Commutateurs à transistors. Encyclopédie de l'électronique radio et de l'électrotechnique

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L'objectif principal des commutateurs à transistors, dont les circuits sont présentés à l'attention des lecteurs, est d'allumer et d'éteindre une charge CC. De plus, il peut exécuter des fonctions supplémentaires, par exemple indiquer son état, éteindre automatiquement la charge lorsque la batterie est déchargée jusqu'à la valeur maximale autorisée ou en fonction d'un signal provenant de capteurs de température, de lumière, etc. Un commutateur peut être effectué en fonction sur plusieurs interrupteurs. La commutation du courant est effectuée par un transistor et la commande est effectuée par un simple bouton avec un contact de court-circuit. Chaque pression sur le bouton change l'état du commutateur à l'opposé.

Une description d'un commutateur similaire a été donnée dans [1], mais là, deux boutons sont utilisés pour le contrôle. Les avantages des interrupteurs proposés incluent une connexion de charge sans contact, pratiquement aucune consommation de courant à l'arrêt, des éléments accessibles et la possibilité d'utiliser un bouton de petite taille qui prend peu de place sur le panneau de l'appareil. Inconvénients - propre consommation de courant (plusieurs milliampères) à l'état passant, chute de tension aux bornes du transistor (fractions de volt), nécessité de prendre des mesures pour protéger un contact fiable dans le circuit d'entrée contre le bruit impulsionnel (il peut s'éteindre spontanément si le le contact est brièvement rompu).

Le schéma électrique du commutateur est présenté sur la Fig. 1. Le principe de son fonctionnement est basé sur le fait qu'un transistor en silicium ouvert a une tension à la jonction base-émetteur du transistor de 0,5...0,7 V et que la tension de saturation collecteur-émetteur peut être de 0,2...0,3 Q. Essentiellement, cet appareil est un déclencheur sur des transistors de structures différentes, contrôlé par un seul bouton. Après application de la tension d'alimentation, les deux transistors sont fermés et le condensateur C1 est déchargé.

Lorsque vous appuyez sur le bouton SB1, le courant de charge du condensateur C1 ouvre le transistor VT1, puis le transistor VT2 s'ouvre. Lorsque le bouton est relâché, les transistors restent passants, la tension d'alimentation (moins la chute de tension aux bornes du transistor VT1) est fournie à la charge et le condensateur C1 continue de se charger. Il se chargera à une tension légèrement supérieure à la tension de base de ce transistor, car la tension de saturation collecteur-émetteur est inférieure à la tension base-émetteur.

Riz. 1. Circuit de commutation

Par conséquent, la prochaine fois que vous appuierez sur le bouton, la tension base-émetteur sur le transistor VT1 sera insuffisante pour le maintenir à l'état ouvert et il se fermera. Ensuite, le transistor VT2 se fermera et la charge sera mise hors tension. Le condensateur C1 se déchargera à travers la charge et les résistances R3-R5, et le commutateur reviendra à son état d'origine. Courant de collecteur maximum du transistor VT1 I_к dépend du coefficient de transfert actuel h_21E et courant de base I_б: Je_к = I_б · H_21E. Pour les calibres et types d'éléments indiqués sur le schéma, ce courant est de 100...150 mA. Pour que l'interrupteur fonctionne correctement, le courant consommé par la charge doit être inférieur à cette valeur.

Ce commutateur a deux fonctionnalités. S'il y a un court-circuit à la sortie de l'interrupteur, après avoir appuyé brièvement sur le bouton SB1, les transistors s'ouvriront brièvement puis, après avoir chargé le condensateur C1, ils se fermeront. Lorsque la tension de sortie diminue jusqu'à environ 1 V (en fonction des résistances R3 et R4), les transistors se fermeront également, c'est-à-dire que la charge sera mise hors tension.

La deuxième propriété du commutateur peut être utilisée pour construire un dispositif de décharge pour des batteries individuelles Ni-Cd ou Ni-Mh jusqu'à 1 V avant de les combiner en une batterie et de procéder à une charge générale ultérieure. Le schéma de l'appareil est présenté sur la Fig. 2. Un interrupteur sur les transistors VT1, VT2 connecte une résistance de décharge R6 à la batterie, en parallèle avec laquelle est connecté un convertisseur de tension [2], monté sur les transistors VT3, VT4, qui alimente la LED HL1. La LED indique l'état du processus de décharge et constitue une charge supplémentaire sur la batterie. La résistance R8 peut modifier la luminosité de la LED, ce qui modifie le courant consommé par celle-ci. De cette façon, vous pouvez ajuster le courant de décharge. Au fur et à mesure que la batterie se décharge, la tension à l'entrée du commutateur diminue, ainsi qu'à la base du transistor VT2.

Les résistances diviseuses dans le circuit de base de ce transistor sont sélectionnées de telle sorte qu'à une tension d'entrée de 1 V, la tension à la base diminuera tellement que le transistor VT2 se fermera, suivi du transistor VT1 - la décharge s'arrêtera. Avec les valeurs nominales des éléments indiquées dans le diagramme, l'intervalle de réglage du courant de décharge est de 40...90 mA. Si la résistance R6 est exclue, le courant de décharge peut être modifié dans la plage de 10 à 50 mA. Lorsque vous utilisez une LED très brillante, cet appareil peut être utilisé pour construire une lampe de poche avec protection de la batterie contre une décharge profonde.

