晶体管开关。方案、说明

晶体管开关。无线电电子电气工程百科全书

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晶体管开关的主要用途（其电路供读者注意）是打开和关闭直流负载。此外，它还可以执行附加功能，例如指示其状态，当电池放电至最大允许值时或根据来自温度、光传感器等的信号自动关闭负载。可以根据在几个开关上。电流切换由晶体管进行，控制由一个带有短路触点的简单按钮进行。每次按下按钮都会反转开关的状态。

[1] 中给出了类似开关的描述，但有两个按钮用于控制。所提出的开关的优点包括负载的非接触式连接、关闭状态下几乎没有电流消耗、可访问的元件以及可以使用在仪表板上占用很少空间的小尺寸按钮。缺点 - 导通状态下自身的电流消耗（几毫安），晶体管两端的电压降（几分之一伏），需要采取措施保护输入电路中的可靠触点免受脉冲噪声的影响（它可以自发地关闭）短期接触故障）。

开关电路图如图所示。 1、其工作原理是基于这样的事实：对于开路硅晶体管，晶体管基极-发射极结处的电压为0,5…0,7V，集电极-发射极饱和电压可为0,2…0,3V。 1 Q. 其实这个装置是在不同结构的晶体管上触发的，一键控制。施加电源电压后，两个晶体管都关闭，并且电容器CXNUMX放电。

当按下SB1按钮时，电容器C1的充电电流使晶体管VT1打开，随后晶体管VT2打开。当按钮被释放时，晶体管保持导通，电源电压（减去晶体管VT1两端的压降）被提供给负载，并且电容器C1将继续充电。由于集电极-发射极饱和电压小于基极-发射极电压，它将充电至略高于该晶体管基极电压的电压。

晶体管开关
米。 1.开关电路

因此，下次按下按钮时，晶体管 VT1 上的基极-发射极电压将不足以使其保持打开状态，从而关闭。接下来，晶体管VT2将关闭，负载将断电。电容器C1将通过负载和电阻器R3-R5放电，开关将返回到其原始状态。晶体管VT1最大集电极电流I_к 取决于电流传输系数 h_21E 和基极电流 I_б：我_к 我是_б· H_21E。对于图中所示元件的额定值和类型，该电流为 100 ... 150 mA。为了使开关正常工作，负载消耗的电流必须小于该值。

该开关有两个特点。如果开关输出端发生短路，短按SB1按钮后，晶体管将短时间打开，然后在对电容器C1充电后关闭。当输出电压降低到约1V（取决于电阻器R3和R4的电阻）时，晶体管也将关闭，即负载将断电。

该开关的第二个特性可用于为单个 Ni-Cd 或 Ni-Mh 电池构建高达 1 V 的放电装置，然后将它们编译成电池并进一步进行常规充电。装置框图如图所示。 2. 晶体管 VT1、VT2 上的开关将放电电阻器 R6 连接到电池，与电池并联连接电压转换器 [2]，该电压转换器组装在晶体管 VT3、VT4 上，为 HL1 LED 供电。 LED 指示放电过程的状态，是电池的附加负载。电阻R8可以改变LED的亮度，从而改变其消耗的电流。这样就可以调节放电电流。随着电池放电，开关输入端以及晶体管 VT2 基极的电压下降。

该晶体管基极电路中的分压电阻的选择方式是，在输入电压为 1 V 时，基极电压将降低很多，从而使晶体管 VT2 关闭，随后晶体管 VT1 关闭 - 放电将停止。对于图中所示的元件额定值，放电电流调节间隔为 40...90 mA。如果去掉电阻R6，放电电流可在10～50mA范围内变化。当使用超亮 LED 时，该器件可用于构建具有电池深度放电保护的手电筒。

晶体管开关
米。 2、放电装置方案

在图中。图 3 显示了开关的另一个应用 - 计时器。我在便携式设备中使用了它——氧化物电容器测试仪。电路中另外引入了 HL1 LED，用于指示设备的状态。接通后，LED发光，二极管VD2的反向电流开始对电容C1充电。在一定的电压下，晶体管VT3将在其上打开，从而使晶体管VT2的发射结短路，从而使器件关断（LED将关闭）。电容C2通过二极管VD1、电阻R3、R4快速放电，开关恢复到原来的状态。保持时间取决于电容器C2的电容量和二极管的反向电流。

根据图中所示的元素，大约需要 2 分钟。如果我们安装光敏电阻、热敏电阻（或其他传感器）而不是电容器 C2，并且不是二极管（电阻器），我们就会得到一个在光线、温度等发生变化时关闭的设备。

晶体管开关
米。 3.定时器电路

如果负载包含大电容器，开关可能无法打开（这取决于它们的电容）。图 4 中显示了没有此缺点的设备图。 1、又增加了一个晶体管VT1，它执行一个按键的功能，另外两个晶体管控制这个按键，这样就消除了负载对开关工作的影响。但这样的话，就会失去负载电路短路时不导通的特性。 LED 执行类似的功能。根据图中所示部件的额定值，晶体管VT3的基极电流约为XNUMXmA。

