Машинка на ДУ управлении своими руками — Крутим мотор (PIC)!

На этом уроке мы продолжим изучать биполярный транзистор. Познакомимся с некоторыми дополнительными параметрами.

Рассчитать каскад с общим эмиттером в ключевом режиме для PIC я предлагаю Вам самостоятельно. Ну а тем, у кого в процессе решения задачи появятся вопросы, кто не справится или просто не захочет заморачиваться найдут решение в видео-приложении к уроку.

Итак, биполярный транзистор в ключевом режиме может находиться в 2-х противоположных состояниях:

Режим отсечки

Когда напряжение база-эмиттер ниже, чем 0.6V — 0.7V, PN-переход база-эмиттер закрыт. Отсутствует ток базы и ток коллектора. Получается, что транзистор как бы закрыт, и говорят, что он находится в режиме отсечки.

Режим насыщения

Когда ток базы достаточно велик, мощности питания просто не хватит для обеспечения такой величины тока коллектора, которая бы соответствовала коэффициенту усиления транзистора.

В режиме насыщения ток коллектора будет максимальным, который может обеспечить источник питания. Сопротивление перехода коллектор-эмиттер минимально.

С параметрами Iк, Uкэ, h21э мы познакомились на предыдущем уроке. Какие же ещё параметры влияют на работу каскада в ключевом режиме??

Входное сопротивление

Входным сопротивлением называется сопротивление транзистора со стороны базы. Обозначается Rвх. Входное сопротивление выбирается в несколько раз больше (5 — 10 раз) чем сопротивление источника сигнала. Т.к. обычно на вход транзистора подают источник слабого сигнала, у которого нужно потреблять как можно меньше тока.

Частотная характеристика

Зависимость коэффициента усиления транзистора от частоты входящего сигнала. С повышением частоты, способность транзистора усиливать сигнал постепенно падает. Причиной тому являются паразитные емкости, образовавшиеся в PN-переходах.

На изменения входного сигнала в базе транзистор реагирует не мгновенно, а с определенным замедлением, обусловленным затратой времени на наполнение зарядом этих емкостей. Потому, при очень высоких частотах, транзистор просто не успевает среагировать и полностью усилить сигнал.

Максимальная мощность рассеивания

Через коллектор транзистора в процессе работы протекает ток, а на переходе эмиттер-коллектор падает напряжение. Произведение тока Iк  на напряжение Uкэ можно считать мощностью, рассеиваемой на транзисторе.

Напряжение насыщения коллектор-эмиттер

Это напряжение между выво­дами коллектора и эмиттера в режиме полного открытия транзистора — насыщения.

К примеру напряжение насыщения коллектор-эмиттер равно: Uкэ.нас. = 1.2В. Через коллектор транзистора протекает ток, скажем 1,5А. Значит, мощность на транзисторе составит 1,2В * 1,5А = 1,8Вт. По даташиту рассеиваемая транзистором мощность 2Вт — значит, такой транзистор не сможет работать без радиатора. А наилучшим выходом будет выбор более мощного транзистора. Работа на пределе снижает отказоустойчивость!

 

САМОСТОЯТЕЛЬНАЯ РАБОТА
(методическое пособие)

ЗАДАНИЕ: Определить требуемый ток линии порта для включения нагрузки. Определить, не превышает ли требуемый ток максимального тока линии порта!? Рассчитать Rб каскада на биполярном транзисторе, работающим в ключевом режиме. Определить падение напряжения на нагрузке (двигателе). Рассчитать рассеиваемую мощность транзистора в режиме насыщения.

Заглянем в даташит транзистора SS8050 и определим исходные данные для расчёта: h21э (выбираем минимальное значение) и Uкэ.нас.

Из даташита МК, РАЗДЕЛ 15.0, Электрические характеристики определим максимальную нагрузку линии порта по току.  

Зададимся значением тока нагрузки в коллекторе Iк = 500мА и падением на переходе база-эмиттер Uбэ = 0,7В.

Зная ток нагрузки, он же ток коллектора, вычислим ток базы. Для этого разделим максимально возможный ток нагрузки на коэффициент усиления по току: Iб = Iк/h21э. Ток базы равен току линии порта. Сравниваем с максимальным током линии порта! Делаем вывод о пригодности каскада управления двигателем;

Определим падение напряжения на базовом резисторе. Для этого вычтем из входного напряжения (входное напряжение – напряжение которое поступает с вывода линии порта МК и равно +5В) падение напряжения на переходе база-эмиттер: URб = Uвх – Uбэ;

Вычислим сопротивление базового резистора по закону Ома. Для этого разделим напряжение падения на базовом резисторе на ток базы: Rб = UR1/Iб.

Вычислим падение напряжения на нагрузке. Поскольку в режиме насыщения напряжение между выво­дами коллектора и эмиттера не равно нулю, напряжение нагрузки будет равно разнице между напряжением питания и напряжением насыщения коллектор эмиттер:
н = Vcc – Uкэ.нас;

Вычислим рассеиваемую мощность транзистора в режиме насыщения. Для этого необходимо умножить ток нагрузки на напряжение насыщения коллектор эмиттер: Pнас. = Iк*Uкэ.нас.

Ответы к самостоятельной работе Вы сможете найти в видео-приложении к данному уроку

Тема поддержки на форуме