ООО «Центр Грузовой Техники»

8(812)244-68-92

Содержание

Транзисторный коммутатор и аварийный вибратор автомобиля

Транзисторный коммутатор предназначен для коммутации (размыкания и замыкания) первичной цепи системы зажигания в соответствии с поступающими к нему сигналами.

Транзисторный коммутатор ТКЮ2 имеет четыре клеммы, которыми подключается в цепь системы зажигания. Он включает: корпус из алюминиевого сплава с ребрами охлаждения, транзистор Т, стабилитрон Д1, диод Д2, резисторы R1 и R2, конденсаторы С1 и С2 и импульсный трансформатор ИТ.

Если включено зажигание и замкнуты контакты прерывателя, то транзистор открыт, так как к его базе через контакты прерывателя и первичную обмотку импульсного трансформатора подводится минус. Ток силой около 7 А протекает по первичной цепи: клемма « + » аккумуляторной батареи — включатель зажигания — добавочный резистор — первичная обмотка катушки зажигания — коллекторно-эмиттерный переход транзистора — масса — клемма «—» аккумуляторной батареи. В катушке зажигания наводится магнитное поле.

Рис. 1. Транзисторный коммутатор ТК102:
а — общий вид; б — электрическая схема; 1 — транзисторный коммутатор; 2 — катушка зажигания; 3 — свечи; 4 — распределитель зажигания; 5 — блок резисторов 6 — аккумуляторная батарея; 7 — включатель зажигания; 8 — блок вспомогательных элементов; 9 — прерыватель

При размыкании контактов прерывателя транзистор запи рается. Во вторичной обмотке катушки зажигаиия индуктируется ЭДС высокого напряжения, достаточная для воспламенения смеси в цилиндре двигателя. При замыкании контактов прерывателя транзистор снова открывается, замыкая первичную цепь.

Ток, проходящий через контакты прерывателя, не превышает 0,6—0,8 А, что облегчает работу и увеличивает срок службы контактов. Остальные элементы транзисторного к&ммутатора выполняют вспомогательные функции, увеличивая надежность и долговечность системы зажигания.

Импульсный трансформатор ИТ обеспечивает четкость работы транзистора в режиме запирания. При размыкании контактов прерывателя под действием ЭДС вторичной обмотки трансформатора на базу транзистора подается положительный потенциал, а на эмиттер — отрицательный, что увеличивает скорость закрытия транзистора и убывания магнитного потока катушки зажигания и повышает ЭДС во вторичной обмотке катушки.

Стабилитрон Д1 предохраняет транзистор от выхода из строя под действием ЭДС самоиндукции первичной обмотки катушки зажигания. Стабилитрон пробивается при ЭДС, превышающей 100 В.

Диод Д2 препятствует протеканию тока к транзистору, минуя первичную обмотку катушки зажигания. Конденсатор С1 и резистор R2 облегчают режим переключения транзистора, уменьшая его нагрев. Резистор R1 необходим для формирования запирающего импульса. Конденсатор С2 предохраняет транзистор от случайных кратковременных перенапряжений, возникающих в цепи.

Транзисторный коммутатор ТК200 собран на кремниевых транзисторах типа п — р — п и имеет четыре экранированных штепсельных разъема (КЗ, Д и два ВК) и один клеммный зажим, с помощью которых подключается в цепь системы зажигания.

Работу транзисторного коммутатора рассмотрим на примере упрощенной принципиальной электрической схемы транзисторной системы зажигания. При включенном зажигании входной транзистор 77 коммутатора закрыт, так как на его базе отсутствует положительный потенциал. К базе силового транзистора Т2 через резистор R2 и диод Д2 проводится положительный потенциал от аккумуляторной батареи — транзистор открыт.

Рис. 2. Транзисторный коммутатор ТК200:
а — общий вид; б — электрическая схема; 1 — аккумуляторная батарея; 2— включатель зажигания; 3 — добавочный резистор 4 — транзисторный коммутатор; 5 — катушка зажигания; 6 — свеча; 7 — распределитель зажигания (датчик-распределитель)

При вращении коленчатого вала двигателя приводится в действие ротор датчика импульсов ИД, положительные сигналы напряжения в строго определенные моменты поступают на базу транзистора 77 и открывают его. Открытие транзистора ТI приводит к резкому понижению потенциала базы транзистора Т2, вследствие чего он закрывается и прерывает ток в первичной цепи катушки зажигания. Процессы, происходящие в системе зажигания после прерывания тока в первичной цепи, аналогичны рассмотренным выше.

За два оборота коленчатого вала двигателя (один оборот ротора датчика импульсов) на базу транзистора 77 подается восемь положительных импульсов, вызывающих столько же раз закрытие транзистора Т2, а следовательно, и прерывание тока в первичной цепи системы зажигания. При каждом прерывании тока в первичной цепи происходит образование искры между электродами свечи и воспламенение смеси в порядке работы цилиндров двигателя.

В реальных схемах транзисторных коммутаторов ТК200 роль транзистора Т2 выполняют три транзистора, что обеспечивает высокий коэффициент усиления.

Стабилитрон Д4 защищает силовой транзистор Т2 от пробоя током ЭДС самоиндукции первичной обмотки катушки зажигания. Срабатывает он при ЭДС самоиндукции свыше 180 В.

Стабилитрон Д5 предназначен для защиты транзисторного коммутатора от чрезмерного повышения напряжения в сети автомобиля. При напряжении свыше 16 В происходит пробой стабилитрона Д5 и на базу входного транзистора 77 подается положительный потенциал. В результате транзистор 77 открывается, а силовой транзистор Т2 закрывается, выключая из работы систему зажигания, что приводит к уменьшению частоты вращения коленчатого вала двигателя и не дает возможности генератору развить напряжение свыше 16 В при неработающем регуляторе напряжения.

Цепь, состоящая из резистора R3 и конденсатора С2, образует в схеме коммутатора обратную связь, которая обеспечивает надежное искрообразование при проворачивании пусковой рукояткой коленчатого вала с малой скоростью. Эта же цепочка обеспечивает многоискровой разряд в свечах, что облегчает пуск двигателя при низких температурах.

Остальные элементы схемы выполняют вспомогательные функции, повышая надежность работы и долговечность системы зажигания.

Рис. 3. Аварийный вибратор:
а — общий вид; б — электрическая схема; 1 — контакты; 2 — якорь; 3 — сердечник: 4 — обмотка; 5 — пружина; 6 — конденсатор

Аварийный вибратор РС331 входит в состав бесконтактной транзисторной системы зажигания и предназначен для обеспечения работы системы зажигания в случае выхода из строя транзисторного коммутатора или датчика импульсов. Для перевода системы зажигания на аварийный режим необходимо отсоединить провод от штепсельного разъема «КЗ» транзисторного коммутатора и подключить его к разъему аварийного вибратора.

Ток, проходящий по обмотке, намагничивает сердечник, который притягивает якорь и размыкает контакты. Первичная цепь размыкается, что равносильно запиранию транзистора Т2. Под действием пружины контакты снова замыкаются. Частота вибрации контактов составляет 300—400 периодов в секунду. Конденсатор уменьшает искрообразование между контактами. Так как при переходе на аварийный вибратор нарушается управление опережением зажигания, работа двигателя ухудшается, понижаются его мощность и экономичность. По причине сгорания контактов аварийного вибратора продолжительность работы системы зажигания в аварийном режиме обычно не превышает 30 ч.

Коммутатор транзисторный — Энциклопедия по машиностроению XXL

Коммутатор транзисторный 115 5101 Пол (для моделей ГАЗ-24-12,  [c.11]

Подгруппа 3734. Коммутатор транзисторный  

[c.115]

Резистор цепи электродвигателя отопителя Коммутатор транзисторный  [c. 188]

Коммутатор транзисторного зажигания в сборе. …. 1 3734  [c.146]

КОММУТАТОР. Транзисторный коммутатор усиливает сигналы вырабатываемые датчиком-распределителем и управляет током катушки зажигания.  [c.104]


Рис. 95. Внешний вид транзисторного коммутатора а — вид сверху б — вид снизу
Все приборы системы зажигания собраны в транзисторный коммутатор. Коммутатор имеет четыре зажима М,/с, зажим без обозначения и Р. Зажим М соединен с массой автомобиля многожильным неизолированным проводом, зажим К — с одним концом первичной обмотки катушки зажигания, зажим без обозначения — со вторым концом первичной обмотки катушки зажигания, зажим Р — с зажимом подвижного контакта прерывателя.  
[c.157]

Регулирование тока нагрузки в схемах с балластным резистором можно производить, изменяя его сопротивление, или с помощью специального регулятора напряжения. Такими регуляторами могут быть переключатель отводов на обмотках силового трансформатора, автотрансформатор, транзисторный или тиристорный коммутаторы, включаемые в первичную обмотку силового трансформатора.  [c.22]

Одной из таких систем является контактно-транзисторная система зажигания. В этой системе применены приборы батарейного зажигания, в частности прерыватель-распределитель, катушка за.жигания и различные полупроводниковые приборы, скомпонованные в транзисторном коммутаторе. Такое сочетание позволило получить ряд преимуществ (рис. 97).  

[c.149]

Схема транзисторного коммутатора типа ТК-102 представлена на рис. 98. В транзисторном коммутаторе расположены следующие полупроводниковые приборы транзистор, стабилитрон, диод, а также двухобмоточный трансформатор, конденсаторы и сопротивления. Контакты прерывателя последовательно включены в цепь управляющего электрода транзистора — его базы. Первичная обмотка катушки зажигания включена в коллекторную цель транзистора. Когда включателем 6 зажигание  [c.150]

Транзисторный коммутатор может работать только при температуре окружающего воздуха от —60 до +70° С. Для предохранения полупроводниковых приборов от перегрева транзисторный коммутатор отделен от двигателя и рассоложен в кабине водителя.  [c.152]

В настоящее время получают распространение транзисторные коммутаторы тока первичной обмотки катушки зажигания, управляемые от механического прерывателя. Такие системы зажигания получили название контактно-транзисторных.  

[c.119]


Принципиальная схема контактно-транзисторной системы зажигания показана на рис. 75. Кроме распределителя 4 и катушки зажигания 3 система включает еще транзисторный коммутатор 2, который включен в цепь между первичной обмоткой ка- Т [ тушки зажигания и прерывателем. Катушка зажигания имеет увеличенное число витков вторичной обмотки, уменьшенное число витков первичной, один конец вторичной обмотки непосредственно соединен с корпусом. Прерыватель не имеет конденсатора для гашения искры при размыкании контактов, так как сила тока, проходящего через него, невелика. В цепь первичной обмотки включены два ре- зистора ЯЗ и Я4, один 5. Схема контактно- систе-  [c.119]

Цепь —С1 облегчает переходные процессы при появлении и прекращении тока в первичной обмотке катушки. Конденсатор С2 защищает транзистор от перенапряжений, которые могут возникнуть в цепи питания. Германиевый транзистор, примененный в транзисторном коммутаторе, должен работать при температуре окружающего воздуха не выше 65° С, поэтому коммутатор следует размещать не под капотом двигателя, а в кабине водителя и по возможности ближе к дверным проемам.  [c.120]

Наряду с контактно-транзисторными системами зажигания за последнее время начинают применяться транзисторные системы зажигания с бесконтактным управлением. В этих системах транзисторный коммутатор, прерывающий цепь первичной обмотки катушки зажигания, срабатывает под воздействием электрического импульса, создаваемого бесконтактным датчиком обычно магнитоэлектрического типа. В таком датчике вращающийся магнит индуктирует в соответствующий момент электрический импульс в неподвижной обмотке, включенной в схему коммутатора.  [c.120]

Рис. 15.1. Принципиальная схема / — регулятор, 2 — генератор, 3 — амперметр, 4 — аккумуляторная батарея, 5 — реле тушка зажигания, 10 — коммутатор транзисторный, // — распределитель, 12 — свеча двигателя отопителя, 15 — резистор электродвигателя отопителя, 16 — электродвигатель ная лампа аварийного перегрева воды, 20 — датчик температуры, 21 — указатель уровня 24—датчик указателя температуры воды, 25—контрольная лампа аварийного падения телей поворота, 28 — выключатель сигнала торможения, 29, 30— фонари задние, 31 — реключателя), 34 — фонарь подкапотный, 35 — выключатель плафона, 36 — плафон, лампы освещения приборов, 40 — фонарь повторителя указателя поворота, 41 — пре
Электродвигатели Коммутатор транзисторный Световая сигнализация Реле разг1ого назначения Электронные блоки уярас ния  [c. 8]

Коммутатор транзисторный ТК102 3711 Фара противотуманная ФГ152-Б 3761 Блок системы автоматического управления экономайзером принудительного холостого хода 1102.3761  [c.131]

Электродвигатель отопителя 192,3730 Резистор цепи элект родвигателя отопителя СЭЗОО Коммутатор транзисторный ТК.200 Вибратор аварийный РС331  [c.134]

Появление полупроводниковых приборов позволило создать надежные электронные системы зажигания с доштельным сроком службы. На первом этапе была разработана контактно-транзисторная система зажигания, в состав которой наряду с основными элементами классической системы зажигания входит транзисторный коммутатор.  [c.22]

Данная система зажигания (рис.2.2) предназначена для 8-цилиндровых карбюраторных двигателей с неэкранированным электрооборудованием. В состав системы входит транзисторный коммутатор (ТК 102А), распределитель зажигания (Р13-Д или Р4-Д), состоящий из прерывателя 1 и распределителя 3, катушки зажигания (КЗ) 2 (Б 114), выключатель зажигания 6, блок резисторов 7 (СЗ 107), состоящий из двух резисторов Кд1 и Кд2 ( по 0,5 Ом), выключатель 5 добавочного резистора.[c.25]


Транзисторный коммутатор состоит из транзистора VT1 (ГГ 701 А), стабилитрона VD1 (817 В), диода VD2 (КД 105), дросселя L1, конденсаторов С1 (1 мкФ) и С2 (30 мкФ), резистора R1 (20 Ом). Система питания — от аюдт 1улятор-ной батареи напряжением 12 В. Первичная обмотка W1 катушки зажигания включена в цепь эмиттера транзистора VT1, а контакты прерьшателя 1 — в цепь его базы.  [c.25]

Транзисторный коммутатор имеет специальную защиту, состоящую из диода VD2 и стабилитрона VD1, которая предохраняет транзистор от пробоя ЭДС самоиндукции, возникающей в первичной обмотке катушки зажигания при запирании транзистора. В случае, когда ЭДС самоиндукции превышает 100 В, повьппенное напряжение гасится на диоде VD2. Кроме того, диод препятствует протеканию тока от батареи к транзистору через стабилитрон VD1, минуя первичную обмотку катушки зажигания. Для снижения мощности в цепи стабилитрона предусмотрен конденсатор С1, который заряжается от ЭДС самоиндукции в первичной обмотке катушки зажигания при запирании транзистора. В случае, когда ЭДС самоиндукции не достигает опасного значения и пробоя стабилшро-  [c.26]

Схема транзисторного коммутатора вьшолнена на кремниевых транзисторах и включает мощный высоковольтный транзистор VT3 (КТ 848А) и два транзистора предварительного усиления VT1 и VT2 (2Т 630Б), которые служат для усиления сигнала датчика импульса.  [c.29]

