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ENCICLOPÉDIA DE RÁDIO ELETRÔNICA E ENGENHARIA ELÉTRICA Interruptores de transistores. Enciclopédia de rádio eletrônica e engenharia elétrica
Enciclopédia de eletrônica de rádio e engenharia elétrica / Relógios, temporizadores, relés, interruptores de carga O principal objetivo das chaves transistorizadas, cujos circuitos são apresentados à atenção dos leitores, é ligar e desligar uma carga CC. Além disso, pode realizar funções adicionais, por exemplo, indicar seu status, desligar automaticamente a carga quando a bateria estiver descarregada até o valor máximo permitido ou com base em um sinal de temperatura, sensores de luz, etc. em vários interruptores. A comutação da corrente é realizada por um transistor e o controle é feito por um simples botão com contato de curto-circuito. Cada pressão do botão altera o estado do interruptor para o oposto. Uma descrição de uma chave semelhante foi fornecida em [1], mas dois botões são usados para controle. As vantagens dos interruptores propostos incluem conexão de carga sem contato, praticamente nenhum consumo de corrente quando desligado, elementos acessíveis e possibilidade de utilização de um botão de pequeno porte que ocupa pouco espaço no painel do dispositivo. Desvantagens - próprio consumo de corrente (vários miliamperes) no estado ligado, queda de tensão no transistor (frações de volt), a necessidade de tomar medidas para proteger o contato confiável no circuito de entrada do ruído de impulso (pode desligar espontaneamente se o o contato é brevemente interrompido). O diagrama do circuito do interruptor é mostrado na Fig. 1. O princípio de sua operação é baseado no fato de que um transistor de silício aberto tem uma tensão na junção base-emissor do transistor de 0,5...0,7 V, e a tensão de saturação coletor-emissor pode ser 0,2...0,3 Q Essencialmente, este dispositivo é um gatilho em transistores de diferentes estruturas, controlado por um botão. Após a aplicação da tensão de alimentação, ambos os transistores são fechados e o capacitor C1 é descarregado. Ao pressionar o botão SB1, a corrente de carga do capacitor C1 abre o transistor VT1, e depois o transistor VT2 abre. Quando o botão é liberado, os transistores permanecem ligados, a tensão de alimentação (menos a queda de tensão no transistor VT1) é fornecida à carga e o capacitor C1 continua a carregar. Ele será carregado com uma tensão ligeiramente maior que a tensão de base desse transistor, uma vez que a tensão de saturação coletor-emissor é menor que a tensão base-emissor.
Portanto, na próxima vez que você pressionar o botão, a tensão base-emissor no transistor VT1 será insuficiente para mantê-lo no estado aberto e ele fechará. A seguir, o transistor VT2 fechará e a carga será desenergizada. O capacitor C1 será descarregado através da carga e dos resistores R3-R5, e a chave retornará ao seu estado original. Corrente máxima de coletor do transistor VT1 Iк depende do coeficiente de transferência atual h21E e corrente de base Iб: Euк = Euб · H21E. Para as classificações e tipos de elementos indicados no diagrama, esta corrente é de 100...150 mA. Para que a chave funcione corretamente, a corrente consumida pela carga deve ser menor que este valor. Essa opção possui dois recursos. Se houver curto-circuito na saída da chave, após pressionar brevemente o botão SB1, os transistores abrirão por um curto período de tempo e depois, após carregar o capacitor C1, fecharão. Quando a tensão de saída diminuir para aproximadamente 1 V (dependendo das resistências dos resistores R3 e R4), os transistores também fecharão, ou seja, a carga será desenergizada. A segunda propriedade do switch pode ser usada para construir um dispositivo de descarga para baterias individuais de Ni-Cd ou Ni-Mh de até 1 V antes de combiná-las em uma bateria e posterior carregamento geral. O diagrama do dispositivo é mostrado na Fig. 2. Uma chave nos transistores VT1, VT2 conecta um resistor de descarga R6 à bateria, em paralelo com a qual é conectado um conversor de tensão [2], montado nos transistores VT3, VT4, que alimenta o LED HL1. O LED indica o status do processo de descarga e representa uma carga adicional na bateria. O resistor R8 pode alterar o brilho do LED, como resultado da alteração da corrente consumida por ele. Desta forma você pode ajustar a corrente de descarga. À medida que a bateria descarrega, a tensão na entrada da chave diminui, assim como na base do transistor VT2. Os resistores divisores no circuito base deste transistor são selecionados de tal forma que com uma tensão de entrada de 1 V, a tensão na base diminuirá tanto que o transistor VT2 fechará, seguido pelo transistor VT1 - a descarga irá parar. Com as classificações dos elementos indicadas no diagrama, o intervalo de ajuste da corrente de descarga é de 40...90 mA. Se o resistor R6 for excluído, a corrente de descarga pode ser alterada na faixa de 10 a 50 mA. Ao usar um LED superbrilhante, este dispositivo pode ser usado para construir uma lanterna com proteção de bateria contra descarga profunda.