Riz. 2. Schéma du dispositif de décharge

En figue. La figure 3 montre une autre application d'un interrupteur : une minuterie. Je l'ai utilisé dans un appareil portable - un testeur de condensateurs à oxyde. Le circuit comprend également une LED HL1, qui indique l'état de l'appareil. Après l'allumage, la LED s'allume et le condensateur C2 commence à se charger avec le courant inverse de la diode VD1. A une certaine tension, le transistor VT3 s'ouvrira dessus, ce qui court-circuitera la jonction émetteur du transistor VT2, ce qui éteindra l'appareil (la LED s'éteindra). Le condensateur C2 se déchargera rapidement à travers la diode VD1, les résistances R3, R4 et l'interrupteur reviendra à son état d'origine. Le temps de maintien dépend de la capacité du condensateur C2 et du courant inverse de la diode.

Avec les éléments indiqués sur le schéma, cela prend environ 2 minutes. Si au lieu du condensateur C2 nous installons une photorésistance, une thermistance (ou d'autres capteurs), et au lieu d'une diode - une résistance, nous obtenons un appareil qui s'éteindra lorsque la lumière, la température, etc.

Riz. 3. Circuit de minuterie

Si la charge contient de gros condensateurs, l'interrupteur peut ne pas s'allumer (cela dépend de leur capacité). Le schéma d'un appareil qui ne présente pas cet inconvénient est présenté sur la Fig. 4. Un autre transistor VT1 a été ajouté, qui remplit la fonction de clé, et deux autres transistors contrôlent cette clé, ce qui élimine l'influence de la charge sur le fonctionnement de l'interrupteur. Mais dans ce cas, la propriété de ne pas s'allumer en cas de court-circuit dans le circuit de charge sera perdue. La LED remplit une fonction similaire. Avec les valeurs nominales des composants indiquées dans le schéma, le courant de base du transistor VT1 est d'environ 3 mA.

Riz. 4. Schéma de l'appareil

Plusieurs transistors KT209K et KT209V ont été testés comme clé. Ils avaient des coefficients de transfert de courant de base compris entre 140 et 170.

Avec un courant de charge de 120 mA, la chute de tension aux bornes des transistors était de 120...200 mV. À un courant de 160 mA - 0,5...2,2 V. L'utilisation d'un transistor composite KT973B comme interrupteur a permis d'augmenter considérablement le courant de charge admissible, mais la chute de tension à ses bornes était de 750...850 mV, et à un courant de 300 mA, le transistor est faiblement chauffé. Lorsqu'elle est éteinte, la consommation de courant est si faible qu'elle ne peut pas être mesurée à l'aide du multimètre DT830B. Dans ce cas, les transistors n’étaient présélectionnés pour aucun paramètre.

En figue. La figure 5 montre un schéma d'un commutateur dépendant à trois canaux. Il combine trois interrupteurs, mais si nécessaire leur nombre peut être augmenté. Un appui court sur l'un des boutons allumera l'interrupteur correspondant et connectera la charge correspondante à la source d'alimentation. Si vous appuyez sur un autre bouton, l'interrupteur correspondant s'allumera et le précédent s'éteindra. Appuyer sur le bouton suivant allumera l'interrupteur suivant et le précédent s'éteindra à nouveau. Lorsque vous appuyez à nouveau sur le même bouton, le dernier interrupteur en état de marche s'éteindra et l'appareil reviendra à son état d'origine - toutes les charges seront hors tension. Le mode de commutation est assuré par la résistance R5.

Lorsqu'un interrupteur est allumé, la tension aux bornes de cette résistance augmente, ce qui entraîne la fermeture de l'interrupteur précédemment allumé. La résistance de cette résistance dépend du courant consommé par les interrupteurs eux-mêmes, dans ce cas sa valeur est d'environ 3 mA. Les éléments VD1, R3 et C2 assurent le passage du courant de décharge des condensateurs C3, C5 et C7. Grâce à la résistance R3, le condensateur C2 se décharge entre les pressions sur les boutons. Si ce circuit est éliminé, seuls les modes marche et commutation restent. En remplaçant la résistance R5 par un cavalier filaire, nous obtenons trois appareils fonctionnant indépendamment.

Riz. 5. Schéma d'un commutateur dépendant à trois canaux (cliquez pour agrandir)

Le commutateur était censé être utilisé dans un commutateur pour antennes de télévision avec amplificateurs, mais avec l'avènement de la télévision par câble, son besoin a disparu et le projet n'a pas été mis en pratique.

