Транзисторный ключ схема и работа

Транзисторные ключи построенные на биполярных или полевых транзисторах делятся на насыщенные и ненасыщенные, а также на МДП-ключи и ключи на полевых транзисторах с управляющим р-n-переходом. Все транзисторные ключи могут работать в двух режимах: статическом и динамическом.
Транзисторные ключи (ТК): Общие принципы работы

На их основе ТК базируется принцип работы триггеров, мультивибраторов, коммутаторов, блокинг-генераторы и многих других элементов. В зависимости от назначения и особенностей работы схемы ТК могут отличаться друг от друга.

Простейший транзисторный ключ

ТК предназначен для коммутации цепей нагрузки под воздействием внешних управляющих сигналов, смотри схему выше. Любой ТК выполняет функции быстродействующего ключа и имеет два главных состояния: разомкнутое, ему соответствует режим отсечки транзистора (VT - закрыт), и замкнутое, характеризуется режимом насыщения или режимом, приближенном к нему. В течение всего процесса переключения ТК работает в активном режиме.

Рассмотрим работу ключа на основе биполярного транзистора.Если на базе отсутствует напряжение относительно эмиттера, транзистор закрыт, ток через него не течет, на коллекторе всё напряжение питания, т.е. максимальный уровень сигнала.

Принцип работы транзисторного ключа

Как только на базу транзистора поступает управляющий электрический сигнал, он открывается, начинает течь ток коллектор-эмиттер и происходит падение напряжения на внутреннем сопротивлении коллектора, затем, напряжение на коллекторе, а с ним и напряжение на выходе схемы, снижаются до низкого уровня.

Транзисторный ключ в режиме насыщения

Для практики соберем простую схему транзисторного ключа на биполярном транзисторе. Используем для этого биполярный транзистор КТ817, резистор в коллекторной цепи питания номиналом 1 кОм, а по входу сопротивлением 270 Ом.

упрощенная схема работы транзисторного ключа

В открытом состоянии транзистора на выходе схемы имеем полное напряжение источника питания. При поступлении сигнала на управляющий вход напряжение на коллекторе ограничивается до минимума, где-то 0,6 вольт.

Кроме того, ТК можно реализовать и на полевых транзисторах. Принцип их работы почти аналогичен, но ни потребляют значительно меньший ток управления, а кроме того обеспечивают гальваническую развязку входных и выходных частей, но существенно проигрывают в быстродействие по сравнению с биполярными. Транзисторные ключи используются практически в любом спектре радиоэлектронных устройств аналоговых и цифровых коммутаторах сигналов, системах автоматики и контроля, в современной бытовой технике и т.п

Силовые ключи на полевых транзисторах

Для коммутации нагрузок в цепях переменного тока лучше всего применять мощные полевые транзисторы. Этот класс полупроводников представлен двумя группами. К первой относят гибриды: биполярные транзисторы с изолированным затвором — БТИЗ или IGBT. Во вторую, входят классические полевые (канальные) транзисторы. Рассмотрим в качестве практического примера работу коммутатора нагрузки для сети переменного напряжения 220 вольт на мощном полевом VT типа КП707

Схема силового ключа на мощном полевом транзисторе

Данная конструкция позволяет гальванически развязать цепи управления и цепь 220 вольт. В качестве развязки использованы оптроны TLP521. Кода напряжение на входных клеммах отсутствует, светодиод оптрона не горит, встроенный транзистор оптрона закрыт и не шунтирует затвор мощных полевых коммутирующих транзисторов. Поэтому, на их затворах имеется открывающее напряжение, равное уровню напряжения стабилизации стабилитрона VD1. В этом случае полевики открыты и работают по очереди, в зависимости от полярности периода переменного напряжения в текущий момент времени. Допусти, на выводе 4 , а на 3 — минус. Тогда ток нагрузки идет от клеммы 3 к 5, через нагрузку и к 6, затем через внутренний защитный диод VT2, через открытый VT1 к клемме 4. При смене периода, ток нагрузки идет уже через диод транзистора VT1 и открытый VT2. Элементы схемы R3, R3, C1 и VD1 это безтрансформаторный источник питания. Номинал резистора R1 соответствует входному уровню напряжению пять вольт и может быть изменен при необходимости. При поступление управляющего сигнала светодиод в оптроне загорается и шунтирует затворы обоих транзисторов. На нагрузку напряжение не поступает.