Transistorschalter. Enzyklopädie der Funkelektronik und Elektrotechnik

Lexikon der Funkelektronik und Elektrotechnik / Uhren, Timer, Relais, Lastschalter

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Der Hauptzweck von Transistorschaltern, deren Schaltkreise den Lesern zur Verfügung gestellt werden, besteht darin, die Gleichstromlast ein- und auszuschalten. Darüber hinaus kann es zusätzliche Funktionen ausführen, z. B. seinen Status anzeigen, die Last automatisch ausschalten, wenn der Akku bis zum maximal zulässigen Wert entladen ist, oder durch ein Signal von Temperatur, Lichtsensoren usw. Eine Umschaltung kann basierend darauf erfolgen mehrere Schalter. Das Schalten des Stroms erfolgt über einen Transistor und die Steuerung erfolgt über einen einfachen Knopf mit Kontakt beim Schließen. Jeder Tastendruck kehrt den Zustand des Schalters um.

Eine Beschreibung eines ähnlichen Schalters wurde in [1] gegeben, dort wurden jedoch zwei Tasten zur Steuerung verwendet. Zu den Vorteilen der vorgeschlagenen Schalter gehören der berührungslose Anschluss der Last, praktisch kein Stromverbrauch im ausgeschalteten Zustand, zugängliche Elemente und die Möglichkeit, einen kleinen Knopf zu verwenden, der wenig Platz auf der Instrumententafel einnimmt. Nachteile - eigener Stromverbrauch (mehrere Milliampere) im eingeschalteten Zustand, Spannungsabfall am Transistor (Bruchteile eines Volts), die Notwendigkeit, Maßnahmen zu ergreifen, um einen zuverlässigen Kontakt im Eingangskreis vor Impulsrauschen zu schützen (er kann sich spontan ausschalten). ein kurzfristiger Kontaktausfall).

Der Schaltkreis ist in Abb. dargestellt. 1. Das Funktionsprinzip basiert auf der Tatsache, dass bei einem offenen Siliziumtransistor die Spannung am Basis-Emitter-Übergang des Transistors 0,5 ... 0,7 V beträgt und die Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung 0,2 betragen kann. . 0,3 Q. Tatsächlich handelt es sich bei diesem Gerät um einen Auslöser für Transistoren mit unterschiedlichen Strukturen, der über eine Taste gesteuert wird. Nach Anlegen der Versorgungsspannung werden beide Transistoren geschlossen und der Kondensator C1 entladen.

Beim Drücken der SB1-Taste öffnet der Ladestrom des Kondensators C1 den Transistor VT1 und danach den Transistor VT2. Wenn die Taste losgelassen wird, bleiben die Transistoren eingeschaltet, die Versorgungsspannung (abzüglich des Spannungsabfalls am Transistor VT1) wird an die Last angelegt und der Kondensator C1 wird weiter aufgeladen. Er lädt sich auf eine Spannung auf, die etwas höher ist als die Basisspannung dieses Transistors, da die Kollektor-Emitter-Sättigungsspannung geringer ist als die Basis-Emitter-Spannung.

Reis. 1. Stromkreis wechseln

Daher reicht die Basis-Emitter-Spannung am Transistor VT1 beim nächsten Drücken der Taste nicht aus, um ihn offen zu halten, und er schließt. Als nächstes schließt der Transistor VT2 und die Last wird stromlos. Der Kondensator C1 wird über die Last und die Widerstände R3-R5 entladen und der Schalter kehrt in seinen ursprünglichen Zustand zurück. Der maximale Kollektorstrom des Transistors VT1 I_к hängt vom aktuellen Übertragungskoeffizienten h ab_21E und Basisstrom I_б: I_к = Ich_б · H_21E. Für die im Diagramm angegebenen Nennwerte und Elementtypen beträgt dieser Strom 100 ... 150 mA. Damit der Leistungsschalter ordnungsgemäß funktioniert, muss der von der Last aufgenommene Strom unter diesem Wert liegen.

