Выключатели на транзисторах. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники / Часы, таймеры, реле, коммутаторы нагрузки

 Комментарии к статье

Основное назначение транзисторных выключателей, схемы которых предлагаются вниманию читателей, - включение и выключение нагрузки постоянного тока. Кроме этого, он может выполнять еще дополнительные функции, например, индицировать свое состояние, автоматически отключать нагрузку при разрядке аккумуляторной батареи до предельно допустимого значения или по сигналу датчиков температуры, освещенности и др. На базе нескольких выключателей можно сделать переключатель. Коммутация тока осуществляется транзистором, а управление осуществляется одной простой кнопкой с контактом на замыкание. Каждое нажатие на кнопку изменяет состояние выключателя на противоположное.

Описание аналогичного выключателя было приведено в [1], но там для управления применены две кнопки. К достоинствам предлагаемых выключателей можно отнести бесконтактное подключение нагрузки, практически отсутствие потребляемого тока в выключенном состоянии, доступные элементы и возможность применения малогабаритной кнопки, занимающей мало места на панели прибора. Недостатки - собственный потребляемый ток (несколько миллиампер) во включенном состоянии, падение напряжения на транзисторе (доли вольта), необходимость принятия мер для защиты от импульсных помех надежного контакта во входной цепи (может самопроизвольно выключаться при кратковременном нарушении контакта).

Схема выключателя показана на рис. 1. Принцип его работы основан на том, что у открытого кремниевого транзистора напряжение на переходе база-эмиттер транзистора - 0,5...0,7 В, а напряжение насыщения коллектор-эмиттер может быть 0,2...0,3 В. По сути, это устройство представляет собой триггер на транзисторах с разной структурой, управляемый одной кнопкой. После подачи питающего напряжения оба транзистора закрыты, а конденсатор C1 разряжен.

При нажатии на кнопку SB1 ток зарядки конденсатора С1 открывает транзистор VT1, и следом за ним откроется транзистор VT2. При отпускании кнопки транзисторы остаются во включенном состоянии, питающее напряжение (за вычетом падения напряжения на транзисторе VT1) поступает на нагрузку и продолжится зарядка конденсатора С1. Он зарядится до напряжения, немногим большем, чем напряжение на базе этого транзистора, поскольку напряжение насыщения коллектор-эмиттер меньше напряжения база-эмиттер.

Рис. 1. Схема выключателя

Поэтому при следующем нажатии на кнопку напряжение база-эмиттер на транзисторе VT1 будет недостаточным для поддержания его в открытом состоянии и он закроется. Следом закроется транзистор VT2, и нагрузка обесточится. Конденсатор С1 разрядится через нагрузку и резисторы R3-R5, и выключатель вернется в исходное состояние. Максимальный коллекторный ток транзистора VT1 I_к зависит от коэффициента передачи тока h_21Э и базового тока I_б: I_к = I_б · h_21Э. Для указанных на схеме номиналов и типов элементов этот ток - 100...150 мА. Чтобы выключатель работал нормально, ток, потребляемый нагрузкой, должен быть меньше этого значения.

У этого выключателя есть две особенности. Если на выходе выключателя будет короткое замыкание, после кратковременного нажатия на кнопку SB1 транзисторы на короткое время откроются и затем, после зарядки конденсатора С1, закроются. При уменьшении выходного напряжения примерно до 1 В (зависит от сопротивлений резисторов R3 и R4) транзисторы также закроются, т. е. нагрузка будет обесточена.

Второе свойство выключателя можно использовать для построения разрядного устройства для отдельных Ni-Cd или Ni-Mh аккумуляторов до 1 В перед составлением их в батарею и дальнейшей общей зарядке. Схема устройства показана на рис. 2. Выключатель на транзисторах VT1, VT2 подключает к аккумулятору разрядный резистор R6, параллельно которому подключен преобразователь напряжения [2], собранный на транзисторах VT3, VT4, питающий светодиод HL1. Светодиод индицирует состояние процесса разрядки и является дополнительной нагрузкой аккумулятора. Резистором R8 можно изменять яркость свечения светодиода, вследствие этого изменяется потребляемый им ток. Так можно производить корректировку разрядного тока. По мере разрядки аккумулятора снижается напряжение на входе выключателя, а также на базе транзистора VT2.