На базе системы зажигания Искра создана схеш неэкранированного транзисторного коммутатора 130.3734-01 (рис.2.5), который применяется в бесконтакг-ных системах зажигания автомобилей с неэ1фанизированным оборудование .  [c.31]

Горючая смесь зажигается искровым разрядом, который возникает между электродами свечи зажигания. Высокое напряжение подводится к свече от катушки зажигания КЗ. Ток в ее первичной обмотке прерывается с помощью транзисторного коммутатора, работающего в автогенераторном режиме. Такой режим обеспечивается благодоря дополнительной управляющей обмотке в катушке зажигания. Переключение транзистора происходит следующ1Ш образом в момент включения коммутатора по первичной обмотке пойдет ток заряда ёмкости С1, при этом в управляющей обмотке возникнет напряжение, приложенное к переходу эмиттер — база в прямом направлении и отпирающее транзистор VT1.  [c.51]

В настоящее время ведутся работы по замене водоохлаждаемых водородных тиратронов и вакуумных ламп на более компактные твердотельные коммутаторы [9, 10]. В работе [213] был рассмотрен источник питания с применением тиристорных ключей с потребляемой мощностью 1кВт, обеспечивающий паспортный режим работы для АЭ Кулон LT-1.5 U [26]. Авторы [213] предполагают разработку такого источника питания и для АЭ Кулон LT-5 u [26]. Создан источник питания с транзисторным ключом для накачки СиВг-лазера [214  [c.78]


Транзисторный коммутатор системы зажигания — Энциклопедия по машиностроению XXL

Транзистор транзисторного коммутатора системы зажигания.[c.35]

Транзисторный коммутатор системы зажигания  [c.208]

Стенд модели Э-208. Предназначен для проверки приборов системы зажигания транзисторных коммутаторов, катушек зажигания, прерывателей-распределителей и конденсаторов в условиях ремонтной мастерской,  [c.215]


Все приборы системы зажигания собраны в транзисторный коммутатор. Коммутатор имеет четыре зажима М,/с, зажим без обозначения и Р. Зажим М соединен с массой автомобиля многожильным неизолированным проводом, зажим К — с одним концом первичной обмотки катушки зажигания, зажим без обозначения — со вторым концом первичной обмотки катушки зажигания, зажим Р — с зажимом подвижного контакта прерывателя.  [c.157]

Одной из таких систем является контактно-транзисторная система зажигания. В этой системе применены приборы батарейного зажигания, в частности прерыватель-распределитель, катушка за. жигания и различные полупроводниковые приборы, скомпонованные в транзисторном коммутаторе. Такое сочетание позволило получить ряд преимуществ (рис. 97).  [c.149]

В настоящее время получают распространение транзисторные коммутаторы тока первичной обмотки катушки зажигания, управляемые от механического прерывателя. Такие системы зажигания получили название контактно-транзисторных.  [c.119]

Принципиальная схема контактно-транзисторной системы зажигания показана на рис. 75. Кроме распределителя 4 и катушки зажигания 3 система включает еще транзисторный коммутатор 2, который включен в цепь между первичной обмоткой ка- Т [ тушки зажигания и прерывателем. Катушка зажигания имеет увеличенное число витков вторичной обмотки, уменьшенное число витков первичной, один конец вторичной обмотки непосредственно соединен с корпусом. Прерыватель не имеет конденсатора для гашения искры при размыкании контактов, так как сила тока, проходящего через него, невелика. В цепь первичной обмотки включены два ре- зистора ЯЗ и Я4, один 5. Схема контактно- систе-  [c.119]

Наряду с контактно-транзисторными системами зажигания за последнее время начинают применяться транзисторные системы зажигания с бесконтактным управлением. В этих системах транзисторный коммутатор, прерывающий цепь первичной обмотки катушки зажигания, срабатывает под воздействием электрического импульса, создаваемого бесконтактным датчиком обычно магнитоэлектрического типа. В таком датчике вращающийся магнит индуктирует в соответствующий момент электрический импульс в неподвижной обмотке, включенной в схему коммутатора.  [c.120]

Наряду с контактно-транзисторными системами зажигания применяются транзисторные системы зажигания с бесконтактным управлением. В этих системах транзисторный коммутатор, прерывающий цепь первичной обмотки катушки зажигания, срабатывает под воздействием электрического импульса, создаваемого бесконтактным датчиком обычно магнитоэлектрического типа.[c.96]


В реальной контактно-транзисторной системе зажигания применяется транзисторный коммутатор, в котором, кроме транзистора, имеется ряд других элементов. Они служат для защиты транзистора от перенапряжений и улучшения условий его переключений.  [c.93]

При отсутствии высокого напряжения на центральном проводе проверяют катушку зажигания. Для этого наконечник центрального высоковольтного провода устанавливают на расстоянии 2—3 мм от корпуса двигателя, отсоединяют от распределителя провод низкого напряжения (в контактно-транзисторной системе провод от безымянного вывода транзисторного коммутатора) и касаются иМ корпуса двигателя. При отрыве провода от корпуса в промежутке между наконечником центрального провода и корпусом двигателя должна проскакивать искра. Отсутствие искры указывает на неисправность катушки зажигания, наличие искры — на неисправность цепи низкого напряжения в распределителе. В контактно-транзисторной системе возможен также пробой цепи эмиттер-коллектор транзистора.  [c.130]

Добавочный резистор, состоящий из двух секций и соединен последовательно с первичной обмоткой катущки зажигания. В отличие от обычной схемы батарейного зажигания при пуске двигателя не все сопротивление добавочного резистора замыкается накоротко контактами 5, а только одна его секция Обе секции добавочного резистора в отличие от обычной системы батарейного зажигания не выполнены как одно целое с катушкой зажигания, а представляют собой самостоятельный агрегат. Другим самостоятельным агрегатом контактно-транзисторной системы является транзисторный коммутатор, в котором конструктивно объединены следующие элементы схемы транзистор Т, стабилитрон ОД, диод Д, импульсный трансформатор Тр, резисторы Я1 и Я2 и конденсаторы С1 и С2. Литой алюминиевый корпус транзисторного коммутатора (рис. 43) снабжен ребрами и служит теплоотводом для транзистора.. Гнездо корпуса, в котором помещен транзистор, залито эпоксидной смолой. Заливка смолой предохраняет транзистор от повреждений.  [c.81]

Несмотря на отмеченные недостатки, контактно-транзисторная система зажигания с коммутатором вследствие простоты и надежности находится в производстве свыше 20 лет, обеспечивая эксплуатацию грузовых автомобилей ЗИЛ и ГАЗ с восьмицилиндровыми бензиновыми двигателями.  [c.227]

При вращении ротора меняется магнитный поток, пронизывающий обмотку датчика, и импульсы синусоидального напряжения поступают на вход транзисторного коммутатора. Для установки начального момента зажигания, при котором поршень первого цилиндра находится в ВМТ, на роторе и статоре имеются радиальные риски. Их совпадение соответствует началу размыкания контактов в контактной системе зажигания.  [c.135]

Число пар полюсов наконечников статора, так же как и ротора, равно числу цилиндров двигателя. При вращении ротора изменяется магнитный поток, пронизывающий обмотку датчика, и импульсы синусоидального напряжения поступают на вход транзисторного коммутатора. Для установки начального момента зажигания, при котором поршень первого цилиндра находится в МВТ, на роторе и статоре имеются радиальные риски. Их совпадение соответствует началу размыкания контактов в контактной системе зажигания.  [c.131]

Транзисторный коммутатор контактно-транзисторной системы зажигания.  [c.35]

Устройство контактно-транзисторной системы зажигания. Контактнотранзисторная система зажигания (рис. 137, в) состоит из транзисторного коммутатора /, катушки зажигания 5, свечей зажигания 7, распределителя 10, добавочных резисторов 14, замыкателя 15 добавочного резистора, аккумуляторной батареи 16 и выключателя зажигания 17. Ниже кратко описана конструкция отдельных приборов, входящих в эту систему зажигания, и работа последней.  [c.171]

Появление полупроводниковых приборов позволило создать надежные электронные системы зажигания с доштельным сроком службы. На первом этапе была разработана контактно-транзисторная система зажигания, в состав которой наряду с основными элементами классической системы зажигания входит транзисторный коммутатор.[c.22]


Данная система зажигания (рис.2.2) предназначена для 8-цилиндровых карбюраторных двигателей с неэкранированным электрооборудованием. В состав системы входит транзисторный коммутатор (ТК 102А), распределитель зажигания (Р13-Д или Р4-Д), состоящий из прерывателя 1 и распределителя 3, катушки зажигания (КЗ) 2 (Б 114), выключатель зажигания 6, блок резисторов 7 (СЗ 107), состоящий из двух резисторов Кд1 и Кд2 ( по 0,5 Ом), выключатель 5 добавочного резистора.  [c.25]

Транзисторный коммутатор состоит из транзистора VT1 (ГГ 701 А), стабилитрона VD1 (817 В), диода VD2 (КД 105), дросселя L1, конденсаторов С1 (1 мкФ) и С2 (30 мкФ), резистора R1 (20 Ом). Система питания — от аюдт 1улятор-ной батареи напряжением 12 В. Первичная обмотка W1 катушки зажигания включена в цепь эмиттера транзистора VT1, а контакты прерьшателя 1 — в цепь его базы.  [c.25]

На базе системы зажигания Искра создана схеш неэкранированного транзисторного коммутатора 130. 3734-01 (рис.2.5), который применяется в бесконтакг-ных системах зажигания автомобилей с неэ1фанизированным оборудование .  [c.31]

В нашей стране выпускается бесконтактно-транзисторная система зажигания Искра , применяемая на автомобилях ЗИЛ-131 и Урал-375Д . Принципиальная схема системы показана на рис. 75. Она включает магнитоэлектрический датчик 7, конструктивно выполненный совместно с распределителем высокого напряжения 7, катушку зажигания 6, электронный коммутатор 5, вариатор 4, свечи зажигания 8, выключатель зажигания 3 и аккумуляторную батарею 2.  [c.96]

Проверка исправности транзисторного зажигания и переход с транзисторного зажигания на обычное. Катушка Б114, сопротивление СЭ/107 и коммутатор ТКЮ2 не нуждаются в специальном обслуживании. В процессе эксплуатации необхддимо только удалять пыль и грязь с наружных поверхностей приборов, следить за исправностью проводки и надежностью крепления проводов. Исправность транзисторной системы зажигания проверяют по наличию искры между массой и высоковольтным проводом катушки при зазоре 3—10 мм между массой и проводом.[c.72]

Основными элементами контактно-транзисторной системы зажигания (рис. 28) являются катушка зажигания Б114, прерыватель-распределитель Р4-Д, транзисторный коммутатор ТКЮ2, блок добавочных сопротивлений СЭ107, свечи и выключатель зажигания.  [c.105]

Основным отличием контактно-транзисторной системы зажигания от контактной является наличие в ней транзисторного коммутатора. Поэтому особенности схемы и работы контактно-тран-зисторной системы определяются схемным решением коммутатора.  [c.96]

Более сложная транзисторная система зажигания требует строгого соблюдения правил эксплуатации и, в частности, не допускает нарушений установленной схемы соединений. Например, присоединение первичной обмотки катушки зажигания непосредственно к включателю зажигания, минуя добавочный резистор, приводит к увеличению тока первичной обмотки, который перегружает транзистор. При этом приходится менять весь транзисторный коммутатор, так как последний имеет неразборную конструкцию. Перегрев транзистора происходит и при стоянке автомобиля с невыклю-ченным зажиганием.  [c.83]

Проверка распределителя производится на испытательном стенде СПЗ-8М или СПЗ-6. Валик распределителя приводится во вращение электродвигателем, частоту вращения которого можно регулировать, а направление вращения изменять. При проверке распределитель работает совместно с вполне исправной катушкой зажигания соответствующего типа, а распределители контактнотранзисторной системы, кроме того, с транзисторным коммутатором ТК102 и добавочным резистором СЭ107. Схема соединений агрегатов системы зажигания на стенде полностью соответствует схеме их соединений на автомобиле. Вместо свечей зажигания на стенде установлены трехэлектродные игольчатые разрядники, к которым присоединяются провода высокого напряжения от распределителя. Расстояние между электродами (искровой промежуток) разрядников можно регулировать.  [c.94]

На двигателе применена контактно-транзисторная система зажигания. В состав системы входят аккумуляторная батарея, транзисторные коммутаторы, добавочные резисторы, прерыватели-распределители, катущ-ки зажигания.  [c.247]

Коммутатор контактно-транзисторной системы зажигания, однако, не устраняет всех проблем, связанных с действием прерывательного. механизма, что достигается применением бесконтактных электронных систем.  [c.227]

На рис. 67, б приведена электрическая схема контактнотранзисторной системы зажигания с транзисторным коммутатором ТКЮ2, которая предназначена для восьмицилиндровых двигателей.  [c.132]

Схема включает транзисторный коммутатор I (ТКЮ2), катушку зажигания Т (Б 114), прерыватель 51 и распределитель 54, блок резисторов II (СЭ107), составленный из резисторов / 1 (0,5 Ом) и / д2 (0,5 Ом), выключатель добавочного резистора 82. Резистор / д1 ограничивает максимальную силу тока 1 в первичной цепи, а резистор / д2 выполняет функции добавочного резистора, как в контактной системе зажигания. Катушка зажигания Б114 имеет первичную обмотку 1 из 180 витков провода диаметром 1,25 мм, марки ПЭВ и вторичную Ь2 из 41 ООО витков провода диаметром 0,06 мм марки ПЭЛ. Сопротивление первичной обмотки 0,38 Ом, вторичной 20 500 Ом. Индуктивность первичной обмотки 3,7 мГн, а вторичной 150—170 Гн. Коэффициент трансформации К-х = = 228. Уменьшение числа витков  [c.132]


Аварийный вибратор II (РС331) предназначен для кратковременной (до 30 ч) работы бесконтактной системы зажигания в случае отказа транзисторного коммутатора ТК200 или магнитоэлектрического датчика. Вибратор представляет собой электромеханическое реле (см. рис. 68) с размыкающими контактами S5 и искрогасительными конденсаторами С7 и С8. В случае отказа коммутатора следует присоединить провод от его разъема КЗ к разъему аварийного вибратора, а заглушку с разъема вибратора поставить на разъем КЗ коммутатора. Сила тока, потребляемого вибратором, не превышает 2 А.  [c.137]

Электрическая схема контактно-транзисторной системы зажигания с транзисторным коммутатором ТК102 приведена на рис. 11 16, б. Схема состоит из транзистор-  [c.126]

Аварийный вибратор РС331 предназначен для кратковременной (до 30 ч) работы бесконтактной системы зажигания в случае отказа транзисторного коммутатора ТК200 или импульсного датчика.  [c.132]

После окончания монтажа контактно-транзисторной системы зажигания до включения эамка зажигания необходимо убедиться в правильности монтажа схемы, обратив особое внимание на присоединение клеммы К и безымянной клеммы коммутатора ТК102, так -как их неправильное или ненадежное присоединение может вызвать необратимое повреждение транзисторного коммутатора.  [c.99]

Электрическая схема контактно-транзисторной системы зажига ния состоит из прерывателя-распределителя типа Р4-Д или Р13-Д, катушки зажигания типа Б114, дополнительных резисторов СЭ107, транзисторного коммутатора ТК102, источников тока низкого напряжения (аккумуляторной батареи и генератора), включателя зажигания, проводов высокого и низкого напряжения, гасящего резистора.[c.120]


ТК 102 ТРАНЗИСТОРНЫЙ КОММУТАТОР ЗАЖИГАНИЯ Подготовил студент группы

ТК 102 ТРАНЗИСТОРНЫЙ КОММУТАТОР ЗАЖИГАНИЯ Подготовил студент группы 32 р-13 Скибо Б. М

ВСТУПЛЕНИЕ Известно, что большая часть российских автомобилей оснащена простыми контактными системами зажигания, основанными на принципе переключения тока, протекающего через низковольтную обмотку высоковольтного трансформатора, которым является катушка зажигания. Переключения тока осуществляется при помощи механического прерывателя, представляющего собой контактный выключатель, приводимый в действие от вала распределителя зажигания.