Na Fig. A Figura 3 mostra outra aplicação de um switch - um temporizador. Usei-o em um dispositivo portátil - um testador de capacitores de óxido. O circuito também inclui um LED HL1, que indica o status do dispositivo. Após ligar, o LED acende e o capacitor C2 começa a carregar com a corrente reversa do diodo VD1. A uma determinada tensão, o transistor VT3 abrirá nele, o que causará um curto-circuito na junção do emissor do transistor VT2, o que desligará o dispositivo (o LED apagará). O capacitor C2 descarregará rapidamente através do diodo VD1, dos resistores R3, R4 e a chave retornará ao seu estado original. O tempo de espera depende da capacitância do capacitor C2 e da corrente reversa do diodo. Com os elementos indicados no diagrama são cerca de 2 minutos. Se instalarmos um fotorresistor, um termistor (ou outros sensores) em vez do capacitor C2, e um resistor em vez do diodo, obteremos um dispositivo que desligará quando a luz, a temperatura, etc.
Se a carga contiver capacitores grandes, a chave poderá não ligar (isso depende de sua capacitância). O diagrama de um dispositivo que não apresenta essa desvantagem é mostrado na Fig. 4. Foi adicionado outro transistor VT1, que desempenha a função de chave, e outros dois transistores controlam esta chave, o que elimina a influência da carga no funcionamento da chave. Mas neste caso, a propriedade de não ligar se houver curto-circuito no circuito de carga será perdida. O LED desempenha uma função semelhante. Com as classificações dos componentes indicadas no diagrama, a corrente de base do transistor VT1 é de cerca de 3 mA.
Vários transistores KT209K e KT209V foram testados como chave. Eles tinham coeficientes básicos de transferência de corrente de 140 a 170. Com uma corrente de carga de 120 mA, a queda de tensão nos transistores foi de 120...200 mV. Com uma corrente de 160 mA - 0,5...2,2 V. O uso de um transistor composto KT973B como chave tornou possível aumentar significativamente a corrente de carga permitida, mas a queda de tensão nele foi de 750...850 mV, e a uma corrente de 300 mA, o transistor aquece fracamente. Quando desligado, o consumo de corrente é tão pequeno que não poderia ser medido com o multímetro DT830B. Neste caso, os transistores não foram pré-selecionados para nenhum parâmetro. Na Fig. A Figura 5 mostra um diagrama de um switch dependente de três canais. Combina três interruptores, mas se necessário o seu número pode ser aumentado. Um toque curto em qualquer um dos botões ligará a chave correspondente e conectará a carga correspondente à fonte de alimentação. Se você pressionar qualquer outro botão, o interruptor correspondente será ligado e o anterior será desligado. Pressionar o próximo botão ligará o próximo interruptor e o anterior desligará novamente. Ao pressionar o mesmo botão novamente, a última chave em funcionamento será desligada e o dispositivo retornará ao seu estado original - todas as cargas serão desenergizadas. O modo de comutação é fornecido pelo resistor R5. Quando uma chave é ligada, a tensão neste resistor aumenta, o que leva ao fechamento da chave anteriormente ligada. A resistência deste resistor depende da corrente consumida pelas próprias chaves, neste caso seu valor é de cerca de 3 mA. Os elementos VD1, R3 e C2 garantem a passagem da corrente de descarga dos capacitores C3, C5 e C7. Através do resistor R3, o capacitor C2 descarrega em pausas entre o pressionamento do botão. Se este circuito for eliminado, apenas os modos ligado e interruptor permanecerão. Ao substituir o resistor R5 por um jumper de fio, obtemos três dispositivos operando de forma independente.