晶体管开关
米。一、设备示意图

几个晶体管KT209K和KT209V作为重点进行了测试。它们的基本电流传输系数为 140 至 170。

负载电流为 120 mA 时，晶体管两端的电压降为 120...200 mV。电流为 160 mA - 0,5...2,2 V。使用复合晶体管 KT973B 作为开关可以显着增加允许的负载电流，但其两端的电压降为 750...850 mV，并且当电流为 300 mA 时，晶体管的预热能力较弱。关闭时，电流消耗非常小，无法用DT830B万用表测量。同时，晶体管并未根据任何参数进行初步选择。

在图中。图5示出了三通道相关开关的图。它结合了三个开关，但如果需要，可以增加它们的数量。短按任意按钮将打开相应的开关并将相应的负载连接到电源。如果按任何其他按钮，相应的开关将打开，前一个开关将关闭。按下一个按钮将打开下一个开关，而上一个开关将再次关闭。当您再次按下同一按钮时，最后一个工作开关将关闭，设备将返回其原始状态 - 所有负载将断电。开关模式由电阻器 R5 提供。

当开关打开时，该电阻器两端的电压增加，从而导致先前打开的开关闭合。该电阻器的阻值取决于开关本身消耗的电流，在本例中其值约为 3 mA。元件VD1、R3和C2提供电容器C3、C5和C7的放电电流通过。通过电阻器 R3，电容器 C2 在按下按钮之间的暂停期间放电。如果消除该电路，则仅保留开启和开关模式。用跳线代替电阻器 R5，我们得到三个独立运行的器件。

米。 5. 三通道依赖开关示意图（点击放大）

该开关原本应该用于带有放大器的电视天线的开关，但随着有线电视的出现，对它的需求消失了，该项目没有付诸实践。

开关可以使用多种晶体管，但它们必须满足一定的要求。首先，它们必须都是硅。其次，晶体管开关负载电流必须有饱和电压U_对我们不超过0,2 ... 0,3 V，最大允许集电极电流I_к _макс 必须比开关电流大几倍，并且电流传输系数 h_21e 足以使得在给定基极电流下，晶体管处于饱和模式。在我拥有的晶体管中，KT209和KT502系列的晶体管已经证明自己很好，而KT3107和KT361系列则稍差一些。

电阻器的阻值可以在很宽的范围内改变。如果需要更高的效率，又不需要指示开关状态，可以不装LED，集电极电路VT3（见图4）中的电阻可以增大到100kOhm以上，但必须需要注意的是，这会降低晶体管VT2的基极电流和最大负载电流。晶体管VT3（见图3）必须具有电流传输系数h_21e 大于100Ω。电容器C5充电电路中的电阻器R1（见图1）以及其他电路中的类似电阻器的阻值可以在100...470kOhm的范围内。电容器C1（见图1）及其他电路中的类似电容器应具有较低的漏电流，建议使用氧化物半导体K53系列，但也可以使用氧化物半导体，电阻R5的阻值应不大于100 欧姆。

如果该电容器的电容增大，则性能会下降（设备打开后可以关闭的时间），如果减小，则操作的清晰度会下降。电容器 C2（见图 3）- 仅氧化物半导体。按钮 - 任何小尺寸的自动返回按钮。转换器的L1线圈（见图2）用于黑白电视的线路线性调节器；该转换器还可以与CFL W形磁路上的扼流圈配合使用。您还可以使用[2]中给出的建议。二极管 VD1（见图 5）可以是任何低功率二极管，可以是硅二极管，也可以是锗二极管。二极管 VD1（见图 3）必须是锗二极管。

安装需要设备，其示意图如图2所示。 5和图。 2、其余如无特殊要求且各部件工作正常则无需调整。要设置放电装置（见图 4），您需要一个输出电压可调的电源。首先，临时安装一个阻值为4,7 kOhm（最大阻值）的可变电阻器来代替电阻器R1,25。连接电源，事先将其输出电压设置为 8 V。按下按钮打开放电设备，并使用电阻器 R1 设置所需的放电电流。此后，在电源输出端设置 1,25V 电压，并使用附加可变电阻器关闭器件。此后，您需要多次检查关断电压。为此，您需要将电源输出端的电压增加到1 V，打开设备，然后需要将电压平滑地降低到XNUMX V，观察其关闭的瞬间。然后测量附加可变电阻引入的部分，并用相同阻值的恒定电阻替换。

在所有其他器件中，您还可以在输入电压下降时实现类似的关断功能。设置以同样的方式完成。在这种情况下，事实是在接近关断点时，晶体管开始平稳关闭，负载中的电流也会逐渐减小。如果有无线电接收器作为负载，这将表现为音量的减小。也许[1]中描述的建议将有助于解决这个问题。

设置开关（见图 5）归结为暂时用电阻大 3...5 倍的变量代替固定电阻器 R2 和 R3。通过连续按下按钮，使用电阻器 R5，可以实现可靠的操作。此后，通过使用电阻器 R3 重复按下同一按钮，可以实现可靠的关闭。然后如上所述，将可变电阻器替换为恒定电阻器。为了提高抗噪声能力，必须与电阻器R7、R13和R19并联安装容量为几纳法的陶瓷电容器。

文学

Polyakov V. 电子开关保护电池。 - 广播，2002 年，第 8 期，第 60 页XNUMX.
Nechaev I. 电子比赛。 - 广播，1992 年，第 1 期，第 19 页。 21-XNUMX。

作者：V.布拉托夫

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