Такая система имеет массу недостатков, так как ток, протекающий через первичную обмотку катушки зажигания слишком высок и в результате в прерывателе возникает искрение, неизбежно приводящее к обгоранию и оплавлению его контактов, а в зимнее, осеннее или весеннее время добавляется электрохимическая эрозия этих контактов. Но это еще не все, длительность искрового разряда, в результате высокого тока, протекающего через контакты прерывателя получается небольшой, 0, 30, 8 ms, а в результате некачественное поджигание горючей смеси, требуется более обогащенная смесь, плохая приемистость двигателя на низких оборотах, повышенный расход топлива. Все эти недостатки известны давно, и с тех пор как появились мощные высоковольтные транзисторы автомобильная промышленность постепенно переходит на комплектацию новых автомобилей бесконтактными электронными системами зажигания, в которых используется бесконтактный датчик зажигания, электронный коммутатор с мощным высоковольтным транзистором на выходе, а также более мощная низкоомная катушка зажигания.

УЛУЧШЕНИЕ ХАРАКТЕРИСТИК Улучшить характеристики автомобиля с контактной системой зажигания можно путем установки бесконтактной системы от более новой модификации данной марки. Но этот способ относительно дорог — требуется полная замена всех элементов системы зажигания, включая датчик-распределитель, катушку зажигания, а также приобретение соответствующего электронного коммутатора. К тому же не на каждую модель старого образца можно подобрать подходящие элементы от более новых моделей. Тем не менее, значительно улучшить качество зажигания простой контактной системы можно, если между контактны прерывателем тока и штатной катушкой зажигания включить несложный транзисторный коммутатор, выходной каскад которого выполнен на высоковольтном мощном транзисторе. При этом выигрыш, по сравнению с простой системой будет по нескольким позициям : во-первых, уменьшится ток через контакты прерывателя и они перестанут обгорать и коррелировать, во -вторых, длительность искрового разряда увеличится примерно в два раза, что приведет к улучшению воспламенения смеси, в-третьих, в случае выхода из строя транзисторного коммутатора можно будет простой перестановкой провода вернуть систему к исходному варианту. Принципиальная электрическая схема коммутатора показана на рис. 1.

РИС. 1. ТРАНЗИСТОРНЫЙ КОММУТАТОР ЗАЖИГАНИЯ. СХЕМА

При замкнутых контактах прерывателя через резистор R 2 на базу транзистора VT 1 поступает отрицательное напряжение и этот транзистор открывается. Его открывание приводит к тому, что через этот транзистор и R 4 на базу мощного транзистора VT 2 поступает положительное напряжение, и он открывается. Ток, через него поступает на первичную намотку катушки зажигания L 1. При размыкании контактов прерывателя поступление напряжения на базу VT 1 прекращается и он закрывается, а в след за ним закрывается и VT 2. В катушке, в контуре, состоящем из первичной намотки L 1 и конденсатора С 2 возникают колебания, которые наводят импульс высокого напряжения во вторичной обмотке L 1. Этот высоковольтный импульс через распределитель зажигания поступает на свечу и происходит искровой разряд. Длительность искрового разряда составляет около 2 ms, что более чем в два раза превосходит длительность искры классической системы зажигания.

Резистор R 1 не первый взгляд не нужен, но как показывает практика, при пропускании через контакты прерывателя слишком низкого тока, не всегда возникает надежный электрический контакт, и возможны пропуски в работе системы зажигания. Чтобы этого избежать вводится резистор R 1, который создает необходимый минимальный ток через эти контакты. Транзистор КТ 973 А можно заменить на КТ 816, а транзистор КТ 8109 А на КТ 848 А

ТРАНЗИСТОР КТ 973 А

ТРАНЗИСТОР КТ 816

ТРАНЗИСТОР КТ 8109 А

ТРАНЗИСТОР КТ 848 А

НАСТРОЙКИ Настройка заключается в подборе номинала R 4 (не менее 22 Ом) и R 2 (не менее 300 Ом) таким образом, чтобы при подключенной катушке зажигания и замкнутых контактах прерывателя напряжение на коллекторе VT 2 было минимальным (не более 1, 5 В). При этом ток через катушку будет максимальным. Субъективно, с данным коммутатором, автомобиль движется лучше на низких оборотах, лучше трогается с места на холостом ходу. Увеличить энергию искры можно, если установить катушку зажигания с низкоомными обмотками от автомобиля ВАЗ-08 -099, но при этом нужно будет воздерживаться от длительного включения зажигания при неработающем двигателе, так как ток через катушку будет высоким и это может повредить выходной транзистор коммутатора.

Благодарю за просмотр!!!

Электронный транзисторный коммутатор и его проверка на ауди с4 V6.

Электронный транзисторный коммутатор и его проверка на ауди с4 V6.

Подробности

Рис 1 – Электронный транзисторный коммутатор.

В электронном коммутаторе ауди с4 установлен мощный транзистор, который подает и снимает ток с катушек зажигания. Таким образом, высокое напряжение не мешает работе чувствительной электроники в блоке управления. Работой транзистора управляет блок управления двигателя, который анализируя сигнал со всех датчиков, сам рассчитывает время, когда подавать искру на нужный цилиндр.

    Проверяется электронный коммутатор следующим образом:
  • отсоединим все штекера от всех 6 форсунок (для того чтобы топливо не попадало в цилиндры когда мы будем крутить двигатель стартером).
  • Рис 2 – Штекер форсунок.

  • отсоединим 4-х полюсный штекер от электронного коммутатора.
  • Рис 3 – Четырех полюсный штекер электронного коммутатора.
  • проверяем, присутствует ли минус на разъеме, для этого закатываем резиновый чехол.
  • Рис 4 – Разъем электронного коммутатора со снятым резиновым чехлом.

  • один конец светодиодного индикатора подключаем на 2 клемму, а второй конец на + аккумулятора, клемма расположена рядом.
  • Рис 5 – Плюсовая клемма в подкапотном пространстве у автомобиля оснащенным кондиционером.

  • светодиод должен гореть.
  • Рис 6 – Проверяем наличие “массы” на разъеме.

  • подключаем минус светодиодного индикатора на “массу”, а вторым концом попеременно встаем на клеммы 1,3,4, помощник каждый раз при этом крутит стартером. Светодиодный индикатор каждый раз должен вспыхивать.

Если он не вспыхивает, то нужно проверить проводку до блока управления, используя схему из статьи «Система впрыска ауди с4 двигатель 2. 6″. Если светодиодный индикатор вспыхивает, как положено, то проверяем катушки зажигания, если они в порядке, то неисправен электронный коммутатор.

Если у вас возникли вопросы или имеются предложения по данной статье. Добро пожаловать на форум.

СИЛОВОЙ ТРАНЗИСТОРНЫЙ КОММУТАТОР

Изобретение относится к области электротехники и может быть использовано при создании силовых электронных коммутаторов и преобразователей, в частности систем управления электрических машин.

Известен переключающий полупроводниковый модуль (коммутатор), содержащий два последовательно соединенных биполярных транзистора с изолированным затвором (IGBT) и схему драйвера, причем выводы IGBT соединены с выводами питания и выходным выводом (US 8916882 В2, Н02М 1/08, Н03K 17/166, 23.12.2014, CN 103620962 A, H01L 29/12, H01L 29/78, Н02М 1/08, 05.03.2014).

Недостатком этого коммутатора является пониженная надежность, обусловленная отсутствием защиты от перегрузок по току и конденсаторов в цепи питания (снабберных конденсаторов).

Известно также устройство коммутации фазы, содержащее IGBT и резистивный датчик тока, включенные последовательно и соединенные с выводами питания и выходным выводом, а также управляющее устройство, соединенное с затворами IGBT и датчиком тока (ЕР 2446536 А2, Н03K 17/082, Н02М 1/00, 02.05.2012).

Его недостатком является пониженный КПД, что обусловлено потерями энергии в резистивном датчике тока, включенном в силовую цепь коммутатора.

Наиболее близким к предложенному является силовой транзисторный коммутатор, входящий в состав мехатронного тягового модуля. Он содержит полумостовые IGBT модули (последовательно соединенные IGBT), соединенные с помощью силовых шин с выводами питания и с выходным выводом (фазной обмоткой электродвигателя), плату управления (плату драйверов), соединенную с затворами IGBT и осуществляющую их включение/отключение, датчик тока, выполненный в виде отдельного устройства и имеющий измерительное отверстие, через которое проходит силовая шина, а также накопитель энергии (емкостный фильтр), соединенный с выводами питания и выполненный в виде двух групп высокочастотных пленочных и электролитических конденсаторов, установленных на отдельных печатных платах (RU 2330371 C1, Н02K 11/00, Н02K 19/22, Н02Р 6/00, 27. 07.2008).

Недостатком известного устройства являются его большие габаритные размеры, объем и масса. Это обусловлено применением большого по размерам и массе датчика тока, необходимостью увеличения длины выходной силовой шины для обеспечения возможности ее прохождения через измерительное отверстие датчика тока, а также реализацией емкостного фильтра (накопителя энергии) в виде двух печатных плат с пленочными высокочастотными и электролитическими конденсаторами, имеющими большие размеры и массу, а также отсутствием реализации конструктивных решений, направленных на улучшение охлаждения компонентов силового коммутатора с целью увеличения плотности тока в этих компонентах и соответствующего сокращения их габаритных размеров, объема и массы.

Задачей, на решение которой направлено предлагаемое техническое решение, является уменьшение габаритных размеров, объема и массы силового транзисторного коммутатора.

Для решения этой задачи в силовом транзисторном коммутаторе, содержащем по меньшей мере один IGBT или MOSFET, или несколько IGBT и/или MOSFET, соединенных между собой параллельно и/или последовательно, корпус, выполненный с возможностью размещения в нем IGBT и/или MOSFET, который/которые с помощью силовых шин соединен/соединены с выводами питания и по меньшей мере с одним выходным выводом, датчик тока, емкостный фильтр, подключенный к выводам питания, и плату управления, соединенную с затвором/затворами IGBT и/или MOSFET, дополнительно реализовано одно или одновременно несколько следующих технических решений:

1) датчик тока выполнен на основе магниточувствительного элемента и размещен около силовой шины, или между силовыми шинами внутри корпуса, или снаружи этого корпуса между поверхностью герметизации, или стенкой корпуса и платой управления, или на плате управления, в ее отверстии или вырезе;

2) емкостный фильтр выполнен на основе керамических конденсаторов, соединенных между собой параллельно и/или последовательно;

3) по меньшей мере один конденсатор емкостного фильтра размещен на плате управления, или внутри корпуса, или на силовой шине, соединенной с выводом питания, или между силовыми шинами, соединенными с выводами питания;

4) емкостный фильтр выполнен с верхним диапазоном рабочих температур не менее +125°С;

5) корпус содержит теплопроводящее основание, приспособленное для отвода тепла от IGBT и/или MOSFET, а емкостный фильтр выполнен и/или размещен с возможностью его охлаждения путем передачи тепла на корпус или на его теплопроводящее основание;

6) плата управления прикреплена к корпусу с возможностью передачи тепла от этой платы на этот корпус, причем корпус содержит теплопроводящее основание, приспособленное для отвода тепла от этого корпуса;

7) плата управления выполнена из материала с повышенной теплопроводностью и/или содержит конструктивные элементы, обеспечивающие улучшение ее охлаждения путем теплового излучения, и/или конвективного охлаждения, и/или принудительного воздушного охлаждения;

8) плата управления содержит малогабаритный вентилятор, приспособленный для принудительного воздушного охлаждения этой платы и/или корпуса.

Первый из указанных отличительных признаков, характеризующийся реализацией датчика тока на основе магниточувствительного элемента, например элемента Холла, а также его размещением около силовой шины или между ними внутри герметизированного корпуса или снаружи этого корпуса около платы управления или на этой плате, позволяет сократить габаритные размеры, объем и массу коммутатора, за счет интеграции датчика тока в конструкцию силового транзисторного коммутатора без увеличения его габаритных размеров, объема и массы при одновременном исключении отдельно установленного датчика тока.

Реализация емкостного фильтра, согласно второго отличительного признака, на основе керамических конденсаторов, соединенных между собой параллельно и/или последовательно, позволяет сократить габаритные размеры, объем и массу коммутатора, за счет того, что многослойные керамические конденсаторы имеют более высокое значение удельной энергии и емкости по сравнению с традиционно применяющимися пленочными конденсаторами, а также за счет того, что применение параллельно и/или последовательно соединенных конденсаторов малого размера позволяет придать емкостному накопителю энергии форму, соответствующую свободному пространству около выводов питания.

Диэлектрик в керамических конденсаторах не плавится и не теряет своих механических свойств при температуре пайки, как это может происходить с пленочными конденсаторами. Это дает возможность уменьшить габаритные размеры, объем и массу емкостного фильтра коммутатора за счет применения конденсаторов в чип-исполнении (SMD). При этом, несмотря на небольшие габаритные размеры керамических конденсаторов, их низкое эквивалентное последовательное сопротивление и связанные с ним малые потери, позволяют, по сравнению с пленочными или электролитическими, сильнее нагружать эти конденсаторы, не вызывая при этом их критического разогрева. Кроме того, керамические конденсаторы способны выдерживать кратковременные многократные перенапряжения. Совокупность этих факторов также обеспечивает возможность снижения габаритных размеров, объема и массы емкостного фильтра и коммутатора в целом.

К этому же результату приводит размещение конденсаторов емкостного фильтра (снабберных конденсаторов) на плате управления, внутри корпуса, на силовых шинах, соединенных с выводами питания, или между этими шинами, реализованное в соответствии с третьим отличительным признаком изобретения. В этом случае конденсаторы фильтра размещены на свободной площади платы управления, в свободном объеме корпуса, на свободной площади силовых шин или между ними, что исключает необходимость применения отдельного фильтра и, соответственно, обеспечивает сокращение габаритных размеров, объема и массы транзисторного коммутатора. Одновременно это приводит к сокращению длины соединений между конденсаторами емкостного фильтра и выводами питания, что также способствует уменьшению габаритных размеров, объема и массы коммутатора.

Известно, что работа конденсаторов емкостного фильтра в режиме больших импульсных токов приводит к их нагреву. Из уровня техники известно предотвращение перегрева конденсаторов путем увеличения их суммарной поверхности охлаждения, что приводит к увеличению габаритных размеров, объема и массы емкостного фильтра. В противоположность этому, в предложенном изобретении, согласно четвертого отличительного признака, емкостный фильтр выполнен с верхним диапазоном рабочих температур не менее +125°С, что при равной величине рассеиваемой мощности позволяет сократить габаритные размеры, объем и массу как самого емкостного фильтра, так и силового транзисторного коммутатора, в котором он установлен.