Dieser Schalter verfügt über zwei Funktionen. Bei einem Kurzschluss am Ausgang des Schalters öffnen die Transistoren nach einem kurzen Druck auf die Taste SB1 kurzzeitig und schließen sich dann nach dem Laden des Kondensators C1. Sinkt die Ausgangsspannung auf ca. 1 V (abhängig von den Widerständen R3 und R4), schließen auch die Transistoren, d. h. die Last wird stromlos.

Mit der zweiten Eigenschaft des Schalters kann ein Entladegerät für einzelne Ni-Cd- oder Ni-Mh-Akkus bis 1 V aufgebaut werden, bevor diese zu einem Akku zusammengefasst und weiter geladen werden. Das Schema des Geräts ist in Abb. dargestellt. 2. Der Schalter an den Transistoren VT1, VT2 verbindet einen Entladewiderstand R6 mit der Batterie, parallel zu dem ein Spannungswandler [2] geschaltet ist, der auf den Transistoren VT3, VT4 aufgebaut ist und die HL1-LED speist. Die LED zeigt den Status des Entladevorgangs an und belastet den Akku zusätzlich. Der Widerstand R8 kann die Helligkeit der LED verändern, wodurch sich der von ihr aufgenommene Strom ändert. Auf diese Weise kann der Entladestrom eingestellt werden. Wenn sich die Batterie entlädt, sinkt die Spannung am Eingang des Schalters sowie an der Basis des Transistors VT2.

Die Teilerwiderstände im Basiskreis dieses Transistors sind so gewählt, dass bei einer Eingangsspannung von 1 V die Spannung an der Basis so stark abnimmt, dass der Transistor VT2 schließt und danach der Transistor VT1 – die Entladung stoppt. Bei den im Diagramm angegebenen Nennwerten der Elemente beträgt das Intervall zur Einstellung des Entladestroms 40 ... 90 mA. Wenn der Widerstand R6 weggelassen wird, kann der Entladestrom im Bereich von 10 bis 50 mA verändert werden. Bei Verwendung einer superhellen LED lässt sich mit diesem Gerät eine Taschenlampe mit Batterieschutz vor Tiefentladung bauen.

Reis. 2. Schema der Entladevorrichtung

Auf Abb. 3 zeigt eine andere Anwendung des Schalters – einen Timer. Es wurde von mir in einem tragbaren Gerät verwendet - einem Tester für Oxidkondensatoren. Zusätzlich wird die HL1-LED in den Stromkreis eingebracht, die den Zustand des Gerätes anzeigt. Nach dem Einschalten leuchtet die LED und der Kondensator C2 beginnt sich durch den Sperrstrom der Diode VD1 aufzuladen. Bei einer bestimmten Spannung öffnet der Transistor VT3, wodurch der Emitterübergang des Transistors VT2 kurzgeschlossen wird, wodurch das Gerät ausgeschaltet wird (die LED erlischt). Der Kondensator C2 entlädt sich schnell über die Diode VD1, die Widerstände R3, R4 und der Schalter kehrt in seinen ursprünglichen Zustand zurück. Die Belichtungszeit hängt von der Kapazität des Kondensators C2 und dem Sperrstrom der Diode ab.

Bei den im Diagramm angegebenen Elementen sind es ca. 2 Minuten. Wenn wir einen Fotowiderstand, einen Thermistor (oder andere Sensoren) anstelle des Kondensators C2 und einen Widerstand anstelle einer Diode installieren, erhalten wir ein Gerät, das sich ausschaltet, wenn sich Licht, Temperatur usw. ändern.

Reis. 3. Zeitschaltkreis

Wenn die Last große Kondensatoren enthält, schaltet sich der Leistungsschalter möglicherweise nicht ein (abhängig von der Kapazität). Ein Diagramm eines Geräts ohne diesen Nachteil ist in Abb. dargestellt. 4. Ein weiterer Transistor VT1 wurde hinzugefügt, der die Funktion einer Taste übernimmt, und zwei weitere Transistoren steuern diese Taste, wodurch der Einfluss der Last auf die Betätigung des Schalters eliminiert wird. Gleichzeitig geht aber die Eigenschaft verloren, sich bei einem Kurzschluss im Lastkreis nicht einzuschalten. Die LED erfüllt eine ähnliche Funktion. Bei den im Diagramm angegebenen Nennwerten der Teile beträgt der Basisstrom des Transistors VT1 etwa 3 mA.

