Шим регулятор на транзисторах, схема. схема шим-регулятора яркости светодиодов для сборки своими руками

Тиристоры и симисторы

Тиристор
— это полупроводниковый прибор, который может находится в двух
состояниях:

открытом — пропускает ток, но только в одном направлении,
закрытом — не пропускает ток.

Так как тиристор пропускает ток только в одном направлении, для
включения и выключения нагрузки он подходит не очень хорошо. Половину
времени на каждый период переменного тока прибор простаивает. Тем не
менее, тиристор можно использовать в диммере. Там он может применяться
для управления мощностью, отсекая от волны питания кусочек требуемой
мощности.

Симистор — это, фактически двунаправленный тиристор. А значит он
позволяет пропускать не полуволны, а полную волну напряжения питания
нагрузки.

Открыть симистор (или тиристор) можно двумя способами:

подать (хотя бы кратковременно) отпирающий ток на управляющий электрод;
подать достаточно высокое напряжение на его «рабочие» электроды.

Второй способ нам не подходит, так как напряжение питания у нас будет
постоянной амплитуды.

После того, как симистор открылся, его можно закрыть поменяв
полярность или снизив ток через него то величины, меньшей чем так
называемый ток удержания. Но так как питание организовано переменным
током, это автоматически произойдёт по окончании полупериода.

При выборе симистора важно учесть величину тока удержания
(\(I_H\)). Если взять мощный симистор с большим током удержания, ток
через нагрузку может оказаться слишком маленьким, и симистор просто не
откроется

Транзистор Дарлингтона

Если нагрузка очень мощная, то ток через неё может достигать
нескольких ампер. Для мощных транзисторов коэффициент \(\beta\) может
быть недостаточным. (Тем более, как видно из таблицы, для мощных
транзисторов он и так невелик.)

В этом случае можно применять каскад из двух транзисторов. Первый
транзистор управляет током, который открывает второй транзистор. Такая
схема включения называется схемой Дарлингтона.

В этой схеме коэффициенты \(\beta\) двух транзисторов умножаются, что
позволяет получить очень большой коэффициент передачи тока.

Для повышения скорости выключения транзисторов можно у каждого соединить
эмиттер и базу резистором.

Сопротивления должны быть достаточно большими, чтобы не влиять на ток
база — эмиттер. Типичные значения — 5…10 кОм для напряжений 5…12 В.

Выпускаются транзисторы Дарлингтона в виде отдельного прибора. Примеры
таких транзисторов приведены в таблице.

Модель	\(\beta\)	\(\max\ I_{к}\)	\(\max\ V_{кэ}\)
КТ829В	750	8 А	60 В
BDX54C	750	8 А	100 В

В остальном работа ключа остаётся такой же.

CZT5401 Datasheet (PDF)

1.1. czt5401e.pdf Size:534K _central

CZT5401E
www.centralsemi.com
ENHANCED SPECIFICATION
SURFACE MOUNT
DESCRIPTION:
PNP SILICON TRANSISTOR
The CENTRAL SEMICONDUCTOR CZT5401E is a
PNP Silicon Transistor, packaged in an SOT-223 case,
designed for general purpose amplifier applications
requiring high breakdown voltage.
MARKING: FULL PART NUMBER
FEATURES:
• High Collector Breakdown Voltage 250V
SOT-223 CASE
SOT-223

1.2. czt5401.pdf Size:614K _secos

CZT5401
PNP Transistor
Elektronische Bauelemente
Epitaxial Planar Transistor
RoHS Compliant Product
SOT-223
Description
The CZT5401 is designed for general
purpose applications requiring high
breakdown voltages.
REF. REF.
Min. Max. Min. Max.
A 6.70 7.30 B 13 TYP.
C 2.90 3.10 J 2.30 REF.
5 4 0 1
D 0.02 0.10 1 6.30 6.70
Date Code
E 0 10 2 6.30 6.70
I 0.60 0.80 3 3.3

1.3. czt5401.pdf Size:313K _kexin

SMD Type Transistors
PNP Transistors
CZT5401 (KZT5401)
Unit:mm
SOT-223
6.50±0.2
3.00±0.1
■ Features
4
● High Voltage
● High Voltage Amplifier Application
1 2 3
0.250
2.30 (typ)
Gauge Plane
1.Base
2.Collector
0.70±0.1
3.Emitter
4.60 (typ)
4.Collector
■ Absolute Maximum Ratings Ta = 25℃
Parameter Symbol Rating Unit
Collector — Base Voltage VCBO -160
Coll

Описание транзистора 2N4403

Транзистор 2N4403 — биполярный, кремниевый, высокочастотный (30 МГц > F_ГР < 300 МГц) транзистор типа P-N-P, средней мощности (300 мВт > P_К,МАКС < 1,5 Вт). Тип корпуса TO-92. Аналоги данного транзистора это транзисторы: NTE159, SK3466, BC327, BSS80C, PN200, THC4403, TMPT4403, 2N2907, 2N4143*, 2N4972*, 2N6001*, 2N6003*, 2N6005*, 2N6007*, 2N6011*, 2N6013*, 2N6015* A5T2907*, A5T4403*.