К этому же результату приводит улучшение охлаждения емкостного фильтра, реализованное в соответствии с пятым отличительным признаком изобретения. Улучшение охлаждения позволяет увеличить допустимую плотность тока, протекающего по обкладкам конденсаторов емкостного фильтра и, соответственно, уменьшить их габаритные размеры, объем и массу за счет сокращения необходимого сечения этих обкладок. Причем этот технический результат достигается при улучшении охлаждения путем обеспечения возможности передачи тепла от конденсаторов фильтра как на корпус, так и на его основание.

Реализация шестого отличительного признака изобретения, характеризующегося креплением платы управления к корпусу с целью передачи тепла, выделяющегося на компонентах этой платы, на теплопроводящее основание корпуса, позволяет увеличить максимально допустимую величину этой мощности. Благодаря этому открывается возможность установки на плату управления более компактных компонентов с высокой удельной мощностью (усилителей сигналов управления затворами IGBT и MOSFET, изолированного источника питания и т. д.), что обеспечивает уменьшение габаритных размеров, объема и массы указанных компонентов, высоты платы и, соответственно, силового коммутатора в целом.

По этим же причинам обеспечивается уменьшение габаритных размеров, объема и массы силового транзисторного коммутатора в изобретении, реализованном в соответствии с седьмым отличительным признаком. В нем плата управления выполнена из материала с повышенной теплопроводностью и/или имеет специальную конструкцию (теплопроводное покрытие черного цвета, дополнительный радиатор, отверстия и пазы в плате и т.п.), что обеспечивает улучшение ее охлаждения за счет интенсификации теплового излучения и/или увеличения скорости воздушного потока конвективного или принудительного охлаждения (от внешнего вентилятора или вентилятора, установленного на этой плате).

Последний отличительный признак изобретения предусматривает установку малогабаритного вентилятора на плату управления, обеспечивающего улучшение охлаждения самой платы, емкостного фильтра и корпуса коммутатора. Это позволяет сократить площади тех составных частей силового транзисторного коммутатора, которые требуют охлаждения, и, соответственно, уменьшить габаритные размеры, объем и массы этих составных частей и коммутатора в целом.

Из изложенного следует, что реализация как одного (любого) из указанных отличительных признаков изобретения, так и одновременная реализация нескольких признаков в их любом сочетании, обеспечивает создание силового транзисторного коммутатора с уменьшенными габаритными размерами, объемом и массой. Соответственно, эти признаки находятся в прямой причинно-следственной связи с указанным техническим результатом. Причем степень уменьшения габаритных размеров, объема и массы возрастает при увеличении количества реализованных отличительных признаков и имеет максимально возможное значение в случае одновременной реализации в силовом транзисторном коммутаторе всех этих признаков.

На фиг. 1 показана упрощенная электрическая схема коммутатора, на фиг. 2 — его вид сверху со снятой платой управления, а на фиг. 3 — вид сбоку. На фиг. 4 показана схема размещения конденсаторов емкостного фильтра между силовыми шинами.

Силовой транзисторный коммутатор содержит один или несколько биполярных транзисторов с изолированным затвором (БТИЗ), именуемых согласно англоязычной терминологии «Insulated Gate Bipolar Transistor» (IGBT), и/или полевых транзисторов с изолированным затвором, соединенных между собой параллельно и/или последовательно. Для обозначения полевых транзисторов с изолированным затвором могут использоваться термины МОП (металл-окисел-полупроводник) или МДП (металл-диэлектрик-полупроводник), а по англоязычной терминологии — MOS, MOSFET или МОСФЕТ (от сокращения словосочетаний: «Metal-Oxide-Semiconductor» (металл-окисел-полупроводник) и «Field-Effect-Transistors» (транзистор, управляемый электрическим полем) и их транскрипции.

На схеме, представленной на фиг. 1, показано два IGBT 1, 2 с антипараллельными диодами 3, 4, соединенные последовательно по полумостовой схеме.

Транзисторы размещены в корпусе 5 и с помощью силовых шин 6, 7, 8 соединены с выводами питания +U и -U 9, 10 и с выходным выводом (выводами) 11 коммутатора. Выводы могут именоваться также зажимами, клеммами, контактными площадками и т.п.

На фиг. 2 и 3 в качестве примера показан корпус с высокой плотностью мощности, имеющий два вывода питания 9, 10 с одной стороны и два параллельно соединенных выходных вывода 11 с другой стороны. В англоязычной технической литературе подобный корпус имеет обозначение «EconoDual-3» или «Е3».

К выводам питания 9, 10 подключен емкостный фильтр 12, выполненный в виде группы последовательно и/или параллельно соединенных конденсаторов 13, преимущественно керамических, имеющих верхний диапазон рабочих температур не менее чем +125°С.

Для управления затворами транзисторов используется плата управления 14, которая может именоваться также платой драйверов, платой управления, усилителем сигналов, контроллером коммутатора и т. п. Она содержит изолированные драйверы IGBT, усилители токов их затворов, гальванически развязанный источник питания вторичных цепей драйверов и различные аналоговые и логические элементы, позволяющие реализовать защиту IGBT от перегрузок по току и напряжению, от сквозных токов и от превышения напряжения на затворах, обеспечение необходимых скоростей включения/выключения транзисторов, диагностику состояния коммутатора и т.п.

Плата управления 14 прижата или прикреплена винтами 5 через крепежные отверстия 16 к корпусу 5 не менее чем в четырех точках, причем непосредственно или через втулки, прокладки и т.п. Предпочтительным является крепление платы с возможностью передачи тепла от элементов, размещенных на этой плате, на корпус 5. С этой целью на соприкасающиеся поверхности платы и корпуса нанесен теплопроводный компаунд, либо для передачи тепла используются крепежные винты 15.

Для улучшения охлаждения платы управления 14 за счет теплового излучения плата может быть выполнена из материала с повышенной теплопроводностью, а ее поверхность, свободная от установки компонентов, может иметь теплопроводное покрытие черного цвета. На этой плате может быть установлен радиатор воздушного охлаждения, а также выполнены отверстия или вырезы, обеспечивающие повышение скорости конвективного или принудительного потока воздуха. В частности, за счет исключения глухих воздушных зон.

С этой же целью на плате 14 может быть размещен малогабаритный вентилятор 17, обеспечивающий принудительное воздушное охлаждение этой платы и корпуса 5. Этот корпус содержит теплопроводящее металлическое, керамическое или металло-керамическое основание 18, через которое осуществляется, как правило, отвод основного количества тепла, выделяемого IGBT 1, 2, диодах 3, 4, элементах платы управления 14 и конденсаторах 13 емкостного фильтра 12. С этой целью основание 18 через отверстия 19 закрепляется на теплоотводящем радиаторе воздушного охлаждения или на жидкостном или испарительном охладителе, обеспечивающем прямой контакт охлаждающей жидкости с этим основанием.

Силовой транзисторный коммутатор содержит датчик тока 20, выполненный на основе магниточувствительного элемента, например в виде микросхемы линейного или дискретного датчика (элемента) Холла. Он размещен около одной из силовых шин 9, 10, 11 или между этими шинами внутри корпуса 4 или снаружи этого корпуса между его стенкой или поверхностью его герметизации и платой управления (фиг. 3). Возможна также установка этого датчика на плате управления 14, например, на стороне платы, обращенной к силовой шине, либо в отверстии или вырезе этой платы.

Около датчика тока 20, с целью увеличения величины его сигнала, может дополнительно устанавливаться ферромагнитный концентратор магнитного поля 21. Концентратор может быть размещен в корпусе 5 и загерметизирован вместе с магниточувствительным элементом датчика тока, IGBT, диодами и силовыми шинами.

Датчик тока 20 осуществляет измерение величины и направления выходного тока силового транзисторного коммутатора, тока потребления этого коммутатора или тока, протекающего по какому-либо IGBT. Его выход может быть соединен с входом внешней системы управления коммутатором и/или с входом платы управления 14 с целью реализации защиты IGBT от перегрузки по току и от короткого замыкания нагрузки. В этом случае плата управления выполнена с возможностью отключения сигналов на затворах IGBT в случае, если выходной сигнал датчика тока 20 превышает предварительно установленную величину или пороговый уровень (в случае применения дискретного датчика Холла).

Керамические конденсаторы 13 емкостного фильтра 12 имеют малые габаритные размеры. Это дает возможность их размещения на плате управления 14, внутри корпуса 5, на силовой шине 9 или 10, соединенной с выводом питания, или между силовыми шинами 9, 10 (фиг. 4).

В последнем случае конденсаторы 13 размещаются между двумя плоскими медными шинами 9, 10 и припаиваются к ним. Противоположные выводы конденсаторов изолируются от шин с помощью изоляционных прокладок 22. Эти прокладки, с целью улучшения охлаждения конденсаторов 13, могут быть выполнены из теплопроводного материала.

Силовой транзисторный коммутатор работает следующим образом.

Напряжение питания +U и -U поступает на клеммы 9, 10 и далее на выводы коллектора и эмиттера IGBT 1, 2. Плата управления, в зависимости от внешних сигналов управления U1 и U2, формирует сигналы управления затворами IGBT, в результате чего осуществляется их включение/отключение в моменты времени, соответствующие управляющим сигналам. Коммутируемое входное напряжение (напряжение питания) с выходного вывода 11 поступает на нагрузку ZH (фиг. 1).

Величина тока нагрузки измеряется с помощью датчика тока 20. Его выходной сигнал поступает на внешнее устройство или на плату управления 14, обеспечивая реализацию защиты IGBT от перегрузок по току и от короткого замыкания нагрузки.

При коммутации индуктивной нагрузки, а также вследствие индуктивности силовых шин, на выводах питания 9, 10 могут возникать импульсы перенапряжения. Для их подавления в коммутаторе установлен емкостный фильтр 12, реализованный на основе конденсаторов 13, рассчитанных на большой импульсный ток.

Для повышения эффективности работы этого фильтра, а также для сокращения габаритных размеров, объема и мессы коммутатора, применяется комплекс описанных выше технических решений, работа которых понятна из их описания.

Для специалистов в данной области техники также понятно, что кроме описанных вариантов силового транзисторного коммутатора возможны также иные варианты его реализации на основе признаков, изложенных в формуле изобретения.



Бесконтактная транзисторная система зажигания | Устройство автомобиля

 

Как устроена бесконтактная транзисторная система зажигания?

Бесконтактная транзисторная система зажигания, применяемая на автомобилях ЗИЛ-130Е, ЗИЛ-131, Урал-375, состоит из датчика-распределителя Р-351, предназначенного для управления работой коммутатора, распределения импульсов высокого напряжения по свечам зажигания, автоматического регулирования угла опережения момента зажигания в зависимости от частоты вращения коленчатого вала, а также для установки начального момента зажигания; катушки зажигания с добавочным резистором; транзисторного коммутатора ТК-200 и аварийного вибратора. Выходное синусоидальное напряжение датчика-распределителя под нагрузкой 3,9 кОм при 1600 об/мин вала датчика составляет 45 В. Остальные детали и приборы такие же, как и в контактно-транзисторной системе зажигания.

Датчик-распределитель (рис.94) состоит из корпуса 6, в котором на скользящих подшипниках установлен вал 1, находящийся в зацеплении через промежуточную вставку с распределительным валом двигателя. На валу жестко закреплен ротор 5 датчика момента искрообразования, представляющего собой восьмиполюсную систему с постоянным кольцевым магнитом 13, закрепленным на латунной втулке 11, заменяющей собой вал поводковой пластины 15 центробежного регулятора. Кольцевой магнит 13 установлен в стальном магнитопроводе 10 и смонтирован на втулке 12 с гайкой и упорной шайбой.

Рис.94. Датчик-распределитель P-351.

Статор 4 датчика состоит из кольцевой обмотки 9, сверху и снизу на которой установлены и соединены восьмиполюсные пластины 8 и 14 магнитопровода. Он также имеет изолированную пружинную клемму 2 для соединения с «+» конца обмотки. Второй конец обмотки 9 соединен на «массу». Статор крепится винтами на приливах корпуса 6. Датчик момента искрообразования имеет количество пар полюсов, рваное количеству цилиндров двигателя. Полюсы 16 и 17 (на рисунке показаны только северные) представляют собой выступы магнитопровода, расположенные на роторе и статоре по 8 на каждом. На статоре и роторе нанесены красные метки 18 для установки момента начала зажигания. Совмещение этих меток соответствует моменту возникновения искры в свече первого цилиндра. Сверху на вале 1 смонтирована токоразносная пластина 3. В корпусе есть центробежный регулятор 7 опережения зажигания, который своими выступами соединяется с ротором датчика. Поэтому при работе двигателя с увеличением частоты вращения вала 1 грузики центробежного регулятора расходятся и поворачивают ротор датчика по направлению вращения вала. В результате управляющий импульс напряжения поступает на вход транзисторного коммутатора раньше, что и обеспечивает опережение зажигания.

Корпус 6 герметично закрывается изоляционной крышкой с выводами для подсоединения проводов высокого напряжения, подводящих ток к свечам зажигания.

Транзисторный коммутатор ТК-200 (рис.95, в) предназначен для усиления и коммутации электрического тока в цепи низкого напряжения, то есть для включения и отключения первичной цепи катушки зажигания в необходимые моменты времени. Он состоит из алюминиевого литого корпуса с ребристой поверхностью, внутри которого установлены 4 кремниевых транзистора VТ1, VT2, VT3 и VT4, шесть кремниевых диодов VD1-VD6, С1-С3, резисторы R1-R10. Транзисторы VТ1-VТ3 усиливают импульс датчика момента искрообразования, который должен подводиться к базе выходного транзистора, коммутирующего (прерывающего) ток в первичной обмотке катушки зажигания в момент его запирания. Для подавления радиопомех в корпусе коммутатора установлен фильтр подавления радиопомех типа ФР82-Ф и конденсаторный фильтр ФР-132, включенный в цепь стартера. Транзисторный коммутатор имеет четыре клеммных разъемных вывода: KЗ – для подсоединения катушки зажигания, ВК-12 – фильтра радиопомех; Д – датчика момента искрообразования; М – для подсоединения на «массу» автомобиля.

Рис.95. Бесконтактная транзисторная система зажигания:
а и б – упрощенные схемы; в – полная схема; г – вибратор аварийный.

В системе предусмотрен вибратор аварийный (рис.95, г) типа РС331, экранированный и герметизированный, предназначенный для кратковременной работы вместо транзисторного коммутатора или датчика момента искрообразования в случае нарушения их работоспособности. Он представляет собой электромеханическое реле с нормально замкнутыми контактами и двумя искрогасительными конденсаторами С7 и С8, смонтированными в металлической коробке 10. Контакты КР реле под действием спиральной пружины находятся в замкнутом состоянии. Конец обмотки 11, подключен к клеммному выводу 13, посредством которого вибратор включается в электрическую цепь системы зажигания. Вибратор аварийный при напряжении 12 В потребляет ток не более 2 А. Бесперебойная и устойчивая работа с вибраторам обеспечивается при частоте вращения коленчатого вала до 3000 об/мин, но неточность подачи высоковольтных импульсов относительно угла установки зажигания приводит к частичной потере мощности двигателя. Работа с вибратором не должна превышать 30 часов.