Резисторы делителя в цепи базы этого транзистора подобраны так, что при напряжении на входе 1 В напряжение на базе уменьшится настолько, что транзистор VT2 закроется, а вслед за ним и транзистор VT1 - разрядка прекратится. При указанных на схеме номиналах элементов интервал регулировки тока разрядки - 40...90 мА. Если резистор R6 исключить, разрядный ток можно менять в интервале от 10 до 50 мА. При использовании сверхъяркого светодиода это устройство можно применить для построения карманного фонаря с защитой аккумулятора от глубокой разрядки.

Рис. 2. Схема разрядного устройства

На рис. 3 показано еще одно применение выключателя - таймер. Он был использован мною в портативном приборе - испытателе оксидных конденсаторов. В схему дополнительно введен светодиод HL1, который индицирует состояние устройства. После включения загорается светодиод и конденсатор C2 начинает заряжаться обратным током диода VD1. При определенном напряжении на нем откроется транзистор VT3, который закоротит эмиттерный переход транзистора VT2, что приведет к выключению устройства (светодиод погаснет). Конденсатор C2 быстро разрядится через диод VD1, резисторы R3, R4 и выключатель вернется в исходное состояние. Время выдержки зависит от емкости конденсатора С2 и обратного тока диода.

При указанных на схеме элементах оно составляет около 2 мин. Если взамен конденсатора С2 установить фоторезистор, терморезистор (или другие датчики), а взамен диода - резистор, получим устройство, которое будет выключаться при изменении освещенности, температуры и т. п.

Рис. 3. Схема таймера

Если в нагрузке есть конденсаторы большой емкости, выключатель может не включиться (это зависит от их емкости). Схема устройства, лишенного этого недостатка, показана на рис. 4. Добавлен еще один транзистор VT1, который выполняет функцию ключа, а два других транзистора управляют этим ключом, чем исключается влияние нагрузки на работу выключателя. Но при этом потеряется свойство не включаться при наличии в цепи нагрузки короткого замыкания. Светодиод выполняет аналогичную функцию. При указанных на схеме номиналах деталей ток базы транзистора VT1 - около 3 мА.

Рис. 4. Схема устройства

Были опробованы несколько транзисторов КТ209К и КТ209В в качестве ключа. Они имели коэффициенты передачи тока базы от 140 до 170.

При токе нагрузки 120 мА падение напряжения на транзисторах было 120...200 мВ. При токе 160 мА - 0,5...2,2 В. Использование в качестве ключа составного транзистора КТ973Б позволило значительно увеличить допустимый ток нагрузки, но падение напряжения на нем было 750...850 мВ, и при токе 300 мА транзистор слабо грелся. В выключенном состоянии потребляемый ток настолько мал, что измерить его с помощью мультиметра DT830B не удалось. При этом транзисторы предварительно не отбирались ни по каким параметрам.

На рис. 5 представлена схема трехканального зависимого переключателя. В ней объединены три выключателя, но при необходимости их число может быть увеличено. Кратковременное нажатие на любую из кнопок вызовет включение соответствующего выключателя и подключение соответствующей нагрузки к источнику питания. Если нажать на какую-либо другую кнопку, включится соответствующий выключатель, а предыдущий выключится. Нажатие на следующую кнопку включит следующий выключатель, а предыдущий опять отключится. При повторном же нажатии на ту же кнопку последний работающий выключатель выключится, и устройство возвратится в исходное состояние - все нагрузки будут обесточены. Режим переключения обеспечивает резистор R5.

При включении какого-либо выключателя напряжение на этом резисторе возрастает, что приводит к закрыванию включенного ранее выключателя. Сопротивление этого резистора зависит от тока, потребляемого самими выключателями, в данном случае его значение - около 3 мА. Элементы VD1, R3 и С2 обеспечивают прохождение разрядного тока конденсаторов С3, С5 и С7. Через резистор R3 конденсатор С2 разряжает в паузах между нажатиями на кнопку. Если эту цепь исключить, останутся только режимы включения и переключения. Заменив резистор R5 проволочной перемычкой, получим три независимо работающих устройства.

Рис. 5. Схема трехканального зависимого переключателя (нажмите для увеличения)

Переключатель предполагалось применить в коммутаторе телевизионных антенн с усилителями, но с появлением кабельного телевидения необходимость в нем отпала, и проект не был реализован на практике.