Транзистор
U_КЭ0 /U_{КБ0 ПРОБ}В
I_{К, МАКС}мА
P_{К, МАКС}мВт
h_21Э
f_грМГц
Изготовитель

мин.
макс.
I_КмА
U_КЭВ
Название (полное)
Название (сокращённое)

2N4403
40/40
600
350
100

150
10
200
American Microsemiconductor Inc
AmerMicroSC

Advanced Semiconductor tnc
Advncd Semi

Allegro Microsystems Inc
AlegroMicro

Central Semiconductor Corp
CentralSemi

Continental Device India Ltd
Contin Dev

Crimson Semiconductor Inc
CrimsonSimi

Diodes Inc
Diodes Inc

Elm State Electronics lnc
Elm State

Hi-Tron Semiconductor
Hi-Tron

Toshiba Corp/Industria Mexicana Toshiba SA

KSL Microdevices Ing
KSL Micro

Micro Electronics Ltd
Micro Еlecs

Microsemi Corp
Microsemi

Mistral SPA
Mistral SpA

Motorola Semiconductor Products Inc
Motorola

NAS Etektronische Halbleiter Gmbh
NAS Elekt

National Semiconductor Corp
Natl Semi

Rochester Electronics Inc
Rochester

Rohm Со Ltd
Rohm Со Ltd

Samsung Electronics Inc
Samsung

Semelab Plc
Semelab

Semiconductors Inc
Semi Inc

Semiconductor Technology Inc
SemiconTech

Intex Со Inc/Semitronics Corp
Semitronics

Solid State Inc
Solid Stinc

Swampscott Electronics Со Inc
Swampscott

Toshiba America Electronic Components Inc
ToshibaAmer

Transistor Со
Transistor

United-Page Inc, UPI Semiconductor Division
UPI Semi

Space Power Electronics Inc
Space Power

Цоколёвка

Тип
Номера выводов

1
2
3

3 вывода
E
B
C

U_{КЭ0, ПРОБ} — пробивное напряжение коллектор-эмиттер биполярного транзистора при токе базы, равном нулю.

U_{КБ0, ПРОБ} — пробивное напряжение коллектор-база биполярного транзистора.

U_КЭ — напряжение источника питания коллектора биполярного транзистора при измерении h_21Э.

I_{К, МАКС} — максимально допустимый постоянный ток коллектора биполярного транзистора.

I_К — постоянный ток коллектора биполярного транзистора при измерении h_21Э.

h_21Э — статический коэффициент передачи тока биполярного транзистора в схеме с общим эмиттером.

f_ГР — граничная частота коэффициента передачи тока в схеме с общим эмиттером.

P_{К, МАКС} — максимально допустимая постоянная рассеиваемая мощность коллектора биполярного транзистора.

* — Транзистор не является полным аналогом, но возможна замена.

Производители

Далее по ссылкам и названием компаний можете найти datasheet 2N5401 от следующих производителей: NXP Semiconductors, Semtech Corporation, Boca Semiconductor Corporation, Micro Electronics, ON Semiconductor, Weitron Technology, UNISONIC TECHNOLOGIES CO., LTD, SeCoS Halbleitertechnologie GmbH, Samsung semiconductor, Motorola, Inc, Multicomp, SHENZHEN KOO CHIN ELECTRONICS CO., LTD., SEMTECH ELECTRONICS LTD, Inchange Semiconductor Company Limited, KODENSHI KOREA CORP, New Jersey Semi-Conductor Products, Inc, Daya Electric Group Co., Ltd, Dc Components, Central Semiconductor Corp, AUK corp, Fairchild Semiconductor, Guangdong Kexin Industrial Co.,Ltd, Micro Commercial Components, Foshan Blue Rocket Electronics Co.,Ltd, GUANGDONG HOTTECH INDUSTRIAL CO.,LTD, SHENZHEN YONGERJIA INDUSTRY CO.,LTD.