Как работает бесконтактная транзисторная система зажигания?

В бесконтактной транзисторной системе зажигания роль прерывателя выполняет кремниевый транзистор VT4 (рис.95, в). Преобразование тока низкого напряжения в ток высокого напряжения осуществляется в катушке зажигания таким же путем, как и при батарейном зажигании. Для уяснения работы бесконтактной транзисторной системы зажигания и управления транзистором VТ4 на рисунках 95, а, б представлены упрощенные схемы, на которых не показаны усилительные транзисторы VT2, VT3 и некоторые элементы коммутатора ТК-200. При включенном включателе зажигания (рис. 95, а), но неработающем двигателе положительное напряжение Iп от аккумуляторной батареи через резистор 3 и фильтр 2 подводится к электроду базы выходного транзистора VT4. Сопротивление перехода коллектор – эмиттер транзистора уменьшается и он открывается, пропуская ток. Одновременно ток питания Iкз поступает в первичную обмотку катушки зажигания 4 и далее через открытый транзистор VT4 в цепь. Это будет соответствовать моменту замкнутых контактов прерывателя в батарейной системе зажигания. Валик ротора датчика момента искрообразования ДИ находится в неподвижном состоянии. Входной транзистор VT1 закрыт.

При вращении коленчатого вала ротор ДИ вращается и на его клеммах и на клемме «Д» коммутатора возникает синусоидальное напряжение. При совмещении меток 8 полюсных выступов 6 ротора и выступа 7 статора ДИ генерируется максимальный положительный потенциал в датчике. Следовательно, при подаче на входную клемму «Д» коммутатора положительной полуволны напряжения, т. е. управляющего импульса, показанного на рисунке стрелкой (рис.95, б), входной транзистор VТ1 открывается и переход коллектор – эмиттер шунтирует эмиттерный переход выходного транзистора VT4. Он закрывается и ток через него пройти не может, что соответствует разомкнутому состоянию контактов прерывателя в батарейной системе зажигания. В этот момент ток в первичной обмотке катушки зажигания прерывается и во вторичной обмотке индуктируется ток высокого напряжения, который поступает на распределитель и на свечи зажигания. В первичной обмотке в это время индуктируется ток самоиндукции. Отрицательная полуволна напряжения датчика момента искрообразования запирает транзистор VT1, а выходной транзистор VT4 открывается, так как на его базу подается положительный потенциал. Аналогичный процесс будет происходить в полной схеме коммутатора ТК-200 при подключенных усилительных транзисторах VT2 и VT3 и других элементах схемы.

При включенном зажигании и неработающем двигателе (рис.95, в) ток будет проходить от положительной клеммы аккумуляторной батареи через промежуточные элементы в первичную обмотку 4 катушки зажигания (Iп) и коммутатор 1 (Iсх). Ток Iсх идет по трем направлениям I10, I4, I6. Ток I6, имея достаточный положительный потенциал, подводимый через диод VD3 к базе транзистора VT3. открывает его, вследствие чего транзисторы VT3 и VT4 также открываются. Сила тока управления Iупр транзистора VT4 примерно равна силе тока Iсх схемы. Часть тока Iупр управления проходит через резисторы R1, R3, R9.

Следовательно, при включенном зажигании до пуска двигателя транзисторы VT2, VT3 и VT4 открываются. Входной транзистор VТ1 пока остается закрытым, так как на его базу не подается положительный импульс. В цепи первичной обмотки катушки зажигания устанавливается ток максимальной силы.

При вращении коленчатого вала стартером (СТ) ротор датчика ДИ вращается. На входе клеммы «Д» коммутатора появляется синусоидальное напряжение. Во время подачи на вход клеммы «Д» коммутатора положительной полуволны напряжения, т. е. управляющего импульса, входной, транзистор VТI открывается, а транзистор VT2 и вслед за ним транзисторы VT3 и VT4 закрываются. Закрывание транзистора VT4 приводит к прерыванию тока Iкз в первичной обмотке катушки зажигания, что равносильно размыканию контактов прерывателя в батарейной системе зажигания. Во вторичной обмотке возникает высокое напряжение, которое передается высоковольтным распределительным устройством датчика-распределителя на свечи зажигания в соответствии с порядком работы двигателя. За два оборота коленчатого вала датчик ДИ подает на входную клемму «Д» транзисторного коммутатора восемь управляющих импульсов напряжения, а высоковольтное устройство датчика-распределителя выдаст восемь импульсов высокого напряжения. При закрывании транзистора VT4 и прерывании тока в первичной обмотке катушки зажигания индуктируется ток самоиндукции напряжением до 200 В, заряжая конденсаторы С3 и С6, В контуре, состоящем из конденсатора С3 и индуктивности первичной обмотки катушки зажигания, возникают затухающие электрические колебания. Отрицательная полуволна ЭДС самоиндукции «срезается» (выпрямляется) диодом VD6, а положительная поступает по цепи положительной обратной связи, состоящей из резистора R2 и конденсатора C1, на базу транзистора VТ1, ускоряя его отпирание. Стабилитрон VDст3, ограничивая амплитудное напряжение до 180 В, защищает транзистор VT4 от пробоя, так как он допускает повышение напряжения между эмиттером и коллектором до 200 В. При отрицательной полуволне датчика момента искрообразования транзистор VТ1 закрывается. В этот момент открывается транзистор VT2, а за ним и транзисторы VT3 и VT4, так как на базу транзистора VT2 подводится положительный потенциал тока I6 схемы. При открывании транзисторов VТ2, VT3 и VT4 весь процесс возобновляется.

При пуске двигателя колебательный контур (С3 и первичная обмотка катушки зажигания) и положительная обратная связь (R2 и C1) в схеме коммутатора обеспечивают подачу в каждый цилиндр от одной до пяти искр, т. е. многоискровость, что облегчает пуск, особенно в холодное время года. Как только частота вращения коленчатого вала увеличивается до 600 об/мин и более, то многоискровость прекращается вследствие уменьшения времени на подачу импульсов датчиком момента искрообразования на входной транзистор VT1 коммутатора. В результате на свечи будет подаваться только по одной искре. Электрические процессы, изложенные выше, повторяются пропорционально частоте вращения коленчатого вала, а датчик-распределитель обеспечивает подачу импульсов высокого напряжения в соответствии с порядком работы двигателя. Кроме того, центробежный автомат регулирует необходимый угол опережения зажигания. В. случае аварийного повышения напряжения до 18 В двигатель начнет работать с перебоями из-за срабатывания цепи защиты коммутатора от перенапряжений, состоящей из стабилитронов VDст1, VDст2, резистора R5, которые открывают транзистор VТ1 независима от полярности импульса датчика.

Как необходимо поступить в случае неисправности коммутатора или датчика момента искрообразования?

В случае отказа транзисторного коммутатора или датчика момента искрообразования следует отключить транзисторный коммутатор и подключить аварийный вибратор 10 (рис.95, в). Для этого отсоединяют провод от клеммы «К3» коммутатора и присоединяют на клемму 13 вибратора 10, а заглушку с разъемной клеммы вибратора вставляют в разъем клеммы «К3» коммутатора.

Как работает бесконтактная транзисторная система зажигания в аварийном режиме?

В аварийном режиме при напряжении 12 В система бесконтактного транзисторного зажигания работает следующим образом. При включенном зажигании и неработающем двигателе ток Iар от клеммы ВК-12 коммутатора через первичную обмотку катушки зажигания, соединительный провод и клемму 13 поступает в обмотку 11 и через замкнутые контакты вибратора КР на отрицательную клемму аккумуляторной батареи. Под действием магнитного поля в обмотке, созданного током Iар, якорь 12 (рис.95, г), преодолевая усилие пружины, размыкает контакты КР вибратора аналогично размыканию контактов прерывателя в системе батарейного зажигания. В результате во вторичной обмотке возникает импульс высокого напряжения, который при работающем двигателе передается высоковольтным устройством датчика-распределителя на свечи зажигания. Прерывание тока в обмотке вибратора приводит к уменьшению магнитного поля. Под действием пружины контакты вибратора снова замыкаются и через них опять проходит ток Iар. Изложенные электрические процессы повторяются с частотой 250-400 Гц. Таким образом, моменты подачи высокого напряжения к свечам зажигания определяются уже не датчиком момента искрообразования, а токоразносной пластиной датчика-распределителя, и в каждый цилиндр подается серия искр, т. е. происходит непрерывное искрообразование, при котором слышен звук работы вибратора. Выбранная частота размыкания и замыкания контактов вибратора обеспечивает бесперебойную работу двигателя в пределах до 3000 об/мин. Однако продолжительность работы двигателя с вибратором должна быть не более 30 часов.

***
Проверьте свои знания и ответьте на контрольные вопросы по теме «Система электрического зажигания»

вибратор, датчик, зажигание, коммутатор, момент, напряжение, система, ток, транзистор, транзисторный

Смотрите также:

Как использовать транзистор в качестве переключателя с примерами схем

Транзистор — это электронный компонент, который также используется в качестве цифрового переключателя. Хотя работает он так же, как простой механический переключатель. Но цифровой сигнал с высокой логикой управляет этим переключателем по сравнению с традиционными кнопками. Мы управляем традиционными переключателями вручную, применяя механическую силу.

Введение в транзистор

Мы разрабатываем этот цифровой переключатель, соединяя друг с другом полупроводниковые материалы P-типа и N-типа.Когда мы комбинируем полупроводниковые материалы P-типа и N-типа друг с другом, между ними образуется переход. Этот переход также известен как PN-переход или транзистор. Этот PN-переход контролирует поток тока через соединение. Но этот переход разрывается из-за подачи правильного напряжения смещения на контакты транзистора.

Транзисторы бывают двух типов, например, NPN и PNP. Это трехконтактное устройство. Это следующие клеммы:

  • База (при использовании в качестве переключателя мы применяем управляющую логику к этой клемме)
  • Коллектор
  • Излучатель

Когда мы прикладываем напряжение смещения к клемме базы, PN-переход выходит из строя.После этого ток может течь между выводами коллектора и эмиттера. В противном случае прямой ток не может протекать через устройство.

вы можете проверить эти практические транзисторы: 2N2222, MPSA42, 2N3906

Использование транзистора в качестве переключателя

Теперь мы узнаем:

  • Как использовать транзистор в качестве переключателя в электронных схемах
  • , как использовать его в качестве переключателя переключатель в микроконтроллерных проектах.

Где использовать?

В любом приложении нам нужно связать транзистор с микроконтроллером . Но вопрос, который может возникнуть у вас, зачем нам нужно сопрягать транзистор с микроконтроллером? Поскольку выводы микроконтроллера не могут обеспечивать выходной ток более 3 мА и напряжение более 5 В. Если мы хотим подключить нагрузку, требующую более высокого рабочего тока, более 3 мА, микроконтроллер сгорит. Многим выходным устройствам потребуется схема переключения транзисторов для работы с нагрузкой с высокими требованиями к току, такой как реле, соленоиды и двигатели.

Как им пользоваться?

На этой диаграмме показаны три рабочие области транзистора, такие как область насыщения, активная область и область отсечки.В области насыщения он остается полностью включенным. В отрезанной области он остается полностью отключенным. Для переключения нам нужно, чтобы это устройство работало либо в полностью включенном, либо в полностью выключенном состоянии. Следовательно, мы можем игнорировать точку Q и переключать ее между областями насыщения и среза.

Как работают транзисторы в качестве переключателя?

Как мы видели ранее, мы можем использовать только два региона. Теперь посмотрим, как транзистор работает в этих областях.

Область отключения также известна как режим полного выключения.В этом режиме он действует как разомкнутый переключатель. Чтобы устройство работало в отключенном режиме, необходимо подключить к обоим переходам напряжение обратного смещения. Следовательно, в этом рабочем состоянии ток не может течь между выводом коллектора и эмиттера из-за разрыва цепи между этими выводами.

В области насыщения транзистор остается в полностью открытом режиме. Максимальный ток, который может протекать через коллектор к эмиттеру, зависит от номинальной емкости транзистора. Мы обеспечиваем прямое смещение напряжения между базой и выводом эмиттера.Это работает как короткое замыкание между коллектором и эмиттером. Напряжение смещения обычно превышает 0,7 В.

Пример цифровых логических переключателей

Это устройство на основе PN-перехода имеет множество приложений, таких как интерфейс с сильноточной нагрузкой, интерфейс реле и взаимодействие двигателей через микроконтроллеры. Но во всех этих приложениях основная цель — переключение.

На этой схеме показан пример управления мощными нагрузками, такими как двигатели, лампы и обогреватель.

  • В этой схеме мы хотим управлять нагрузкой 12 В с помощью логического логического элемента И. Но выход логического элемента И составляет всего 5 В.
  • Используя транзистор в качестве переключателя, мы можем управлять нагрузкой 12 В или даже высоким напряжением с помощью цифрового логического сигнала 5 В.
  • Мы также можем использовать эти устройства для более быстрого переключения и Управление широтно-импульсной модуляцией в отличие от традиционных механических переключателей

Пример управления двигателем

В этом примере мы используем управление двигателем постоянного тока с помощью переключателя. Полупроводниковый прибор действует как переключатель. На этой схеме мы можем предоставить управляющий сигнал с любого микроконтроллера, такого как Arduino, платы разработки STM32F4.

Резистор с выводом базы является токоограничивающим резистором. Поскольку контакты GPIO любого микроконтроллера могут обеспечивать базовый управляющий ток менее 20 мА. Кроме того, D1 — это диод свободного хода, который контролирует обратную ЭДС двигателя. Обходит эффект обратной ЭДС. Мы можем использовать любой транзистор в зависимости от мощности двигателя.

В заключение, если управляющий сигнал на базовом входе равен 0 вольт. Он подаст сигнал ВКЛ. Потому что мы используем переключатель PNP в этой примерной схеме. Точно так же он останется выключенным, его управляющий сигнал будет ВЫСОКИЙ.

Транзистор как переключатель с Arduino Пример

На этой схеме показано взаимодействие Arduino с NPN-транзистором и двигателем. Эта схема предназначена только для демонстрационных целей. Потому что мы обеспечиваем питание нагрузки через питание Arduino. В этом примере мы можем управлять только 5-вольтовым двигателем постоянного тока.Если вам нужно управлять двигателем большой мощности, следует использовать специальный силовой транзистор и отдельный блок питания.

Транзистор как переключатель Пример моделирования Proteus

Этот пример является точной копией предыдущей схемы. Но вместо него используется транзистор NPN. Следовательно, управляющие сигналы будут действовать наоборот.

Транзистор в качестве переключателя Примеры

В этом разделе мы увидим различные примеры использования транзистора в качестве переключателя.

Два транзистора в качестве переключателя. Пример

В этой схеме два транзистора.В первом транзисторе база заземлена, и ток в нее не может течь. В результате транзистор «выключен», и ток не может течь через лампочку. В другом случае ток течет в базу, поэтому транзистор включен, и через него может протекать ток, в результате чего загорается лампочка.

В этом примере два резистора установлены так, что база транзистора находится под достаточно высоким напряжением, чтобы ток мог течь в нее, и, как следствие, транзистор включен. В результате ток проходит через лампочку, которая излучает свет.

Управление током базы транзистора с помощью потенциометра

В этом случае ток, текущий в базу, можно изменять. Если ток большой, транзистор включен и лампочка горит. Если стрелка на потенциометре перемещается вниз, ток в базе падает до тех пор, пока транзистор не выключится и ток через лампочку не перестанет течь.

