 2 を参照)、出力電圧を調整できる電源が必要です。 まず、抵抗器 R4 の代わりに、抵抗値 4,7 kΩ の可変抵抗器を一時的に (最大抵抗まで) 取り付けます。 出力電圧を 1,25 V に設定した電源を接続し、ボタンを押して放電デバイスをオンにし、抵抗 R8 を使用して必要な放電電流を設定します。 その後、電源の出力の電圧が 1 V に設定され、追加の可変抵抗器の助けを借りてデバイスがオフになります。 その後、ターンオフ電圧を数回確認する必要があります。 これを行うには、電源の出力電圧を1,25 Vに上げてデバイスをオンにし、次にスイッチがオフになる瞬間を観察しながら電圧を徐々に1 Vに下げる必要があります。 次に、追加の可変抵抗器の導入部分が測定され、同じ抵抗値を持つ一定の可変抵抗器と置き換えられます。 他のすべてのデバイスでも、入力電圧が低下したときに同様のシャットダウン機能を実装できます。 調整も同様の方法で行います。 同時に、ターンオフポイント近くでは、トランジスタがスムーズに閉じ始め、負荷の電流も徐々に減少します。 負荷としてラジオ受信機がある場合、これは音量の減少として現れます。 おそらく、[1] で説明されている推奨事項がこの問題の解決に役立つでしょう。 スイッチの確立 (図 5 を参照) は、固定抵抗器 R3 および R5 を 2 ～ 3 倍の抵抗を持つ変数に一時的に置き換えるだけです。 抵抗R5を使用してボタンを連続して押すことにより、確実な動作を実現します。 その後、抵抗 R3 の助けを借りて同じボタンを繰り返し押すと、確実なシャットダウンが実現します。 次に、前述したように、可変抵抗器が定数抵抗器に置き換えられます。 ノイズ耐性を高めるには、数ナノファラッドの容量を持つセラミック コンデンサを抵抗 R7、R13、および R19 と並列に取り付ける必要があります。 文学
著者: V. ブラトフ
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