Les commutateurs peuvent utiliser une variété de transistors, mais ils doivent répondre à certaines exigences. Premièrement, ils doivent tous être en silicium. Deuxièmement, le courant de charge des transistors commutant doit avoir une tension de saturation U_{à nous} pas plus de 0,2...0,3 V, courant collecteur maximal admissible I_{к макс} doit être plusieurs fois supérieur au courant commuté, et le coefficient de transfert de courant h_21e suffisant pour qu'à un courant de base donné le transistor soit en mode saturation. Parmi les transistors que je possède, les transistors des séries KT209 et KT502 ont fait leurs preuves, et un peu pire - les séries KT3107 et KT361.

Les résistances peuvent varier dans des limites significatives. Si une plus grande efficacité est requise et qu'il n'est pas nécessaire d'indiquer l'état du commutateur, aucune LED n'est installée et la résistance dans le circuit collecteur VT3 (voir Fig. 4) peut être augmentée à 100 kOhm ou plus, mais elle doit Il faut tenir compte du fait que cela réduira le courant de base du transistor VT2 et le courant de charge maximal. Le transistor VT3 (voir Fig. 3) doit avoir un coefficient de transfert de courant h_21e supérieure à 100. La résistance de la résistance R5 dans le circuit de charge du condensateur C1 (voir Fig. 1) et celle similaire dans d'autres circuits peut être comprise entre 100 et 470 kOhm. Le condensateur C1 (voir Fig. 1) et similaires dans d'autres circuits doivent avoir un faible courant de fuite, il est conseillé d'utiliser des semi-conducteurs à oxyde de la série K53, mais des semi-conducteurs à oxyde peuvent également être utilisés et la résistance de la résistance R5 ne doit pas dépasser 100 kOhms.

Si la capacité de ce condensateur augmente, les performances diminueront (le temps après lequel l'appareil peut être éteint après avoir été allumé), et si elle diminue, la clarté de fonctionnement diminuera. Le condensateur C2 (voir Fig. 3) n'est qu'un semi-conducteur à oxyde. Boutons - tous petits avec retour automatique. La bobine L1 du convertisseur (voir Fig. 2) est utilisée à partir du régulateur de linéarité de ligne d'un téléviseur noir et blanc ; le convertisseur fonctionne également bien avec une self sur le circuit magnétique en forme de W d'une CFL. Vous pouvez également utiliser les recommandations données dans [2]. La diode VD1 (voir Fig. 5) peut être n'importe quelle diode de faible puissance, en silicium ou en germanium. La diode VD1 (voir Fig. 3) doit être en germanium.

L'installation nécessite des appareils dont les schémas sont présentés à la Fig. 2 et fig. 5, le reste n'a pas besoin d'ajustement s'il n'y a pas d'exigences particulières et que toutes les pièces sont en état de fonctionnement. Pour configurer un dispositif de décharge (voir Fig. 2), vous aurez besoin d'une source d'alimentation avec une tension de sortie réglable. Tout d'abord, à la place de la résistance R4, une résistance variable d'une résistance de 4,7 kOhm (à résistance maximale) est temporairement installée. Connectez la source d'alimentation en ayant préalablement réglé la tension à sa sortie à 1,25 V. Allumez le dispositif de décharge en appuyant sur le bouton et réglez le courant de décharge requis à l'aide de la résistance R8. Après cela, une tension de 1 V est réglée à la sortie de la source d'alimentation et, à l'aide d'une résistance variable supplémentaire, l'appareil est éteint. Après cela, vous devez vérifier plusieurs fois la tension de coupure. Pour ce faire, vous devez augmenter la tension à la sortie de la source d'alimentation à 1,25 V, allumer l'appareil, puis réduire progressivement la tension à 1 V, en observant le moment où il s'éteint. Mesurez ensuite la partie introduite de la résistance variable supplémentaire et remplacez-la par une constante avec la même résistance.

Tous les autres appareils peuvent également mettre en œuvre une fonction d'arrêt similaire lorsque la tension d'entrée chute. La configuration se fait de la même manière. Dans ce cas, le fait est qu'à proximité du point de coupure, les transistors commencent à se fermer en douceur et le courant dans la charge diminuera également progressivement. S'il y a un récepteur radio comme charge, cela se manifestera par une diminution du volume. Peut-être que les recommandations décrites dans [1] aideront à résoudre ce problème.

La mise en place de l'interrupteur (voir Fig. 5) revient à remplacer temporairement les résistances constantes R3 et R5 par des variables de résistance 2 à 3 fois supérieure. En appuyant successivement sur les boutons, à l'aide de la résistance R5, un fonctionnement fiable est obtenu. Après cela, en appuyant plusieurs fois sur le même bouton à l'aide de la résistance R3, un arrêt fiable est obtenu. Ensuite, les résistances variables sont remplacées par des résistances constantes, comme mentionné ci-dessus. Pour augmenter l'immunité au bruit, des condensateurs céramiques d'une capacité de plusieurs nanofarads doivent être installés en parallèle avec les résistances R7, R13 et R19.

littérature

1. Polyakov V. Un interrupteur électronique protège la batterie. - Radio, 2002, n°8, p. 60.
2. Nechaev I. Match électronique. - Radio, 1992, n° 1, p. 19-21.

Auteur : V. Boulatov

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