Транзисторный переключатель
Рассмотрим схему, изображенную ниже
Транзисторный переключатель — это схема, которая с помощью небольшого управляющего тока может создавать в другой схеме ток значительно большей величины. Ее работу помогают понять правила, приведенные выше. Когда контакт переключателя разомкнут, ток базы отсутствует. Значит, как следует из правила 4 для биполярных транзисторов, отсутствует и ток коллектора. Лампа не горит.
Когда переключатель замкнут, напряжение на базе составляет 0,6 В (диод база‑эмиттер открыт). Падение напряжения на резисторе базы составляет 9,4 В, следовательно, ток базы равен 9,4 мА. Если, не подумав, воспользоваться правилом 4, то можно получить неправильный результат: IK = 940 мА (для типичного значения β = 100). В чем же ошибка?
Дело в том, что правило 4 действует лишь в том случае, если соблюдено правило 1; если ток коллектора достиг 100 мА, то падение напряжения на лампе составляет 10 В. Для того чтобы ток был еще больше, нужно чтобы потенциал коллектора был меньше потенциала земли. Но транзистор не может перейти в такое состояние. Когда потенциал коллектора приближается к потенциалу земли, транзистор переходит в режим насыщения (типичные значения напряжения насыщения лежат в диапазоне 0,05‑0,2 В) и изменение потенциала коллектора прекращается.
В нашем случае лампа загорается, когда падение напряжения на ней составляет 10В. Если на базу подается избыточный сигнал (мы использовали ток 9,4 мА, хотя достаточно было бы иметь 1,0 мА), то схема не тратит этот избыток. В нашем случае это очень выгодно, так как через лампу протекает большой ток, когда она находится в холодном состоянии (сопротивление лампы в холодном состоянии в 5‑10 раз меньше, чем при протекании рабочего тока).
Кроме того, при небольших напряжениях между коллектором и базой уменьшается коэффициент β, а значит, для того чтобы перевести транзистор в режим насыщения, нужен дополнительный ток базы. Иногда к базе подключают резистор (с сопротивлением, например, 10 кОм), для того чтобы при разомкнутом переключателе потенциал базы наверняка был равен потенциалу земли. Этот резистор не влияет на работу схемы при замкнутом переключателе, так как через него протекает лишь малая доля тока (0,06 мА).
При разработке транзисторных переключателей вам пригодятся следующие рекомендации:
Сопротивление резистора в цепи базы лучше брать поменьше, тогда избыточный базовый ток будет больше. Эта рекомендация особенно полезна для схем, управляющих включением ламп; так как при низком значении UКЭ уменьшается и коэффициент β. О ней следует помнить и при разработке быстродействующих переключателей, так как на очень высоких частотах (порядка мегагерц) проявляются емкостные эффекты и уменьшается значение коэффициента β . Для увеличения быстродействия к базовому резистору параллельно подключают конденсатор.
Если потенциал нагрузки по какой‑либо причине меньше потенциала земли (например, если на нагрузке действует напряжение переменного тока или она индуктивная), то параллельно коллекторному переходу следует подключить диод. Тогда цепь коллектор‑база не будет проводить ток при отрицательном напряжении на нагрузке. Можно также использовать диод, включенный в обратном направлении по отношению к положительному потенциалу питания.
При использовании индуктивных нагрузок транзистор следует предохранять с помощью диода, подключенного к нагрузке