Управляющее реле с транзистором в качестве переключателя

В этом примере принцип такой же, как и в предыдущем примере схемы, за исключением того, что вместо включения и выключения лампочки активируется катушка реле, которая, в свою очередь, включает свет лампочки во вторичной цепи.

Управление работой транзисторного переключателя с помощью конденсатора

В этой примерной схеме используется конденсатор для управления током, протекающим к клемме базы транзистора. Первоначально конденсатор заряжается через резистор над ним. В конце концов верхняя пластина конденсатора достигает такого потенциала, что ток начинает течь в базу транзистора, включая транзистор и заставляя лампочку светиться.

Также следует отметить, что лампа остается выключенной, пока внутри конденсатора не накопится достаточно заряда, который может обеспечить ток включения на вывод базы транзистора.

В этой примерной схеме конденсатор заряжается до тех пор, пока его нижняя пластина не будет иметь настолько низкий потенциал, что ток не может течь через базу транзистора. В результате транзистор сначала включен, но через некоторое время отключается. В этой и последней схемах присутствует эффект синхронизации. По прошествии определенного периода времени, который можно определить выбором резистора и конденсатора, транзистор либо включается, либо выключается.

Эта примерная схема транзистора в качестве переключателя аналогична схеме из последнего примера, за исключением того, что, изменяя значение переменного резистора, можно изменять время, которое проходит до включения транзистора.

Видеолекция

В приведенной выше схеме логический пробник используется в качестве входа от микроконтроллера, а диод D1 используется в качестве свободно вращающегося диода, чтобы позволить току течь, когда устройство находится в выключенном состоянии. Помните, что мы использовали 3904 только для демонстрации. При выборе транзисторов следует учитывать максимальный ток, который может протекать через транзистор во включенном состоянии. Вход микроконтроллера используется только для управления транзистором во включенном или выключенном состоянии, как показано на рисунке ниже.

Обратите внимание, что обычно к выходному устройству подключают диод подавления обратной ЭДС. Это важно для таких устройств, как реле, соленоиды и двигатели, которые создают обратную ЭДС при отключении питания.

На практике мы использовали в основном реле для сильноточных нагрузок. В этом случае транзистор, используемый для управления реле и нагрузкой, соединен с реле.

Транзистор как переключатель Применения

  • Контроллер высоковольтных ламп, двигателей и нагревателей
  • Высокочастотное переключение с широтно-импульсной модуляцией
  • Действует как усилитель

Статьи по теме:

Схема транзисторного переключателя — Электронная информация от PenguinTutor

Транзистор — это усилитель, который может увеличивать силу тока, протекающего по цепи. Его можно использовать в качестве переключателя, используя только транзистор в выключенном состоянии или во включенном состоянии, используя область насыщения транзистора. В качестве переключателя транзистор часто используется для получения сигнала от цифровой схемы и его использования для переключения нагрузок с большей нагрузкой, чем может обеспечить интегральная схема (ИС).

На схеме ниже показана обычная простая конфигурация схемы транзисторного переключателя. Он состоит из одного транзистора NPN и изображает два резистора. Резистор R L не обязательно является резистором, но представляет значение сопротивления переключаемого устройства.Это может быть лампа, реле или какое-либо другое устройство, которому требуется больший ток, чем может подаваться напрямую входом. Резистор может потребоваться, если коммутируемое устройство не имеет достаточного собственного сопротивления (например, светодиоды). Резистор на базе R b — это резистор, используемый для предотвращения повреждения базы транзистора. Он должен быть достаточно большим, чтобы предотвратить повреждение транзистора, но при этом должен пропускать ток, достаточный для включения транзистора. Подробная информация о том, как определить размер резистора, объясняется ниже.

Как работает схема

Чтобы транзистор действовал как переключатель, он должен быть активирован как область насыщения. При включении в режиме насыщения транзистор действует как замкнутый переключатель, пропускающий ток через нагрузку.

Если переключаемая нагрузка представляет собой индуктивное устройство, такое как двигатель, соленоид или реле, то диод должен быть подключен в обратном направлении через нагрузку, чтобы предотвратить повреждение транзистора обратной ЭДС.

Хотя цель этого состоит в том, чтобы свести математические вычисления к минимуму, нам нужно использовать некоторую простую формулу, чтобы определить подходящее значение для базового резистора R b . Ключевое уравнение, используемое здесь, — это закон Ома.

Расчеты

Чтобы определить соответствующий уровень резистора, необходимо рассчитать соответствующий входной ток для насыщения транзистора. Вход обычно управляется гораздо более высоким током, чтобы гарантировать, что он находится в этой области насыщения (например,В 10 раз превышающий минимальный базовый входной ток насыщения).

Для начала необходимо определить ток, протекающий через резистор R L . В зависимости от типа устройства его можно будет взять из таблицы данных на основе тока, необходимого для активации или работы устройства. Если это неизвестно — или нам нужно ограничить этот ток для защиты устройства, тогда сопротивление можно рассчитать с помощью закона Ома.

V cc — напряжение питания, V ce — падение напряжения между коллектором и эмиттером при насыщении.Значение V ce можно найти в паспорте транзистора.

Необходимо проверить техническое описание транзистора, чтобы убедиться в том, что через транзистор проходит максимальный ток. На транзисторе с меньшей мощностью это значение может быть довольно низким, например 100 мА на BC546, но на транзисторе высокой мощности оно может достигать 15 А на TIP3055. Если значение I c max слишком низкое, то необходимо использовать другой транзистор или добавить резистор для ограничения этого тока (если остальная часть схемы может работать с уменьшенным током).

После определения тока коллектора минимальный базовый ток можно найти, посмотрев на коэффициент усиления транзистора. Коэффициент усиления указан в техническом паспорте как hFE или β

.

Формула соотношения между током коллектора и током базы:

, которую мы транспонируем как:

Коэффициент усиления транзистора непостоянен, но для переключателя, использующего наименьшее значение, транзистор будет находиться в области насыщения. Примерные значения усиления составляют от 200 до 450 для транзистора BC546 или 45 для транзистора TIP3055.

Чтобы обеспечить полное включение транзистора даже при изменении нагрузки, мы обычно умножаем базовый ток в 10 раз. Если базовый ток в десять раз больше необходимого базового тока превышает максимальный базовый ток, то значение ниже максимального. Вместо этого следует использовать базовый ток.

Чтобы подобрать резистор подходящего размера, воспользуемся следующей формулой.

Где V I — напряжение на входе базового резистора.

Практический пример

См. Мои примеры проектов с использованием транзисторных ключей

Низкая сторона vs.Транзисторный ключ высокого уровня

Обычная задача транзистора — это включение и выключение устройства. Существует две конфигурации транзисторного переключателя: со стороны низкого и высокого уровня. Расположение транзистора определяет тип схемы и ее название. Любая конфигурация транзистора может использовать BJT или MOSFET.

В этом посте я рисую конфигурацию для обоих типов транзисторов, рассказываю о том, для чего требуется драйвер, и объясняю, почему вы должны использовать любой из них. Если вы плохо знакомы с транзисторами, ознакомьтесь с ссылками на ресурсы внизу.У меня есть несколько видеороликов, которые я снял, и некоторые из «Учебной схемы element14», которые отлично справляются с внедрением транзисторов.

Конфигурация транзисторов нижнего плеча

Когда транзистор заземлен, это означает, что нагрузка находится между + V и транзистором. Поскольку транзистор переключает путь на землю или находится на стороне низкого напряжения нагрузки, он называется переключателем низкого уровня.

Обычно они используют NPN BJT или N-канальный MOSFET.

Примеры транзисторов нижнего уровня (обратите внимание, что полевой транзистор имеет понижающий резистор.)

Для NPN BJT эмиттер подключается к земле, а коллектор подключается к отрицательной стороне нагрузки. В качестве переключателя BJT работает в режиме насыщения. Насыщение означает, что базового тока достаточно для полного включения транзистора.

Для N-канального MOSFET исток подключается к земле, а сток подключается к отрицательной стороне нагрузки. Хотя вы можете использовать JFET для этой схемы, MOSFET в режиме улучшения работает лучше.

Переключатель на транзисторах верхнего плеча

Переключатель на стороне высокого давления противоположен переключателю на стороне низкого давления.Этот транзистор подключает + V к нагрузке. Из-за того, как работают транзисторы, их может быть немного сложнее использовать в схеме Arduino или Raspberry Pi.

Обычно они используют PNP BJT или MOSFET с каналом P.

Транзисторы верхнего плеча (обратите внимание, что полевой транзистор имеет подтягивающий резистор.)

Для PNP BJT эмиттер подключается к источнику напряжения, а коллектор подключается к положительной стороне нагрузки. Глядя на схематический рисунок для NPN и PNP, PNP может выглядеть так, как будто он перевернут.Как и NPN, PNP BJT должен работать в области насыщения, чтобы полностью включить транзистор.

Для полевого МОП-транзистора с P-каналом, исток подключается к источнику напряжения, а сток подключается к положительной стороне нагрузки. Как и в случае с нижней стороной, вы, вероятно, захотите использовать MOSFET в режиме улучшения. Имейте в виду, что вы никогда не найдете P-Channel в режиме истощения. Они существуют только в учебниках и как ошибки при вводе данных.

МОП-транзистор с P-каналом и таким же напряжением нагрузки

При использовании транзистора P-типа при напряжении нагрузки, которое имеет тот же уровень напряжения, что и сигнал, управляющий транзистором, приведенная выше схема работает нормально.Ну, логика перевернута, но в остальном все в порядке. Для подробного объяснения ознакомьтесь с этим сообщением, которое я написал в Учебном пособии по P-канальным MOSFET только с положительным напряжением.

Когда напряжение нагрузки ВЫШЕ, чем напряжение сигнала, вам нужен драйвер. Затем давайте посмотрим, как драйвер используется с транзисторными переключателями низкого и высокого уровня.

Транзистор управляет другим транзистором

Схема задающего транзистора — это схема, которая управляет другим транзистором. Эта схема отличается от пары Дарлингтона BJT, которая представляет собой BJT с высоким коэффициентом усиления.Вместо этого используется драйвер транзистора, когда напряжение (или ток) управляющего сигнала несовместимо с нагрузочным транзистором. Ниже приведены два случая, когда вам может потребоваться драйвер транзистора. Это ни в коем случае не единственные. Так что, если вы знаете о каком-либо случае или подозреваете, что он вам нужен, оставьте комментарий.

Примеры транзисторных драйверов

Сильноточные полевые МОП-транзисторы имеют значительный порог Vgs. Хотя 5 вольт на выводе Arduino GPIO может быть достаточно для включения транзистора, этого недостаточно для его насыщения.Пока полевой транзистор не будет насыщен, его Rds-ON может быть относительно высоким, ограничивая максимальный ток, который он может выдержать.

Часто используется драйвер NPN с PNP BJT или P-канальным MOSFET, когда напряжение нагрузки выше, чем напряжение сигнала. Без драйвера транзистор может никогда не выключиться. Драйвер, по сути, повышает управляющее напряжение до достаточно высокого уровня, чтобы не смещать переход Vbe или Vgs транзистора. Мой учебник по ШИМ-вентилятору для ПК — это пример того, как Arduino управляет вентилятором на 12 В с помощью PNP.

Зачем вообще заморачиваться с транзисторами верхнего плеча?

Как для BJT, так и для MOSFET транзисторов их P-тип обычно имеет большее сопротивление (или меньшую допустимую нагрузку по току), чем их аналоги N-типа. По этой причине некоторые могут прийти к выводу, что вам всегда следует использовать N-тип в конфигурации низкого уровня.

Однако сделайте шаг назад и подумайте на секунду, что делают два разных типа схем. Переключатель нижнего плеча подключает массу, в то время как выключатель верхнего плеча подключает источник напряжения.Как правило, в цепи вы хотите, чтобы земля оставалась подключенной, а питание переключалось. Одна из причин заключается в том, что даже когда транзистор полностью открыт, на нем все еще есть небольшое падение напряжения. Это падение напряжения означает, что заземление этого устройства не равно 0 вольт. Для чего-то простого, например, светодиода, не имеет значения, что вы переключаете. Однако активное устройство, такое как микроконтроллер, нуждается в заземлении! Поэтому, когда у вас есть нагрузка, которая требует заземления, вам НЕОБХОДИМО использовать переключатель высокого напряжения.

Как простое практическое правило, если вы включаете и выключаете устройство, переключатель нижнего уровня является простым решением.Однако, если вы подаете питание на всю цепь или устройство, чувствительное к напряжению, вам следует использовать переключатель высокого напряжения.

Между прочим, есть готовые компоненты, называемые «выключателем нагрузки». Это ИС, которые имеют полевой МОП-транзистор с P-каналом в качестве переключающего транзистора со встроенным драйвером для этого P-канала. Для компонентов этого типа не требуется внешний драйвер.

Ссылки по основам транзисторов

(для справки)

  • Схема обучения, как работают транзисторы.Карен объясняет с нуля, как работают биполярные переходные транзисторы (BJT). В сети есть много объяснений физики транзисторов, но Карен — самое ясное из всех, с которыми я когда-либо сталкивался.
  • Цепь обучения, обратная связь BJT. В этом эпизоде ​​TLC я присоединился к Карен и рассмотрел некоторые заблуждения сообщества (и я подозреваю, что другие) в видео, указанном выше.
  • Аддом, БЮЦ. Видео, которое я сделал о БЮТ. Я не разбираюсь в том, как работают электроны, но вместо этого покажу, как их использовать в цепи.
  • AddOhms, МОП-транзисторы. Вторая часть моих видео о транзисторах. В этом выпуске я объясняю, как использовать полевые МОП-транзисторы. (Это видео является самым популярным на моем канале YouTube с миллионом просмотров.)

Что такое биполярные транзисторные переключатели


Табличка 1

Льюиса Лофлина

Это представляет широкое внедрение переключающих транзисторов PNP и NPN, ориентированных на общие 5-вольтовые микроконтроллеры. Биполярные транзисторы состоят из двух полупроводниковых переходов (таким образом, биполярных), которые служат для широкого круга электронных применений, от звуковых усилителей до цифровых схем.

Здесь нас интересует только их использование в качестве электронных переключателей для управления нагрузками, такими как реле, лампы, двигатели и т. Д. Они бывают разных корпусов и стилей.


Табличка 2

На Таблице 2 выше мы видим электронные символы как для NPN, так и для NPN. Они работают точно так же, за исключением противоположных электрических полярностей. Если набор транзисторов имеет точные электрические свойства, но противоположные полярности, они называются дополнительной парой .

Другой тип транзисторов известен как полевые МОП-транзисторы или металлооксидные полупроводниковые полевые транзисторы , которые будут рассмотрены отдельно.



Табличка 3

На Таблице 3 показаны типичные электрические соединения для биполярных транзисторов PNP и NPN в системе микроконтроллера с отрицательным заземлением. Обратите внимание на то, что ток на этих иллюстрациях изменяется от отрицательного к положительному.

Обратите внимание на стрелки, обозначающие ток — с PNP ток коллектора (Ic) идет от коллектора (C) к эмиттеру (E), а NPN Ic — от эмиттера к коллектору.