В выключателях могут быть применены транзисторы самых разных типов, но они должны соответствовать определенным требованиям. Во-первых, все они должны быть кремниевыми. Во-вторых, транзисторы, коммутирующие ток нагрузки, должны иметь напряжение насыщения U_{к-э нас} не более 0,2...0,3 В, максимальный допустимый ток коллектора I_{к макс} должен быть в несколько раз больше коммутируемого тока, а коэффициент передачи тока h_21э достаточный, чтобы при заданном токе базы транзистор находился в режиме насыщения. Из имеющихся у меня в наличии транзисторов хорошо зарекомендовали себя транзисторы серий КТ209 и КТ502, несколько хуже - серий КТ3107 и КТ361.

Сопротивления резисторов можно изменять в значительных пределах. Если требуется большая экономичность и не нужна индикация состояния выключателя, светодиод не устанавливают, а резистор в цепи коллектора VT3 (см. рис. 4) можно увеличить до 100 кОм и более, но надо учесть, что при этом уменьшится базовый ток транзистора VT2 и максимальный ток в нагрузке. Транзистор VT3 (см. рис. 3) должен иметь коэффициент передачи тока h_21э более 100. Сопротивление резистора R5 в зарядной цепи конденсатора С1 (см. рис. 1) и аналогичных ему в других схемах может быть в интервале 100...470 кОм. Конденсатор C1 (см. рис. 1) и аналогичные ему в других схемах должны быть с малым током утечки, желательно применить оксиднополупроводниковые серии К53, но можно применять и оксидные, при этом сопротивление резистора R5 должно быть не более 100 кОм.

При увеличении емкости этого конденсатора уменьшится быстродействие (время, по истечении которого устройство можно выключить после включения), а если уменьшить - снизится четкость в работе. Конденсатор C2 (см. рис. 3) - только оксидно-полупроводниковый. Кнопки - любые малогабаритные с самовозвратом. Катушка L1 преобразователя (см. рис. 2) применена от регулятора линейности строк черно-белого телевизора, хорошо работает преобразователь и с дросселем на Ш-образном магнитопроводе от КЛЛ. Можно также воспользоваться рекомендациями, приведенными в [2]. Диод VD1 (см. рис. 5) может быть любым маломощным, как кремниевым, так и германиевым. Диод VD1 (см. рис. 3) должен быть обязательно германиевым.

Налаживания требуют устройства, схемы которых показаны на рис. 2 и рис. 5, остальные в налаживании не нуждаются, если нет особых требований и все детали исправны. Для налаживания разрядного устройства (см. рис. 2) потребуется источник питания с регулируемым напряжением на выходе. Прежде всего, взамен резистора R4 временно устанавливают переменный резистор сопротивлением 4,7 кОм (в максимум сопротивления). Подключают источник питания, предварительно установив на его выходе напряжение 1,25 В. Включают разрядное устройство нажатием на кнопку и устанавливают с помощью резистора R8 требуемый ток разрядки. После этого устанавливают на выходе источника питания напряжение 1 В, и с помощью добавочного переменного резистора добиваются выключения устройства. После этого надо несколько раз проверить напряжение выключения. Для этого необходимо увеличить напряжение на выходе источника питания до 1,25 В, включить устройство, затем необходимо плавно уменьшать напряжение до 1 В, наблюдая момент выключения. Затем измеряют введенную часть дополнительного переменного резистора и заменяют его постоянным с таким же сопротивлением.

Во всех других устройствах также можно реализовать аналогичную функцию выключения при снижении входного напряжения. Налаживание производится аналогично. При этом то обстоятельство, что вблизи точки выключения транзисторы начинают закрываться плавно и ток в нагрузке тоже будет плавно уменьшаться. Если в качестве нагрузки будет радиоприемник, то это проявится как уменьшение громкости. Возможно, рекомендации, описанные в [1], помогут решить эту проблему.