Reis. 4. Diagramm des Geräts

Als Schlüssel wurden mehrere Transistoren KT209K und KT209V getestet. Sie hatten Basisstromübertragungsverhältnisse von 140 bis 170.

Bei einem Laststrom von 120 mA betrug der Spannungsabfall an den Transistoren 120...200 mV. Bei einem Strom von 160 mA - 0,5 ... 2,2 V. Durch die Verwendung eines Verbundtransistors KT973B als Schlüssel konnte der zulässige Laststrom deutlich erhöht werden, der Spannungsabfall darüber betrug jedoch 750 ... 850 mV und Bei einem Strom von 300 mA wird der Transistor schwach erwärmt. Im ausgeschalteten Zustand ist der Stromverbrauch so gering, dass eine Messung mit dem Multimeter DT830B nicht möglich war. Gleichzeitig wurden die Transistoren nicht vorab nach irgendwelchen Parametern ausgewählt.

Auf Abb. In Abb. 5 zeigt ein Diagramm eines dreikanaligen abhängigen Schalters. Es vereint drei Schalter, bei Bedarf kann deren Anzahl jedoch erhöht werden. Durch kurzes Drücken einer der Tasten wird der entsprechende Schalter eingeschaltet und die entsprechende Last an die Stromquelle angeschlossen. Wenn Sie eine andere Taste drücken, wird der entsprechende Schalter eingeschaltet und der vorherige ausgeschaltet. Durch Drücken der nächsten Taste wird der nächste Schalter eingeschaltet und der vorherige wieder ausgeschaltet. Wenn Sie dieselbe Taste erneut drücken, wird der letzte funktionierende Schalter ausgeschaltet und das Gerät kehrt in seinen ursprünglichen Zustand zurück – alle Verbraucher werden stromlos. Der Schaltmodus wird durch den Widerstand R5 bereitgestellt.

Beim Einschalten eines Schalters steigt die Spannung an diesem Widerstand an, was zum Schließen des zuvor eingeschalteten Schalters führt. Der Widerstandswert dieses Widerstands hängt von der Stromaufnahme der Schalter selbst ab, in diesem Fall beträgt sein Wert etwa 3 mA. Die Elemente VD1, R3 und C2 sorgen für den Durchgang des Entladestroms der Kondensatoren C3, C5 und C7. Über den Widerstand R3 entlädt sich der Kondensator C2 in den Pausen zwischen dem Tastendruck. Entfällt dieser Schaltkreis, bleiben nur noch die Einschalt- und Schaltmodi übrig. Wenn wir den Widerstand R5 durch einen Überbrückungsdraht ersetzen, erhalten wir drei unabhängig voneinander arbeitende Geräte.

Reis. 5. Diagramm eines dreikanaligen abhängigen Schalters (zum Vergrößern anklicken)

Der Schalter sollte zum Schalten von Fernsehantennen mit Verstärkern verwendet werden, aber mit dem Aufkommen des Kabelfernsehens entfiel die Notwendigkeit dafür und das Projekt wurde nicht in die Tat umgesetzt.

Schalter können viele verschiedene Arten von Transistoren verwenden, sie müssen jedoch bestimmte Anforderungen erfüllen. Erstens müssen sie alle aus Silizium bestehen. Zweitens müssen Transistoren, die den Laststrom schalten, eine Sättigungsspannung U haben_{zu uns} nicht mehr als 0,2 ... 0,3 V, der maximal zulässige Kollektorstrom I_{к макс} muss um ein Vielfaches größer sein als der geschaltete Strom und der Stromübertragungskoeffizient h_21e ausreichend, so dass sich der Transistor bei einem gegebenen Basisstrom im Sättigungsmodus befindet. Von den Transistoren, die ich habe, haben sich die Transistoren der Serien KT209 und KT502 gut bewährt, etwas schlechter sind die Serien KT3107 und KT361.