Что такое триггер?

Триггер как логический элемент может осуществлять функцию памяти, так как переходит из одного устойчивого состояния в другое при наличии запускающего или переключающего сигнала. Схема симметричного триггера с внешним смещением приведена на рис. 7, а.

Триггер представляет собой двухкаскадный усилитель, где выход одного каскада связан со входом другого делителем напряжения на резисторах R — Rб. Обычно схема выполняется симметричной, т. е. соответствующие резисторы плеч (каскадов), конденсаторы и транзисторы имеют одинаковые параметры.

Рис. 7. Симметрический триггер с внешним смещением

В схеме используется источник внешнего положительного смещения Еб, и база каждого транзистора имеет потенциал, значение которого лежит между +Е_б и отрицательным потенциалом коллектора другого транзистора.

Предположим, что транзистор Т1 закрыт и напряжение на переходе эмиттер — коллектор U1к ≈ Ек (см. кривые напряжений, рис. 7, б).

При определенном подборе резисторов делителя R1 — R_2б потенциал базы транзистора Т2 будет отрицательным для насыщения.

Открытое состояние транзистора Т2 увеличивает положительный потенциал на базе транзистора Т1 и поддерживает его закрытое состояние. Чтобы вывести схему из устойчивого состояния, необходимо подать на базу закрытого транзистора отрицательный запускающий импульс или на базу открытого — положительный.

Если под действием отрицательного импульса начнет открываться транзистор Т2 (начало координат), то возникнет ток в цепи коллектора и потенциал коллектора станет выше. Благодаря делителю R2 — R_1б это же состояние будет на базе транзистора Т1, ток в цепи коллектора которого уменьшится, и потенциалы коллектора Т1 и базы Т2 станут ниже, что приведет к дальнейшему открыванию транзистора Т2. Процесс переключения триггера протекает лавинообразно, поэтому можно считать, что кривые коллекторных напряжений имеют прямоугольную форму.

Конденсаторы С1 — С2 называются ускоряющими и служат для форсирования процесса переключения триггера. В период паузы между переключениями триггера конденсатор, присоединенный к коллектору закрытого транзистора, заряжается базовым током открытого, в это же время второй конденсатор разряжается.

При лавинообразном переключении триггера базовый ток открывающегося транзистора проходит через разряженный конденсатор и не ограничивается резисторами R1 — R2.

Схема несимметричного триггера представлена в статье «Судовая пожарная сигнализация» — схема автоматического извещателя.

CXT5401 Datasheet (PDF)

1.1. cxt5401e.pdf Size:290K _central

CXT5401E
www.centralsemi.com
ENHANCED SPECIFICATION
SURFACE MOUNT
DESCRIPTION:
PNP SILICON TRANSISTOR
The CENTRAL SEMICONDUCTOR CXT5401E is a
PNP Silicon Transistor, packaged in an SOT-89 case,
designed for general purpose amplifier applications
requiring high breakdown voltage.
MARKING: FULL PART NUMBER
FEATURES:
• High Collector Breakdown Voltage: 250V
SOT-89 CASE
• Low L

1.2. cxt5401.pdf Size:608K _htsemi

CXT5401
TRANSISTOR (PNP)
SOT-89
FEATURE
Switching and amplification in high voltage
1. BASE
Applications such as telephony
1 1
Low current(max. 500mA)
High voltage(max.160v) 2
2
2. COLLECTOR
3
3. EMITTER
MAXIMUM RATINGS (TA=25℃ unless otherwise noted)
Symbol Parameter Value Units
VCBO Collector-Base Voltage -160 V
VCEO Collector-Emitter Voltage -150 V

1.3. cxt5401.pdf Size:1165K _kexin

SMD Type Transistors
PNP Transistors
CXT5401 (KXT5401)
■ Features
1.70 0.1
● Switching and amplification in high voltage
Applications such as telephony
● Low current(max. 500mA)
● High voltage(max.160v)
0.42 0.1
0.46 0.1
● Comlementary to CXT5551
1.Base
2.Collector
3.Emitter
■ Absolute Maximum Ratings Ta = 25℃
Parameter Symbol Rating Unit
Collector — Base V

Транзистор в режиме ключа

Транзистор в режиме ключа выполняет те же функции, что и электромагнитное реле или выключатель. Ток управления протекает следующим образом:

От микроконтроллера через переход «база — эмиттер».
При этом канал «коллектор — эмиттер» открывается.
Через канал «коллектор — эмиттер» можно пропустить ток, величина которого в сотни раз больше, нежели базового.