Налаживание переключателя (см. рис. 5) сводится к временной замене постоянных резисторов R3 и R5 на переменные с сопротивлением в 2...3 раза больше. Последовательно нажимая на кнопки, с помощью резистора R5 добиваются надежной работы. После этого повторными нажатиями на одну и ту же кнопку с помощью резистора R3 добиваются надежного выключения. Затем переменные резисторы заменяют постоянными, как сказано выше. Для повышения помехоустойчивости параллельно резисторам R7, R13 и R19 надо установить керамические конденсаторы емкостью несколько нанофарад.

Литература

1. Поляков В. Электронный выключатель защищает аккумуляторную батарею. - Радио, 2002, № 8, с. 60.
2. Нечаев И. Электронная спичка. - Радио, 1992, № 1, с. 19-21.

Автор: В. Булатов

Смотрите другие статьи раздела Часы, таймеры, реле, коммутаторы нагрузки.

Читайте и пишите полезные комментарии к этой статье.

<< Назад

Последние новости науки и техники, новинки электроники:

Атомный секрет вечного блеска золота 20.06.2026

Золото издавна считается символом вечности и благородства не только из-за своей редкости, но и благодаря удивительной химической стойкости. В отличие от большинства металлов, оно не окисляется на воздухе, не тускнеет и не покрывается ржавчиной даже спустя тысячелетия. Эта уникальная инертность позволила золотым артефактам сохранять первозданный блеск с древних времен. Однако точный механизм такой защиты долго оставался загадкой для ученых. Недавнее исследование американских химиков-вычислителей раскрыло, что дело не просто в слабом взаимодействии с кислородом, а в особой атомной структуре поверхности металла. Сотрудники Тулейнского университета Санту Бисвас и Мэтью М. Монтемор провели детальное компьютерное моделирование, чтобы понять, как молекулы кислорода взаимодействуют с поверхностью золота. Ученые сравнили два основных типа атомных структур: "реконструированные" и "нереконструированные" поверхности. Было доказано, что природная способность золота к перестройке атомов играет кл ...>>

Смарфон Realme 16T 5G 20.06.2026

В сегменте доступных смартфонов с акцентом на длительную работу без подзарядки компания Realme представила интересную новинку - модель Realme 16T 5G. Главным преимуществом устройства стала по-настоящему впечатляющая батарея емкостью 8000 мАч, которая способна обеспечить до трех дней автономной работы при умеренном использовании. При этом инженерам удалось сохранить относительно компактный корпус толщиной менее 9 мм и вес всего 224 грамма, что делает смартфон удобным для повседневного ношения несмотря на внушительный аккумулятор. Смартфон оснащен большим 6,8-дюймовым LCD-дисплеем с высокой частотой обновления 144 Гц и пиковой яркостью до 1200 нит. Такое сочетание обеспечивает плавную картинку в динамичных сценах и комфортное восприятие контента даже под прямыми солнечными лучами. За производительность отвечает энергоэффективный процессор MediaTek Dimensity 6300, дополненный оперативной памятью LPDDR4X и накопителем UFS 2.2. Для эффективного отвода тепла во время продолжительных нагру ...>>

Проблема набора веса после 40 19.06.2026

С возрастом многие люди замечают, что поддерживать привычный вес становится все сложнее, даже если рацион и уровень активности существенно не меняются. Ученые из Каролинского института в Швеции раскрыли одну из ключевых биологических причин этого явления. Они показали, что с годами в жировой ткани замедляется процесс обновления липидов, из-за чего организм постепенно накапливает жир. Это естественное возрастное изменение объясняет, почему после 40 лет тело начинает "работать" иначе, способствуя набору веса. В долгосрочном исследовании специалисты наблюдали за жировой тканью 54 мужчин и женщин на протяжении в среднем 13 лет. Независимо от того, набирали участники вес или, наоборот, худели, у всех без исключения скорость липидного обмена в жировых клетках заметно снижалась. Жир в клетках обновляется все медленнее, и этот процесс происходит автоматически с течением времени. Те, кто не компенсировал замедление уменьшением калорийности питания, в среднем набирали около 20% от исходного в ...>>