Der Widerstandswert der Widerstände kann in einem weiten Bereich verändert werden. Wenn eine höhere Effizienz erforderlich ist und keine Anzeige des Schaltzustands erforderlich ist, wird die LED nicht installiert und der Widerstand im VT3-Kollektorkreis (siehe Abb. 4) kann auf 100 kOhm oder mehr erhöht werden, muss jedoch berücksichtigt werden Beachten Sie, dass dadurch der Basisstrom des VT2-Transistors und der maximale Laststrom reduziert werden. Der Transistor VT3 (siehe Abb. 3) muss einen Stromübertragungskoeffizienten h haben_21e mehr als 100. Der Widerstandswert des Widerstands R5 im Ladekreis des Kondensators C1 (siehe Abb. 1) und ähnlicher in anderen Stromkreisen kann im Bereich von 100 ... 470 kOhm liegen. Der Kondensator C1 (siehe Abb. 1) und ähnliche Kondensatoren in anderen Schaltkreisen sollten einen geringen Leckstrom aufweisen. Es ist wünschenswert, die Oxidhalbleiterserie K53 zu verwenden, es kann jedoch auch Oxid verwendet werden, während der Widerstand des Widerstands R5 Nein sein sollte mehr als 100 kOhm.

Mit einer Erhöhung der Kapazität dieses Kondensators nimmt die Leistung ab (die Zeit, nach der das Gerät nach dem Einschalten ausgeschaltet werden kann), und wenn sie verringert wird, nimmt die Klarheit der Bedienung ab. Kondensator C2 (siehe Abb. 3) – nur Oxidhalbleiter. Knöpfe – beliebig klein mit Selbstrückführung. Die Spule L1 des Konverters (siehe Abb. 2) wird vom Linearitätsregler der Zeilen eines Schwarzweißfernsehers verwendet, der Konverter funktioniert auch gut mit einer Drossel am W-förmigen Magnetkreis der CFL. Sie können auch die Empfehlungen aus [2] nutzen. Die Diode VD1 (siehe Abb. 5) kann eine beliebige Diode mit geringer Leistung sein, sowohl Silizium als auch Germanium. Die Diode VD1 (siehe Abb. 3) muss Germanium sein.

Für die Anpassung sind Geräte erforderlich, deren Diagramme in Abb. 2 dargestellt sind. 5 und Abb. 2, der Rest muss nicht angepasst werden, wenn keine besonderen Anforderungen vorliegen und alle Details in Ordnung sind. Zum Aufbau eines Entladegeräts (siehe Abb. 4) benötigen Sie ein Netzteil mit einstellbarer Ausgangsspannung. Zunächst wird anstelle des Widerstands R4,7 vorübergehend ein variabler Widerstand mit einem Widerstand von 1,25 kOhm eingebaut (bis zum maximalen Widerstand). Die Stromquelle wird angeschlossen, nachdem an ihrem Ausgang zuvor eine Spannung von 8 V eingestellt wurde. Durch Drücken der Taste wird das Entladegerät eingeschaltet und über den Widerstand R1 der erforderliche Entladestrom eingestellt. Danach wird am Ausgang der Stromquelle eine Spannung von 1,25 V eingestellt und mit Hilfe eines zusätzlichen variablen Widerstands das Gerät ausgeschaltet. Danach müssen Sie die Abschaltspannung mehrmals überprüfen. Dazu ist es notwendig, die Spannung am Ausgang des Netzteils auf 1 V zu erhöhen, das Gerät einzuschalten und dann die Spannung schrittweise auf XNUMX V zu reduzieren, wobei der Zeitpunkt des Ausschaltens zu beobachten ist. Dann wird der eingeführte Teil des zusätzlichen variablen Widerstands gemessen und durch einen konstanten mit demselben Widerstandswert ersetzt.