Особенность транзисторных переключателей в том, что частота коммутации намного выше, нежели у реле. Кристалл полупроводника способен за одну секунду совершить тысячи переходов из открытого состояния в закрытое и обратно. Так, скорость переключения у самых простых биполярных транзисторов — около 1 млн раз в секунду. По этой причине транзисторы используют в инверторах для создания синусоиды.

CMUT5401 Datasheet (PDF)

1.1. cmut5401.pdf Size:342K _central

CMUT5401
www.centralsemi.com
SURFACE MOUNT
DESCRIPTION:
PNP SILICON TRANSISTOR
The CENTRAL SEMICONDUCTOR CMUT5401
type is a PNP silicon transistor manufactured by the
epitaxial planar process, epoxy molded in a surface
mount package, designed for high voltage amplifier
applications.
MARKING CODE: 54C
SOT-523 CASE
MAXIMUM RATINGS: (TA=25°C) SYMBOL UNITS
Collector-Base Voltage V

1.2. cmut5401e.pdf Size:349K _central

CMUT5401E
www.centralsemi.com
ENHANCED SPECIFICATION
SURFACE MOUNT
DESCRIPTION:
PNP SILICON TRANSISTOR
The CENTRAL SEMICONDUCTOR CMUT5401E is a
PNP Silicon Transistor, packaged in an SOT-523 case,
designed for general purpose amplifier applications
requiring high breakdown voltage and small space
saving packaging.
MARKING CODE: 4C5
FEATURES:
SOT-523 CASE
• High Collector Bre

5.1. cmut5551.pdf Size:342K _central

CMUT5551
www.centralsemi.com
SURFACE MOUNT
DESCRIPTION:
NPN SILICON TRANSISTOR
The CENTRAL SEMICONDUCTOR CMUT5551 type
is an NPN silicon transistor manufactured by the
epitaxial planar process, epoxy molded in a surface
mount package, designed for high voltage amplifier
applications.
MARKING CODE: 55C
SOT-523 CASE
MAXIMUM RATINGS: (TA=25°C) SYMBOL UNITS
Collector-Base Voltage

5.2. cmut5087e.pdf Size:349K _central

CMUT5087E PNP
CMUT5088E NPN
www.centralsemi.com
ENHANCED SPECIFICATION
SURFACE MOUNT
DESCRIPTION:
COMPLEMENTARY
The CENTRAL SEMICONDUCTOR CMUT5087E and
SILICON TRANSISTORS
CMUT5088E are Silicon transistors in an ULTRAmini
surface mount package with enhanced specifications
designed for applications requiring high gain and low
noise.
MARKING CODES: CMUT5087E: U87
CMUT5088E:

5.3. cmut5179.pdf Size:342K _central

CMUT5179
www.centralsemi.com
SURFACE MOUNT
NPN SILICON
DESCRIPTION:
RF TRANSISTOR
The CENTRAL SEMICONDUCTOR CMUT5179
type is an NPN silicon RF transistor manufactured
by the epitaxial planar process, epoxy molded in an
ULTRAmini surface mount package, designed for
low noise, high frequency amplifier and high output
oscillator applications.
MARKING CODE: HC7
SOT-523 CASE

5.4. cmut5088e.pdf Size:349K _central

5.5. cmut5087e cmut5088e series.pdf Size:349K _central

5.6. cmut5551e.pdf Size:349K _central

CMUT5551E
www.centralsemi.com
ENHANCED SPECIFICATION
SURFACE MOUNT
DESCRIPTION:
NPN SILICON TRANSISTOR
The CENTRAL SEMICONDUCTOR CMUT5551E is an
NPN Silicon Transistor, packaged in an SOT-523 case,
designed for general purpose amplifier applications
requiring high breakdown voltage and small space
saving packaging.
MARKING CODE: 5C1
FEATURES:
• High Collector Breakdown Voltag

Проводимость транзисторов

Один из режимов работы транзистора – ключевой. По сути, он выполняет функции выключателя. Затрагивать схемы усилительных каскадов нет смысла, они не относятся к этому режиму работы. Полупроводниковые триоды применяются во всех типах устройств – в автомобильной технике, в быту, в промышленности. Все биполярные транзисторы могут иметь такой тип проводимости:

P-N-P.
N-P-N.