O switch deveria ser utilizado em um switch para antenas de televisão com amplificadores, mas com o advento da televisão a cabo a necessidade dele desapareceu e o projeto não foi colocado em prática. Os switches podem usar uma variedade de transistores, mas devem atender a certos requisitos. Primeiro, todos eles devem ser de silício. Em segundo lugar, os transistores que comutam a corrente de carga devem ter uma tensão de saturação Upara nós não mais que 0,2...0,3 V, corrente de coletor máxima permitida Iк Max deve ser várias vezes maior que a corrente comutada, e o coeficiente de transferência de corrente h21e suficiente para que em uma determinada corrente de base o transistor esteja no modo de saturação. Dos transistores que possuo, os transistores das séries KT209 e KT502 provaram-se bem, e um pouco pior - as séries KT3107 e KT361. As resistências do resistor podem variar dentro de limites significativos. Se for necessária maior eficiência e não houver necessidade de indicar o estado da chave, o LED não é instalado e o resistor no circuito coletor VT3 (ver Fig. 4) pode ser aumentado para 100 kOhm ou mais, mas deve leve em consideração que isso reduzirá a corrente de base do transistor VT2 e a corrente máxima de carga. O transistor VT3 (ver Fig. 3) deve ter um coeficiente de transferência de corrente h21e mais de 100. A resistência do resistor R5 no circuito de carga do capacitor C1 (ver Fig. 1) e similares em outros circuitos pode estar na faixa de 100...470 kOhm. O capacitor C1 (ver Fig. 1) e similares em outros circuitos devem ter baixa corrente de fuga, é aconselhável usar semicondutores de óxido da série K53, mas também podem ser usados de óxido, e a resistência do resistor R5 não deve ser superior a 100 kOhm. Se a capacitância deste capacitor aumentar, o desempenho diminuirá (o tempo após o qual o dispositivo pode ser desligado após ser ligado), e se diminuir, a clareza da operação diminuirá. O capacitor C2 (ver Fig. 3) é apenas um semicondutor de óxido. Botões - quaisquer pequenos com retorno automático. A bobina L1 do conversor (ver Fig. 2) é usada no regulador de linearidade de linha de uma TV preto e branco, o conversor também funciona bem com um indutor no circuito magnético em forma de W de uma lâmpada fluorescente compacta. Você também pode usar as recomendações fornecidas em [2]. O diodo VD1 (ver Fig. 5) pode ser qualquer diodo de baixa potência, seja de silício ou germânio. O diodo VD1 (ver Fig. 3) deve ser de germânio. A instalação requer dispositivos cujos diagramas são mostrados na Fig. 2 e fig. 5, o restante não precisa de ajuste se não houver requisitos especiais e todas as peças estiverem em condições de funcionamento. Para configurar um dispositivo de descarga (ver Fig. 2), você precisará de uma fonte de alimentação com tensão de saída ajustável. Em primeiro lugar, em vez do resistor R4, um resistor variável com resistência de 4,7 kOhm (na resistência máxima) é instalado temporariamente. Conecte a fonte de alimentação, tendo previamente ajustado a tensão em sua saída para 1,25 V. Ligue o dispositivo de descarga pressionando o botão e defina a corrente de descarga necessária usando o resistor R8. Depois disso, uma tensão de 1 V é ajustada na saída da fonte de alimentação e, por meio de um resistor variável adicional, o dispositivo é desligado. Depois disso, você precisa verificar a tensão de desligamento várias vezes. Para isso, é necessário aumentar a tensão na saída da fonte de alimentação para 1,25 V, ligar o aparelho, depois reduzir suavemente a tensão para 1 V, observando o momento em que ele desliga. Em seguida, meça a parte introduzida do resistor variável adicional e substitua-o por um constante com a mesma resistência. Todos os outros dispositivos também podem implementar uma função de desligamento semelhante quando a tensão de entrada cai. A configuração é feita da mesma maneira. Nesse caso, o fato é que próximo ao ponto de desligamento os transistores começam a fechar suavemente e a corrente na carga também diminuirá gradativamente. Se houver um receptor de rádio como carga, isso se manifestará como uma diminuição no volume. Talvez as recomendações descritas em [1] ajudem a resolver este problema. A configuração da chave (ver Fig. 5) se resume à substituição temporária dos resistores constantes R3 e R5 por variáveis com resistência 2...3 vezes maior. Pressionando sucessivamente os botões, usando o resistor R5, é alcançada uma operação confiável. Depois disso, pressionando repetidamente o mesmo botão usando o resistor R3, é obtido um desligamento confiável. Em seguida, os resistores variáveis são substituídos por constantes, conforme mencionado acima. Para aumentar a imunidade a ruídos, capacitores cerâmicos com capacidade de vários nanofarads devem ser instalados em paralelo com os resistores R7, R13 e R19. Literatura
Autor: V. Bulatov
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