Auch bei allen anderen Geräten können Sie eine ähnliche Abschaltfunktion bei sinkender Eingangsspannung implementieren. Die Anpassung erfolgt auf ähnliche Weise. Gleichzeitig beginnt die Tatsache, dass die Transistoren in der Nähe des Abschaltpunkts sanft zu schließen beginnen und auch der Strom in der Last allmählich abnimmt. Befindet sich als Last ein Funkempfänger, macht sich dies in einer Verringerung der Lautstärke bemerkbar. Vielleicht helfen die in [1] beschriebenen Empfehlungen, dieses Problem zu lösen.

Das Einrichten eines Schalters (siehe Abb. 5) reduziert sich auf einen vorübergehenden Ersatz der Festwiderstände R3 und R5 durch Variablen mit einem Widerstandswert von 2 ... 3 mal mehr. Durch aufeinanderfolgendes Drücken der Tasten über den Widerstand R5 erreichen sie einen zuverlässigen Betrieb. Danach wird durch wiederholtes Drücken derselben Taste mit Hilfe des Widerstands R3 eine zuverlässige Abschaltung erreicht. Dann werden die variablen Widerstände durch konstante Widerstände ersetzt, wie oben erwähnt. Um die Störfestigkeit zu erhöhen, müssen Keramikkondensatoren mit einer Kapazität von mehreren Nanofarad parallel zu den Widerständen R7, R13 und R19 installiert werden.

Literatur

1. Polyakov V. Der elektronische Schalter schützt die Batterie. – Radio, 2002, Nr. 8, S. 60.
2. Nechaev I. Elektronisches Streichholz. - Radio, 1992, Nr. 1, p. 19-21.

Autor: V. Bulatov

Siehe andere Artikel Abschnitt Uhren, Timer, Relais, Lastschalter.

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Lotusblätter sind eine natürliche superhydrophobe Oberfläche, sie werden im Wasser nicht nass, sondern Tropfen perlen daran ab, nehmen Staub- und Schmutzpartikel mit und reinigen die Pflanzen. Lotusblätter sind eine natürliche superhydrophobe Oberfläche, sie werden im Wasser nicht nass, sondern Tropfen perlen daran ab, nehmen Staub- und Schmutzpartikel mit und reinigen die Pflanzen. Und es gibt auch eine Eigenschaft wie Superhydrophobie. Auf solchen Oberflächen können sich Wassertropfen überhaupt nicht festsetzen und beginnen bereits bei sehr kleinen Neigungswinkeln abzuperlen. Zum Beispiel haben Tautropfen auf Gras eine Kugelform, die Oberfläche scheint Wasser abzustoßen und verhindert, dass es nass wird. Lotusblätter sind das schönste Beispiel für die superhydrophobe Oberfläche der Natur. Das Geheimnis liegt in der Mikrostruktur der Blätter, sie weisen nicht nur Wasser ab, sondern tragen auch zur Selbstreinigung der Pflanze bei. 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Die Oberfläche erwies sich als so wasserabweisend, dass ein darauf fallender Tropfen bis zu einem Drittel seiner Bewegungsenergie speichern und zurückprallen konnte. Die Metallplatte selbst blieb natürlich absolut trocken. Um die Selbstreinigungseigenschaften des entstandenen Materials zu testen, trugen die Forscher eine Staubschicht aus einem herkömmlichen Staubsauger darauf auf. Danach begann gewöhnliches Wasser auf die Oberfläche zu tropfen - jeder Tropfen "klebte" Staubfragmente auf sich selbst und nahm sie mit. Und das Material selbst blieb in seiner ursprünglichen Reinheit, nicht schlechter als eine schöne Lotusblume. Tropfen, die in einem Flugzeug springen, sind natürlich schön und interessant, aber wie kann solches Material nützlich sein? Die Lotusblume erwies sich nicht nur als Symbol der Reinheit, sondern half auch Wissenschaftlern herauszufinden, wie sie unsere Welt ein wenig besser machen können. Zunächst einmal helfen selbstreinigende Oberflächen, Wasser zu sparen. 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