Egyszerű elektronika: Tranzisztor alkalmazások I.

Az előző leckékben volt egy kis elmélet, és egy kis adag gyakorlat. Most pedig a tranzisztoros ujjgyakorlatokat folytatjuk...

Három, különböző áramkör kerül körüljárásra, azonban ezek a lehetőségek csak az alkalmazási felszínt karcolgatták...

  • Szabályzott tápegység,
  • Áramnövelés "láncrafűzött" tranzisztorral,
  • Ellenütemű meghajtás.

Sokat lehet ezekről beszélni, így ugorjunk is bele azonnal a feladatba!

Szabályzott tápellátás

A diódákról szóló fejezetben már megismerkedhettünk a zenerdiódával. A legnagyobb problémája az áramkörnek az volt akkor, hogy csak néhány mA terhelhetőségű.

A tranzisztorral azonban egyszer és mindenkorra megoldhatjuk a problémát:

Tranzisztoros feszültségszabályozó

A tranzisztort nem fix árammal vezéreljük. Inkább fix feszültséggel. A felső ellenállás segítségével kevés áramot vezetünk át a tranzisztor bázisán...

Hogyan működik?

Emlékezz rá, hogy a bázis-emitter egy dióda valójában, mely fordtva van bekötve. A bázistól az emitterig 0,7V feszültség esik. A zenerdióda a bázisfeszültséget fixen tartja, így az emitteren : (Ube=4.1V) 4.1V-0.7V = 3.4V jelenik meg! Tada!!! És itt a fix feszültségre a megoldás!

A szabályzókörnek az az egyszerű megoldás az alapja! A zenerdióda alapú megoldás terhelésfüggő volt.

Tranzisztor használatakor a kimeneti feszültség nem függ a terhelőáramtól. A h=100 erősítésnél , 1mA terhelésnél a tranzisztort 10uA árammal elég meghajtani. Ez varázslatnak tűnik, miközben a szabályozást maga a tranzisztorkör alakítja ki:

  • A bázison minden esetben 0.7V esik (bázis-emitter átmenet),
  • A bázison eső feszültség a zenerrel stabilizált feszültséget csökkenti,
  • Az R1-en átfolyó áram a tranzisztor bázisára folyik,
  • A tranzisztor ezt a bázisáramot erősíti és vezetni kezd,
  • A tranzisztor nyitni kezd és az emitteráram kialakul,
  • Az emitterkörben áram kezd folyni,
  • Ha nem rövidzárunk van az emitteren terhelésként, akkor az emitterfeszültség növekedni kezd,
  • Kialakul a bázisfeszültség és 0.7V-on stabilizálódik,
  • A bázisra jutó feszültség eléri a zener feszültségét,
  • A zeneren át is megindul az áram folyása,
  • Így kevesebb áram jut a tranzisztor bázisára.

És ki is alakult egy önszabályozó folyamat.

De miért ér véget a kilengéses ingázó feszültséglüktetés? Egyszerű: az emitterfeszültség 0.7V-tal alacsonyabb, mint a zener feszültsége és ez szabályzólag hat:

  • A beállási folyamat folyamatosan korrigál, mivel ha a terhelőáram változik, akkor a tranzisztor az átfolyó áramot szabályozza (maximum a bázisáram x erősítés mértékéig), mialatt a tranzisztor bázisfeszültsége a zenerdioda miatt fix feszültségű,
  • Ugyanígy az emitterfeszültség változatlan marad, ha a bemenőfeszültség változik. Ennek oka, hogy a bázisra jutó feszültség a zener által stabilizáltan érkezik.

És el is készült a szabályzott tápfeszültség-forrásunk - azaz építettünk egy lineáris feszültségszabályzót (Bővebben: Wikipedia)!

A szabályzónk nagy áramok esetén is megbízhatóan működik: ha 10 mA folyik át az R1 ellenálláson, és a tranzisztor erősítése hFE=100, akkor 1A a maximális kimenőáram. És így már megint problémára is futottunk: a hőtermelésre!

Hőhatás

A számolást egyszerűsítsük le: a kollektorra kerüljön 5V feszültség. Az emitteren szabályozzunk 3.4V-ra. Így 1.6V marad a tranzisztor C-E átmenetére, melyen a terhelőáram is átfolyik. 1A áram esetén 1.6W hő leadására van szükség. Nem olyan sok, de egy kisebb tranzisztort már egyszerűen tönkretehet. Ilyenkor van szükség teljesítménytranzisztorra és szép, nagy hűtőbordára.

Még rosszabb a helyzet, ha magasabb az áramkör bemenő feszültsége. Például 5V helyett 9V a szabályozatlan feszültség. Ekkor a tranzisztor C-E átmenetén 5.6V feszültség esik - így 1A áram esetén 5.6W hőenergiát kell eltávolítani!

Ne felejtkezz el arról, hogyha túlterheled a kimenetet, akkor a hőtermelés még jobban növekedni fog - ahogyan a korábbi fejezetben sikerült vázolni. Az áramkörünknek egy érdekes tulajdonságát is megfigyelhetjük: mialatt szabályozunk, az egész kupac egy változtatható ellenállásként kezd el viselkedni. Az ellenállást pedig a bázison befolyó áram szabályozza.

Az egyszerű elektronika könyvben a lineris szabályozók messze vannak a mikrokontrollertől. De az alkalmazások, ahol kicsit a szokásostól eltérő megvalósítások kerülnek elő - mindennél jobban mutatják az elektronika alapjait.

Összefoglalásul

A feszültségszabályozáson át számos tulajdonságát megismerhettük a tranzisztornak - némi mellékhatásként a hőtermelés kérdéseit.

A következő lecke még mindig a tranzisztorról fog szólni...

TavIR-Facebook