Обратите внимание на положение транзисторов относительно GND, +12 В и нагрузки в данном случае двигателей постоянного тока.PNP-транзистор, работающий как переключатель для включения-выключения двигателя, расположен на стороне + Vcc нагрузки и будет источником тока.

С NPN-транзистором справа переключатель находится на стороне заземления нагрузки и, как говорят, потребляет ток.

Приемник и источник важны при подключении программируемых логических контроллеров (ПЛК), используемых для управления оборудованием в промышленности.

Нажимной переключатель Sw1 течет ток от GND через R1, и смещает в прямом направлении базу (B) относительно эмиттера.Это объединяется с током коллектора, чтобы произвести ток эмиттера обратно к источнику питания 12 В.

Нажать Sw2, это позволяет току от GND через эмиттер, который выплескивается, чтобы сформировать Ib и Ic для транзистора NPN. Это слишком прямое смещение перехода база-эмиттер. Отношения для обоих следующие:

 
Т.е. = Ic + Ib;
hfe = Ic / Ib.
  

Значения hfe представляют усиление по постоянному току — небольшой ток база-эмиттер создает больший ток эмиттер-коллектор.

При использовании в качестве переключателей транзисторы используются в режиме насыщения , где дополнительный ток база-эмиттер не создает дополнительного тока коллектор-эмиттер.



Пластина 4

На четвертой пластине показано, как проверить PN-переход полупроводника. Диод — это самый простой полупроводниковый переход, в котором ток течет только в одном направлении. Цифровой вольтметр (DVM) должен выполнять функцию проверки диода, которая подает достаточно напряжения для прямого смещения диода, когда катодная сторона является отрицательной, а анодная сторона — положительной.

Если провода DVM перевернуты, ток не протекает. Падение напряжения на смещенном в прямом направлении PN-переходе составляет приблизительно 0,6В.



Пластина 5

На пластине 5 показано, как два PN-перехода в биполярных транзисторах действуют как встречные диоды. (Обратите внимание на противоположную полярность!) Ток не может течь от эмиттера-коллектора или коллектора-эмиттера. Когда переход база-эмиттер смещен в прямом направлении, ток течет через смещенный в обратном направлении переход база-коллектор.



Пластина 6

На пластине 6 мы используем транзистор TIP41 NPN номиналом 6 ампер с минимальной hfe 20. Всегда принимайте наименьшее hfe из листов характеристик транзистора!

Наша нагрузка (светодиод) требует 100 мА, чтобы определить ток база-эмиттер Ib = Ic / hfe = 0,1 A / 20 = 5 мА. Я предполагаю, что Ib равен 10 мА, чтобы убедиться, что TIP41 полностью отключается (насыщение).

При вводе 5 В от Arduino, PIC и т. Д. Вычтите 0,6 В для напряжения база-эмиттер, а затем разделите на 4.4 В / 10 мА = 440 Ом.

Обратите внимание, что напряжение эмиттер-коллектор на транзисторе при насыщении составляет 0,5 В.



Пластина 7

2N3055 — это транзистор очень высокой мощности, предназначенный для подачи сильного тока. В данном случае мы управляем двигателем на 10 ампер. Разделите 10 ампер на 20, нам понадобится не менее 500 мА. Это не сработает, потому что Arduino, PIC и т. Д. Вывод ввода / вывода просто не может обеспечить такой уровень тока привода.



Табличка 8

На пластине 8 представлена ​​так называемая конфигурация Дарлингтона, в которой ток коллектора-эмиттера одного транзистора обеспечивает ток база-эмиттер второго транзистора.Значения hfe для каждого транзистора равны , умноженному на вместе, чтобы получить огромное усиление по току в этом примере 2000.

Q2 также будет известен как предварительный драйвер.



Табличка 9

На Таблице 9 показано, как подключить транзистор PNP к Arduino или аналогичному микроконтроллеру. Поскольку высокое напряжение 11 В на базе Q1 разрушит вывод ввода / вывода (ограничено 5 В), мы должны использовать транзисторный переключатель NPN (Q2) в качестве предварительного драйвера.



Пластина 10

На пластине 10 мы используем высокомощный Mj2955 (дополнение к более раннему 2N3055) с транзистором TIP42 PNP для формирования транзистора Дарлингтона.Мы снова используем предварительный драйвер NPN для защиты вывода ввода / вывода микроконтроллера от высокого базового напряжения Q2.

Надеюсь, серия была полезной. Любые исправления, предложения и т. Д. Пишите мне по адресу [email protected]

Расчетный транзистор как переключатель

Хотя транзисторы (BJT) широко используются для создания схем усилителя, их также можно эффективно использовать для коммутационных приложений.

Транзисторный ключ — это схема, в которой коллектор транзистора включается / выключается с относительно большим током в ответ на соответствующий сигнал включения / выключения низкого тока на его базовом эмиттере.

В качестве примера следующую конфигурацию BJT можно использовать в качестве переключателя для инвертирования входного сигнала для логической схемы компьютера.

Здесь вы можете обнаружить, что выходное напряжение Vc противоположно потенциалу, приложенному к базе / эмиттеру транзистора.

Кроме того, база не связана с каким-либо фиксированным источником постоянного тока, в отличие от схем на основе усилителя. Коллектор имеет источник постоянного тока, который соответствует уровням питания системы, например, 5 В и 0 В в этом случае компьютерного приложения.

Мы поговорим о том, как эта инверсия напряжения может быть спроектирована, чтобы гарантировать, что рабочая точка правильно переключается с отключения на насыщение вдоль линии нагрузки, как показано на следующем рисунке:

Для настоящего сценария на приведенном выше рисунке мы имеем предполагается, что IC = ICEO = 0 мА, когда IB = 0 мкА (отличное приближение в отношении улучшения стратегии строительства). Кроме того, предположим, что VCE = VCE (sat) = 0 В вместо обычного уровня от 0,1 до 0,3 В.

Теперь при Vi = 5 В BJT включится, и при рассмотрении конструкции необходимо обеспечить высокую степень насыщения конфигурации на величину IB, которая может быть больше, чем значение, связанное с кривой IB, видимой вблизи насыщения. уровень.

Как видно из приведенного выше рисунка, в этих условиях значение IB должно быть больше 50 мкА.

Расчет уровней насыщения

Уровень насыщения коллектора для показанной схемы можно рассчитать по формуле:

IC (sat) = Vcc / Rc

Величина базового тока в активной области непосредственно перед уровнем насыщения может быть рассчитывается по формуле:

IB (max) ≅ IC (sat) / βdc ———- Уравнение 1

Это означает, что для реализации уровня насыщения должно выполняться следующее условие:

IB> IC (sat) / IC (sat) / βdc ——— Уравнение 2

На графике, обсужденном выше, когда Vi = 5 В, результирующий уровень IB можно оценить в следующий метод:

Если мы проверим уравнение 2 с этими результатами, мы получим:

Это, по-видимому, полностью удовлетворяет требуемому условию.Несомненно, любое значение IB, превышающее 60 мкА, будет допущено к проникновению через точку Q над линией нагрузки, расположенной очень близко к вертикальной оси.

Теперь, если обратиться к сети BJT, показанной на первой диаграмме, в то время как Vi = 0 В, IB = 0 мкА и предположить, что IC = ICEO = 0 мА, падение напряжения, происходящее на RC, будет по формуле:

VRC = ICRC = 0 В.

Это дает нам VC = +5 В для первой диаграммы выше.

В дополнение к приложениям переключения компьютерных логик, эта конфигурация BJT также может быть реализована как коммутатор с использованием тех же крайних точек линии нагрузки.

Когда происходит насыщение, ток IC имеет тенденцию становиться достаточно высоким, что, соответственно, снижает напряжение VCE до самой низкой точки.

Это приводит к возникновению уровня сопротивления на двух клеммах, как показано на следующем рисунке и рассчитывается по следующей формуле:

R (sat) = VCE (sat) / IC (sat), как показано на следующем рисунке.

Если мы предположим типичное среднее значение для VCE (sat), такое как 0,15 В в приведенной выше формуле, мы получим:

Это значение сопротивления на выводах коллектора-эмиттера выглядит довольно маленьким по сравнению с последовательным сопротивлением в килоомах на коллекторные клеммы БЮТ.

Теперь, когда вход Vi = 0 В, переключение BJT будет отключено, в результате чего сопротивление на коллекторе-эмиттере будет:

R (отсечка) = Vcc / ICEO = 5 В / 0 мА = ∞ Ω

Это приводит к возникновению разрыва цепи на выводах коллектора-эмиттера. Если мы рассмотрим типичное значение 10 мкА для ICEO, значение сопротивления отсечки будет таким, как указано ниже:

Rcutoff = Vcc / ICEO = 5 В / 10 мкА = 500 кОм

Это значение выглядит значительно большим и эквивалент разомкнутой цепи для большинства конфигураций BJT в качестве переключателя.

Решение практического примера

Рассчитайте значения RB и RC для транзисторного переключателя, сконфигурированного как инвертор ниже, учитывая, что ICmax = 10 мА

Формула для выражения насыщения коллектора:

ICsat = Vcc / Rc

∴ 10 мА = 10 В / Rc

∴ Rc = 10 В / 10 мА = 1 кОм

Также в точке насыщения

IB ≅ IC (sat) / βdc = 10 мА / 250 = 40 мкА

Для гарантированного насыщения выберем IB = 60 мкА, а по формуле

IB = Vi — 0.7 В / RB, получаем

RB = 10 В — 0,7 В / 60 мкА = 155 кОм,

Округляя полученный результат до 150 кОм и снова оценивая приведенную выше формулу, получаем:

IB = Vi — 0,7 V / RB

= 10 В — 0,7 В / 150 кОм = 62 мкА,

, так как IB = 62 мкА > ICsat / βdc = 40 мкА

Это подтверждает, что мы должны использовать RB = 150 кОм

Расчет Коммутационные транзисторы

Вы найдете специальные транзисторы, называемые переключающими транзисторами, из-за их высокой скорости переключения с одного уровня напряжения на другой.

На следующем рисунке сравниваются периоды времени, обозначенные как ts, td, tr и tf, с током коллектора устройства.

Влияние периодов времени на характеристику скорости коллектора определяется характеристикой тока коллектора, как показано ниже:

Общее время, необходимое транзистору для переключения из состояния «выключено» в состояние «включено», обозначено как t (on) и может быть определено по формуле:

t (on) = tr + td

Здесь td определяет задержку, происходящую, когда входной сигнал переключения меняет состояние, а транзисторный выход реагирует на изменение.Время tr указывает окончательную задержку переключения от 10% до 90%.

Общее время, затраченное bJt из включенного состояния в выключенное состояние, обозначается как t (выключено) и выражается формулой:

t (выключено) = ts + tf

ts определяет время хранения, в то время как tf определяет время спада с 90% до 10% от исходного значения.

Ссылаясь на приведенный выше график, для BJT общего назначения, если ток коллектора Ic = 10 мА, мы можем видеть, что:

ts = 120 нс, td = 25 нс, tr = 13 нс, tf = 12 нс

, что означает t (on) = tr + td = 13 ns + 25 ns = 38 ns

t (off) = ts + tf = 120 ns + 12 ns = 132 ns

Как работают транзисторы? — Объясни, что это за штука

Ваш мозг содержит около 100 миллиардов клеток, называемых нейронами, — крошечных переключателей, которые позволяют вам думать и запоминать вещи. Компьютеры содержат миллиарды миниатюрных «клеток мозга». Их называют транзисторами и они сделаны из кремния, химического элемента, обычно встречающегося в песке. Транзисторы произвели революцию в электронике с момента их появления. изобретен более полувека назад Джоном Бардином, Уолтером Браттейном и Уильям Шокли. Но что это такое и как они работают?

Фото: Насекомое с тремя ногами? Нет, типичный транзистор на электронной плате.Хотя простые схемы содержат отдельные транзисторы, подобные этому, сложные схемы внутри компьютеров также содержат микрочипы, каждый из которых может иметь тысячи, миллионы или сотни миллионов транзисторов, упакованных внутри. (Технически, если вас интересуют более интересные вещи, это кремниевый транзистор PNP-усилителя 5401B. Я объясню, что все это означает сейчас.)

Что на самом деле делает транзистор?

Фото: Компактные слуховые аппараты были одними из первых применений транзисторов, а этот датируется концом 1950-х или 1960-х годов.Он был размером с колоду игральных карт, поэтому его можно было носить в кармане пиджака или на нем. С другой стороны корпуса находится микрофон, который улавливает окружающие звуки. Вы можете ясно видеть четыре маленьких черных транзистора внутри, усиливающих эти звуки, а затем выстреливающих их в маленький динамик, который находится у вас в ухе.

Транзистор действительно прост — и действительно сложен. Давайте начнем с простая часть. Транзистор — это миниатюрный электронный компонент, который может выполнять две разные работы.Может работать как усилитель или как переключатель:

  • Когда работает как усилитель, нужно в крошечном электрическом токе на одном конце ( входной ток) и производит гораздо больший электрический ток (выходной ток) на другом. Другими словами, это своего рода бустер тока. Это входит действительно полезно в таких вещах, как слуховые аппараты, одна из первых вещей люди использовали транзисторы для. В слуховом аппарате есть крошечный микрофон. который улавливает звуки из окружающего вас мира и превращает их в колеблющиеся электрические токи.Они подаются на транзистор, который усиливает их и приводит в действие крошечный громкоговоритель, так что вы слышите гораздо более громкую версию окружающих вас звуков. Уильям Шокли, один из изобретателей транзистора, однажды объяснил студенту транзисторные усилители в более подробном виде. юмористический способ: «Если взять тюк сена и привязать его к хвост мула, а затем чиркнуть спичкой и поджечь тюк сена, и если вы затем сравните энергию, израсходованную вскоре после этого, мул с энергией, затраченной вами на зажигание спички, вы поймете концепцию усиления.«
  • Транзисторы
  • также могут работать как переключатели. А крошечный электрический ток, протекающий через одну часть транзистора, может значительно увеличить ток течет через другую его часть. Другими словами, маленький ток переключается на больший. По сути, так работают все компьютерные микросхемы. Для например, микросхема памяти содержит сотни миллионов или даже миллиарды транзисторов, каждый из которых можно включить или выключить индивидуально. Поскольку каждый транзистор может находиться в двух различных состояниях, он может хранить два разных числа, ноль и единицу.С миллиардами транзисторов микросхема может хранить миллиарды нулей и единиц, и почти столько же обычных цифр и букв (или символов, как мы их называем). Подробнее об этом чуть позже.

Самое замечательное в машинах старого образца было то, что вы могли их отдельно, чтобы понять, как они работают. Это никогда не было слишком сложно, с немного толкать и тыкать, чтобы узнать, какой бит сделал что и как один вещь привела к другому. Но электроника совсем другая. Это все об использовании электронов для управления электричеством.Электрон — это минута частица внутри атома. Он такой маленький, весит чуть меньше 0.000000000000000000000000000001 кг! Самые современные транзисторы работают контролируя движения отдельных электронов, чтобы вы могли представьте, насколько они маленькие. В современном компьютерном чипе размер ноготь, вы, вероятно, найдете от 500 миллионов и два миллиарда отдельных транзисторов. Нет шанса разобрать транзистор, чтобы узнать, как он работает, поэтому мы должны понять это с помощью теории и воображения.Во-первых, это помогает, если мы знаем, из чего сделан транзистор.

Как делается транзистор?