К первому типу относятся полупроводники, изготовленные на основе германия. Эти элементы получили широкое распространение более полувека назад. Чуть позже в качестве активного элемента начали использовать кремний, у которого проводимость обратная – n-p-n.

Принцип работы у приборов одинаков, отличаются они только лишь полярностью питающего напряжения, а также отдельными параметрами. Популярность у кремниевых полупроводников на данный момент выше, они почти полностью вытеснили германиевые. И большая часть устройств, включая транзисторные ключи, изготавливаются на биполярных кремниевых элементах с проводимостью n-p-n.

Пример работы транзистора в режиме ключа

Коэффициент усиления – это одна из основных характеристик транзистора. Именно этот параметр показывает, во сколько раз ток, протекающий по каналу «эмиттер — коллектор», выше базового. Допустим, коэффициент равен 100 (обозначается этот параметр h_21Э). Значит, если в цепь управления подается ток 1 мА (ток базы), то на переходе «коллектор — эмиттер» он будет 100 мА. Следовательно, произошло усиление входящего тока (сигнала).

При работе транзистор нагревается, поэтому он нуждается в пассивном или активном охлаждении – радиаторах и кулерах. Но нагрев происходит только в том случае, когда проход «коллектор — эмиттер» открывается не полностью. В этом случае большая мощность рассеивается – ее нужно куда-то девать, приходится «жертвовать» КПД и выпускать ее в виде тепла. Нагрев будет минимальным только в тех случаях, когда транзистор закрыт или открыт полностью.

Примеры симисторов

Примеры симисторов приведены в таблице ниже. Здесь \(I_H\) — ток удержания,
\(\max\ I_{T(RMS)}\) — максимальный ток, \(\max\ V_{DRM}\) — максимальное напряжение,
\(I_{GT}\) — отпирающий ток.

Модель	\(I_H\)	\(\max\ I_{T(RMS)}\)	\(\max\ V_{DRM}\)	\(I_{GT}\)
BT134-600D	10 мА	4 А	600 В	5 мА
MAC97A8	10 мА	0,6 А	600 В	5 мА
Z0607	5 мА	0,8 А	600 В	5 мА
BTA06-600C	25 мА	6 А	600 В	50 мА

Реле

С точки зрения микроконтроллера, реле само является мощной нагрузкой,
причём индуктивной. Поэтому для включения или выключения реле нужно
использовать, например, транзисторный ключ. Схема подключения и также
улучшение этой схемы было рассмотрено ранее.

Реле подкупают своей простотой и эффективностью. Например, реле
HLS8-22F-5VDC — управляется напряжением 5 В и способно коммутировать
нагрузку, потребляющую ток до 15 А.

Главное преимущество реле — простота использования — омрачается
несколькими недостатками:

это механический прибор и контакты могу загрязниться или даже привариться друг к другу,
меньшая скорость переключения,
сравнительно большие токи для переключения,
контакты щёлкают.

Часть этих недостатков устранена в так называемых твердотельных
реле. Это,
фактически, полупроводниковые приборы с гальванической развязкой,
содержащие внутри полноценную схему мощного ключа.

Заключение

Таким образом, в арсенале у нас достаточно способов управления
нагрузкой, чтобы решить практически любую задачу, которая может
возникнуть перед радиолюбителем.

Полезные источники

Хоровиц П., Хилл У. Искусство схемотехники. Том 1. — М.: Мир, 1993.
Управление мощной нагрузкой переменного тока
Управление мощной нагрузкой постоянного тока. Часть 1
Управление мощной нагрузкой постоянного тока. Часть 2
Управление мощной нагрузкой постоянного тока. Часть 3
Щелкаем реле правильно: коммутация мощных нагрузок
Управление мощной нагрузкой переменного тока
Управление MOSFET-ами #1
Современные высоковольтные драйверы MOSFET- и IGBT-транзисторов
Ключ на плечо! – особенности применения высоковольтных драйверов производства IR

Описание транзистора 2N4401

Транзистор 2N4401 — биполярный, кремниевый, высокочастотный (30 МГц > F_ГР < 300 МГц) транзистор типа N-P-N, средней мощности (300 мВт > P_К,МАКС < 1,5 Вт). Тип корпуса TO-92. Аналоги данного транзистора это транзисторы: NTE123AP, SK3854, BC337, BSS79C, PN100, EN2219*, A5T2222*, 2N3300*, 2N3302*, 2N3974*, 2N3976*, 2N4141*, 2N4970*, 2N5369*, 2N6000*, 2N6002*, 2N6004*, 2N6006*, 2N6010*, 2N6012*.