Случайная новость из Архива Мотивация и стресс меняет нашу память 08.04.2026 Память человека нередко кажется парадоксальной: одни события сохраняются в мельчайших деталях, тогда как другие, более значимые, растворяются в обобщениях и смутных ощущениях. Это явление давно привлекает внимание исследователей, поскольку от него зависит не только наше восприятие прошлого, но и способность учиться, принимать решения и адаптироваться к новым условиям. Современные данные нейронауки позволяют взглянуть на этот феномен под новым углом и объяснить, почему одни воспоминания оказываются яркими и точными, а другие - фрагментарными и расплывчатыми. Иногда мозг способен воспроизвести, казалось бы, несущественные эпизоды двадцатилетней давности с поразительной сенсорной точностью, включая звуки, запахи и визуальные детали. В то же время события, произошедшие всего месяц назад, могут сохраняться лишь в виде общего эмоционального фона и нескольких размытых идей. Такое несоответствие нельзя объяснить только значимостью события или его объективной важностью для человека. Исследования, проведенные учеными из США и Сингапура, показали, что ключевым фактором является не само событие, а состояние мотивации в момент его переживания. Оказалось, что способ кодирования информации в памяти напрямую зависит от того, какие внутренние стимулы управляют вниманием человека в конкретную секунду. Иными словами, не только то, что происходит, но и то, зачем мы это переживаем, определяет форму будущего воспоминания. Выяснилось, что в мозге функционируют по меньшей мере две различные нейрохимические системы, отвечающие за запоминание. Первая связана с дофамином и активируется в состоянии любопытства или ожидания вознаграждения. В такие моменты мышление становится гибким, ассоциативным и направленным на поиск связей. Человек легче улавливает абстрактные идеи, формирует ментальные карты и создает сложные когнитивные структуры, которые могут быть полезны в будущем. Вторая система активируется в условиях стресса, дефицита времени или ощущения срочности и связана с норадреналином. В этом состоянии внимание резко сужается, а когнитивные процессы становятся более жесткими и целенаправленными. Мозг фиксирует только те элементы информации, которые необходимы для немедленного решения задачи, игнорируя контекст, нюансы и дополнительные связи. В результате воспоминания оказываются точными, но ограниченными по содержанию. Таким образом, различные мотивационные состояния можно рассматривать как своеобразные переключатели, которые определяют режим работы памяти. Любопытство способствует формированию широких и гибких знаний, тогда как стресс обеспечивает концентрацию на конкретных деталях. Эти механизмы не конкурируют между собой, а выполняют разные адаптивные функции, позволяя человеку эффективно действовать как в условиях неопределенности, так и в ситуациях, требующих быстрого реагирования. Практическое значение этих открытий уже активно обсуждается. Исследователи рассматривают возможность применения подобных механизмов в образовательных технологиях, где искусственный интеллект сможет адаптировать подачу материала в зависимости от мотивационного состояния учащегося. Кроме того, ведутся работы по использованию этих принципов в терапии депрессии, синдрома дефицита внимания и гиперактивности, деменции и возрастного снижения когнитивных функций. Особый интерес вызывает развитие нейрофидбека, который потенциально позволит людям осознанно влиять на собственные нейрохимические процессы. С прикладной точки зрения выводы достаточно ясны: если необходимо глубоко понять сложную тему и выстроить систему знаний, важно стимулировать собственное любопытство и интерес. Если же требуется быстрое и точное выполнение задачи, полезно создать условия срочности и ограниченности времени. В конечном счете мы запоминаем не столько сами события, сколько тот внутренний контекст и усилия, которые сопровождали их переживание.

Другие интересные новости:

▪ Радиоактивность в египетских пирамидах

▪ Умные очки Tobii Glasses 2

▪ Новый подход к формированию стекла

▪ Вечные аккумуляторы на базе наноалмазов и радиоактивных отходов

▪ Тополя научатся разлагать яды

Лента новостей науки и техники, новинок электроники

Интересные материалы Бесплатной технической библиотеки:

▪ раздел сайта И тут появился изобретатель (ТРИЗ). Подборка статей

▪ статья Всё пройдет, как с белых яблонь дым. Крылатое выражение

▪ статья Какой привычный предмет помогает смотреть сквозь непрозрачное матовое стекло? Подробный ответ

▪ статья Хранение и эксплуатация газовых баллонов. Типовая инструкция по охране труда

▪ статья Терморегулятор на двух микросхемах. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

▪ статья Индикатор сгорания предохранителя. Энциклопедия радиоэлектроники и электротехники

Оставьте свой комментарий к этой статье:

www.diagram.com.ua
2000-2026