Фото: Кремниевая пластина. Фото любезно предоставлено Исследовательским центром NASA Glenn Research Center (NASA-GRC).

Транзисторы изготовлены из кремния, химического элемента, содержащегося в песке, который обычно не проводит электричество (оно не позволяет электронам легко проходить через него). Кремний — полупроводник, а это значит, что он ни на самом деле проводник (что-то вроде металла, пропускающий электричество), ни изолятор (что-то вроде пластика, не пропускающего электричество).Если мы обрабатываем кремний примесями (процесс, известный как легирование), мы можем заставить его вести себя по-другому способ. Если мы добавим в кремний химические элементы мышьяк, фосфор, или сурьма, кремний получает дополнительные «свободные» электроны — те, которые может проводить электрический ток, поэтому электроны будут вытекать об этом более естественно. Поскольку электроны имеют отрицательный заряд, кремний обработанный таким образом, называется n-типом (отрицательный тип). Мы также можем легировать кремний другими примесями, такими как бор, галлий и алюминий.В кремнии, обработанном таким образом, меньше таких «свободные» электроны, поэтому электроны в соседних материалах будут стремиться втекать в него. Мы называем этот кремний p-типом (положительным типом).

Вкратце, мимоходом, важно отметить, что ни кремний n-типа, ни p-типа на самом деле не имеет заряда сам по себе : оба электрически нейтральны. Это правда, что кремний n-типа имеет дополнительные «свободные» электроны, которые увеличивают его проводимость, в то время как кремний p-типа имеет меньше этих свободных электронов, что помогает увеличить его проводимость противоположным образом.В каждом случае дополнительная проводимость возникает из-за добавления к кремнию нейтральных, (незаряженных) атомов примесей, которые изначально были нейтральными — и мы не можем создавать электрические заряды из воздуха! Для более подробного объяснения мне потребуется представить идею под названием ленточная теория, что немного выходит за рамки данной статьи. Все, что нам нужно помнить, это то, что «лишние электроны» означают лишние свободных электронов — те, которые могут свободно перемещаться и помогать переносить электрический ток.

Кремниевые бутерброды

Теперь у нас есть два разных типа кремния. Если мы сложим их вместе слоями, делая бутерброды из материала p-типа и n-типа, мы можем сделать различные виды электронных компонентов, которые работают во всех видах способами.

Предположим, мы соединяем кусок кремния n-типа с частью p-типа кремний и поставьте электрические контакты с обеих сторон. Увлекательно и полезно вещи начинают происходить на стыке двух материалы. Если мы обратимся от тока, мы можем заставить электроны течь через переход от сторона n-типа к стороне p-типа и наружу через цепь.Этот происходит из-за отсутствия электронов на стороне p-типа переход притягивает электроны со стороны n-типа и наоборот. Но если мы меняем направление тока, электроны вообще не текут. Что мы сделанный здесь называется диодом (или выпрямителем). Это электронный компонент, который позволяет току течь через него только в одном направлении. Это полезно, если вы хотите превратить переменный (двусторонний) электрический ток в постоянный (односторонний) ток. Диоды тоже можно сделать так, чтобы они испускали светится, когда через них проходит электричество.Вы могли видеть эти светодиоды на карманных калькуляторах и электронных дисплеи на стереооборудовании Hi-Fi.

Как работает соединительный транзистор

Фотография: Типичный кремниевый PNP-транзистор (A1048, разработанный как усилитель звуковой частоты).

Теперь предположим, что вместо этого мы используем три слоя кремния в нашем сэндвиче. из двух. Мы можем сделать бутерброд p-n-p (с ломтиком n-типа кремний в качестве заполнения между двумя пластинами p-типа) или n-p-n сэндвич (с p-типом между двумя плитами n-типа).Если мы присоединить электрические контакты ко всем трем слоям сэндвича, мы можем сделать компонент, который будет либо усиливать ток, либо включать его, либо выключен — иными словами, транзистор. Посмотрим, как это работает в случае n-p-n транзистор.

Итак, мы знаем, о чем говорим, давайте дадим имена трем электрические контакты. Мы назовем два контакта, соединенных с двумя кусочки кремния n-типа эмиттер и коллектор, и контакт присоединенный к кремнию p-типа, который мы будем называть базой.Когда нет ток протекает в транзисторе, мы знаем, что кремний p-типа не хватает электроны (показаны здесь маленькими знаками плюса, обозначающими положительные зарядов), а два куска кремния n-типа имеют лишние электроны (показаны маленькими знаками минус, обозначающими отрицательные заряды).

Другой способ взглянуть на это — сказать, что в то время как n-тип имеет избыток электронов, p-тип имеет дырки, где электроны должно быть. Обычно отверстия в основании действуют как барьер, предотвращающий любые значительный ток от эмиттера к коллектору при транзистор находится в выключенном состоянии.

Транзистор работает, когда электроны и дырки начинают двигаться через два перехода между кремнием n-типа и p-типа.

Давай подключить транзистор к некоторой мощности. Допустим, мы прикрепляем небольшой положительное напряжение на базу, сделать эмиттер отрицательно заряженным и сделать коллектор положительно заряженным. Электроны вытягиваются из эмиттер в базу, а затем из базы в коллектор. А также транзистор переходит в состояние «включено»:

Малый ток, который мы включаем на базе, создает большой ток. поток между эмиттером и коллектором.Повернув небольшой вход ток в большой выходной ток, транзистор действует как усилитель. Но в то же время он действует как переключатель. Когда нет тока база, между коллектором и эмиттер. Включите базовый ток, и течет большой ток. Итак, база ток включает и выключает весь транзистор. Технически это тип транзистора называется биполярным, потому что два разных вида (или «полярностей») электрического заряда (отрицательные электроны и положительные отверстия) участвуют в протекании тока.

Мы также можем понять транзистор, представив его как пару диодов. С база положительная и эмиттер отрицательная, переход база-эмиттер похож на прямое смещение диод, с электронами, движущимися в одном направлении через переход (слева направо в схему) и отверстия, идущие в противоположную сторону (справа налево). База-коллектор переход похож на диод с обратным смещением. Положительное напряжение коллектора тянет большая часть электронов проходит через внешнюю цепь (хотя некоторые электроны действительно рекомбинируют с дырками в основании).

Как работает полевой транзистор (FET)

Все транзисторы работают, управляя движением электронов, но не все из них делают это одинаково. Подобно переходному транзистору, полевой транзистор (полевой транзистор) имеет три разных контакта, но они иметь названия источник (аналог эмиттера), сток (аналог коллектор), и затвор (аналог цоколя). В полевом транзисторе слои Кремний n-типа и p-типа устроен несколько иначе и покрытый слоями металла и оксида.Это дает нам устройство под названием MOSFET (Металлооксидное полупроводниковое поле) Эффектный транзистор).

Хотя в истоке и стоке n-типа есть лишние электроны, они не могут перетекать от одного к другому из-за дыр в ворота p-типа между ними. Однако если приложить положительный напряжение на затвор, там создается электрическое поле, позволяющее электроны должны течь по тонкому каналу от истока к стоку. Этот «полевой эффект» позволяет току течь и включает транзистор:

Для полноты картины отметим, что полевой МОП-транзистор является униполярным транзистор потому что только один («полярность») электрического заряда участвует в его работе.

Как работают транзисторы в калькуляторах и компьютерах?

На практике вам не нужно ничего знать об этом электроны и дыры, если вы не собираетесь разрабатывать компьютерные микросхемы для заработка! Все, что вам нужно знать, это то, что транзистор работает как усилитель или переключатель, используя небольшой ток включить более крупный. Но есть еще одна вещь, которую стоит знать: как все это помогает компьютерам хранить информацию и принимать решения?

Мы можем соединить несколько транзисторных ключей, чтобы что-то сделать. называется логическим вентилем, который сравнивает несколько входные токи и в результате дает другой выход.Логические ворота позволяют компьютерам создавать очень простые решения с использованием математической техники, называемой булевой алгеброй. Точно так же и ваш мозг принимает решения. Например, используя «входные данные» (то, что вы знаете) о погоде и о том, что у вас есть свой коридор, вы можете принять такое решение: «Если идет дождь И я есть зонтик, я пойду в магазины «. Это пример булевой алгебры, в которой используется так называемое И «оператор» (слово «оператор» — это просто немного математического жаргона, чтобы заставляют вещи казаться более сложными, чем они есть на самом деле).Ты можешь сделать аналогичные решения с другими операторами. «Если ветрено ИЛИ идет снег, тогда я надену пальто «- это пример использования оператора ИЛИ. Или как насчет «Если идет дождь, И я есть зонтик ИЛИ у меня пальто, тогда можно выйти на улицу «. Используя AND, ИЛИ и другие операторы, вызываемые Компьютеры NOR, XOR, NOT и NAND могут складывать или сравнивать двоичные числа. Эта идея является краеугольным камнем компьютерных программ: логическая серия инструкций, которые заставляют компьютеры действовать.

Обычно переходной транзистор выключен, когда нет базы. ток и переключается в положение «включено», когда течет базовый ток.Это значит это требует электрического тока для включения или выключения транзистора. Но Такие транзисторы можно подключить к логическим элементам, чтобы их выход соединения возвращаются на свои входы. Транзистор затем остается включенным, даже если базовый ток отключен. Каждый раз новый база ток течет, транзистор «переключается» или выключается. Остается в одном из эти стабильные состояния (включены или выключены) до тех пор, пока не появится другой ток приходит и переворачивает его в другую сторону. Такая аранжировка известен как триггер, и это превращает транзистор в простой запоминающее устройство, в котором хранится ноль (когда он выключен) или один (когда он на).Шлепанцы — это основная технология, лежащая в основе компьютерных микросхем памяти.

Кто изобрел транзистор?

Изображение: Оригинальный дизайн точечного транзистора, как изложено в Патент Джона Бардина и Уолтера Браттейна в США (2 524 035), поданный в июне 1948 г. (примерно через шесть месяцев после оригинальное открытие) и награжден 3 октября 1950 года. Это простой PN-транзистор с тонкий верхний слой германия P-типа (желтый) на нижнем слое германия N-типа (оранжевый).Три контакта: эмиттер (E, красный), коллектор (C, синий) и база (G, зеленый). Вы можете прочитать больше в оригинальном патентном документе, который указан в ссылках ниже. Изображение любезно предоставлено Управлением по патентам и товарным знакам США.

транзисторов были изобретены в Bell Laboratories в Нью-Джерси в 1947 году. трех блестящих физиков США: Джона Бардина (1908–1991), Уолтера Браттейн (1902–1987) и Уильям Шокли (1910–1989).

Команда, возглавляемая Шокли, пыталась разработать новый тип усилителя для телефонной системы США — но что собственно изобретенные они оказались гораздо более распространенными Приложения.Бардин и Браттейн создали первый практический транзистор (известный как точечный транзистор) во вторник, 16 декабря 1947 г. Хотя Шокли сыграл большую роль в этом проекте, он был разъяренный и взволнованный из-за того, что его оставили в стороне. Вскоре после этого во время остановиться в отеле на конференции по физике, единолично выяснил он теория переходного транзистора — устройство гораздо лучше, чем точечный транзистор.

В то время как Бардин покинул Bell Labs, чтобы стать академиком (он продолжил пользуются еще большим успехом при изучении сверхпроводников в Университете Иллинойса), Браттейн остался на некоторое время, прежде чем уйти на пенсию, чтобы стать учителем.Шокли основал собственную компанию по производству транзисторов и помог вдохновить современный феномен «Силиконовая долина» (процветающий район вокруг Пало-Альто, Калифорния, где корпорации электроники собраны). Двое его сотрудников, Роберт Нойс и Гордон Мур, ушли. чтобы основать Intel, крупнейшего в мире производителя микрочипов.

Бардин, Браттейн и Шокли ненадолго воссоединились несколько лет спустя, когда они поделились лучшими научными достижениями мира награда, Нобелевская премия по физике 1956 г., за их открытие.Их история захватывающий рассказ о интеллектуальный талант борется с мелкой ревностью, и это хорошо стоит прочтения больше о. Вы можете найти отличные отчеты об этом среди книг и веб-сайты, перечисленные ниже.

Транзистор

как переключатель

Все мы знаем, что транзистор имеет 4 режима работы, в которых обычно используются активная, отсечка и насыщенность. Транзистор работает в активной области, когда он работает как усилитель. Когда транзистор работает как переключатель, он работает в областях отсечки и насыщения.В состоянии отсечки соединения эмиттерной базы и коллекторной базы имеют обратное смещение. Но в области насыщения оба перехода смещены вперед. Переключатель — очень полезное и важное применение транзисторов. В большинстве цифровых ИС транзисторы будут работать как переключатель, чтобы снизить энергопотребление. Это также очень полезная схема для любителей электроники, поскольку ее можно использовать в качестве драйвера, инвертора и т. Д.

Транзистор как переключатель Принципиальная схема

Из приведенной выше схемы мы можем видеть, что управляющий вход Vin подается на базу через токоограничивающий резистор Rb, а Rc — резистор коллектора, который ограничивает ток через транзистор.В большинстве случаев выход снимается с коллектора, но в некоторых случаях нагрузка подключается вместо Rc.

  • ВКЛ = насыщенность
  • ВЫКЛ = отсечка

Транзистор как переключатель — ВКЛ

Транзистор как переключатель

Транзистор переходит в состояние ВКЛ (насыщение), когда на вход подается достаточное напряжение V. В этом состоянии напряжение коллектор-эмиттер Vce будет примерно равно нулю, т.е. транзистор действует как короткое замыкание. Для кремниевого транзистора он равен 0.3в. Таким образом, будет течь ток коллектора Ic = Vcc / Rc .

Транзистор как переключатель — ВЫКЛ.

Транзистор как выключатель

Транзистор будет в выключенном состоянии (отсечка), когда вход Vin равен нулю. В этом состоянии транзистор работает как разомкнутая цепь, и, таким образом, все напряжение Vcc будет доступно на коллекторе.

Проект

Ток коллектора, Ic = ßIb + Iceo

, где ß — коэффициент усиления в конфигурации с обычным эмиттером, а lceo — ток утечки.

Ток утечки, Iceo можно пренебречь, поэтому

Ib = Ic / ß

Когда транзистор включен (область насыщения), напряжение Vce коллектора-эмиттера приблизительно равно нулю. Для кремниевого транзистора обычно 0,3 В. Таким образом, ток коллектора Ic можно записать как,

Ic = (Vcc — Vce) / Rc , то есть максимальное значение Ic, которое может протекать через контур.

Ic = Vcc / Rc , так как Vce меньше 0,3 В.

Чтобы транзистор оставался в состоянии насыщения, должен течь достаточный базовый ток Ib.Минимальный базовый ток можно определить из уравнения Ib = Ic / ß

Чтобы убедиться, что транзистор находится в состоянии насыщения, возьмем Ib ’= 10Ib

Так Rb = (Vin — Vbe) / Ib ’

Примечание: В случае транзистора PNP просто замените GND на Vcc , Vcc на GND , и транзистор будет ВКЛ , когда входное напряжение Vin равно LOW .

Различные способы подключения нагрузок

Нагрузка может быть подключена к транзистору разными способами, некоторые из них показаны ниже.

Транзистор в качестве переключателя Различные способы подключения нагрузок

В случае индуктивных нагрузок, таких как реле, параллельно ему должен быть подключен обратный диод.

Расчет базового значения сопротивления

.

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *