Содержание
Транзистор – популярный полупроводниковый прибор, выполняющий в электросхемах функции формирования, усиления или преобразования электросигналов и переключения электроимпульсов. Выделяют три типа этих приборов:
- Однопереходные – иначе называются «двухбазовыми диодами». Представляют собой трехэлектродные полупроводники с одним p-n переходом;
- Биполярные – имеют два p-n перехода;
- Полевые – специальный класс, могут служить выключателями или регуляторами тока.
Домашним мастерам, специалистам по ремонту радиоаппаратуры, конструкторам часто требуется подобрать отечественный аналог импортных приборов или наоборот. В некоторых случаях это необходимо для экономии средств – российская продукция гораздо дешевле импортной. Это можно сделать несколькими способами:
- Найти data sheets – техническую документацию к зарубежным электронным компонентам, в которой указываются основные параметры, обозначение на схемах и краткое описание. Затем воспользоваться справочниками на отечественные устройства. И методом подбора найти российские аналоги транзисторов или близкие по характеристикам устройства. Это длительный и сложный путь.
- Использовать таблицу, представленную на нашем сайте. Она поможет заменить зарубежный транзистор отечественным или уменьшить диапазон поиска до нескольких экземпляров.
В нашем каталоге транзисторов вы можете подобрать и купить отечественные аналоги зарубежных транзисторов.
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
Теория импульсных блоков питания
В обычных источниках питания изменение напряжения и гальваническая развязка выполнялись на трансформаторе со стальным сердечником, работающим на частоте 50 Гц, полупроводниковым выпрямителем и линейным стабилизатором напряжения.
Однако КПД этой схемы очень низкий (не превышает 50%), большая часть мощности преобразуется в тепло в трансформаторе, диоде и аналоговом стабилизаторе. Большая номинальная выходная мощность требует наличия сетевого трансформатора повышенного размера и большой потери тепла. Этого неудобства можно избежать, увеличив рабочую частоту до нескольких сотен кГц и заменив регулятор напряжения электронным ключом с интеллектуальным управлением. Их задача – преобразовать сетевое напряжение в постоянное, а затем в выпрямленное напряжение, выполняемое быстрым переключением транзисторов. В результате получается высокочастотное прямоугольное напряжение, которое преобразуется импульсным трансформатором и выпрямителем.
Стабилизация выходной мощности достигается изменением ширины импульса при постоянной частоте или включением переключения в определенные периоды времени в зависимости от нагрузки схемы. Наиболее важные преимущества SMPS, сравнимые с обычными блоками питания:
- малый вес, уменьшенный объем, повышенная эффективность
- малая емкость фильтрующих конденсаторов для высоких частот переключения
- отсутствие слышимых помех из-за того, что частота переключения находится за пределами слышимого диапазона
- простое управление различными выходными напряжениями
- легко снижать высокое сетевое напряжение
С развитием мощных транзисторов с быстрой коммутацией для высоких частот, стало возможным использовать ИИП, работающие на частотах до 1 МГц. С помощью этого типа резонансных трансформаторов рабочие частоты могут быть увеличены даже до 3 МГц. Тем не менее, эти преимущества уменьшаются из-за нежелательного высокочастотного излучения, а также из-за более низкой скорости реакции на возможные изменения нагрузки.
Эта тенденция привела к разработке новых ферритов Mn-Zn с очень мелкой структурой зерен и материалов с уменьшенными гистерезисными потерями, что позволяет передавать мощность в диапазоне от 1 до 3 МГц. Высокие рабочие частоты приводят к дальнейшему уменьшению размеров ядер и, следовательно, всего блока питания. Новый принцип конструкции в планарной технологии позволяет изготавливать высокочастотные трансформаторы с кардинально уменьшенными размерами (плоские трансформаторы, низкопрофильные трансформаторы). Эта технология оказывает сильное влияние на разработку преобразователей постоянного и переменного тока, а также на производство гибридных импульсных источников питания.
Но вернёмся к теории. Импульсный источник питания работает контролируя среднее напряжение, подаваемое на нагрузку. Это делается путем размыкания и замыкания переключателя (обычно мощного полевого транзистора) на высокой частоте. Система более известна как широтно-импульсная модуляция – ШИМ. Схема ШИМ – самая важная, которая отличает этот тип блока питания, поэтому стоит вспомнить хотя бы само название.
На приведенной диаграмме показаны идеи, лежащие в основе работы ШИМ, и ее довольно просто понять: V = напряжение, T = период, t (вкл.) = длительность импульса. Среднее напряжение приложенное к нагрузке, можно объяснить следующей формулой:
Vo (av) = (t (on) / T) x Vi
Импульсы следуют друг за другом быстро (это порядка многих кГц, то есть тысячи раз в секунду), и для того, чтобы нагрузка не видела внезапных импульсов, необходимы конденсаторы, обеспечивающие относительно постоянный уровень напряжения. Уменьшение времени t (on) вызывает уменьшение среднего значения выходного напряжения Vo (av) и наоборот – увеличение длительности высокого вольтажного состояния t (on) увеличивает выходное напряжение Vo (av).
Частота, с которой работает ШИМ, обычно находится в диапазоне от 30 кГц до 150 кГц, но может быть намного выше.
Производители
Daya Electric Group; DCCOM (Dc Components); Futurlec; HTSEMI (Shenzhen Jin Yu Semiconductor); KEXIN (Guangdong Kexin Industrial); Kisemiconductor (Kwang Myoung I.S.); Micro Electronics; NEC; Rectron Semiconductor; SECO (SeCoS Halbleitertechnologie GmbH); Stanson Technology; TGS (Tiger Electronic); UTC (Unisonic Technologies); Weitron Technology; Willas Electronic Corp; Winnerjoin (Shenzhen Yongerjia Industry).
Аналоги транзистор C945
| Type | Mat | Struct | Pc | Ucb | Uce | Ueb | Ic | Tj | Ft | Cc | Hfe | Caps |
| 2DC2412R | Si | NPN | 0.3 | 50 | 0.15 | 180 | 180 | SOT23 | ||||
| 2SC1623RLT1 | Si | NPN | 0.3 | 60 | 50 | 7 | 0.15 | 150 | 180 | 3 | 180 | SOT23 |
| 2SC1623SLT1 | Si | NPN | 0.3 | 60 | 50 | 7 | 0.15 | 150 | 180 | 3 | 270 | SOT23 |
| 2SC2412-R | Si | NPN | 0.2 | 60 | 50 | 7 | 0.15 | 150 | 180 | 2 | 180 | SOT23 |
| 2SC2412-S | Si | NPN | 0.2 | 60 | 50 | 7 | 0.15 | 150 | 180 | 2 | 270 | SOT23 |
| 2SC2412KRLT1 | Si | NPN | 0.2 | 60 | 50 | 7 | 0.15 | 150 | 180 | 2 | 180 | SOT23 |
| 2SC2412KSLT1 | Si | NPN | 0.2 | 60 | 50 | 7 | 0.15 | 150 | 180 | 2 | 270 | SOT23 |
| 2SC945LT1 | Si | NPN | 0.23 | 60 | 50 | 5 | 0.15 | 150 | 150 | 2.2 | 200 | SOT23 |
| 2SD1501 | Si | NPN | 1 | 70 | 1 | 150 | 250 | SOT23 | ||||
| 2STR1160 | Si | NPN | 0.5 | 60 | 60 | 5 | 1 | 150 | 250 | SOT23 | ||
| 50C02CH-TL-E | Si | NPN | 0.7 | 60 | 50 | 5 | 0.5 | 150 | 500 | 2.8 | 300 | SOT23 |
| BRY61 | Si | PNPN | 0.25 | 70 | 70 | 70 | 0.175 | 150 | 1000 | SOT23 | ||
| BSP52T1 | Si | NPN | 1.5 | 100 | 80 | 5 | 0.5 | 150 | 150 | 5000 | SOT23 | |
| BSP52T3 | Si | NPN | 1.5 | 100 | 80 | 5 | 0.5 | 150 | 150 | 5000 | SOT23 | |
| C945 | Si | NPN | 0.2 | 60 | 50 | 5 | 0.15 | 150 | 150 | 3 | 130 | SOT23 |
| DNLS160 | Si | NPN | 0.3 | 60 | 1 | 150 | 200 | SOT23 | ||||
| DTD123 | Si | Pre-Biased-NPN | 0.2 | 50 | 0.5 | 150 | 200 | 250 | SOT23 | |||
| ECG2408 | Si | NPN | 0.2 | 60 | 65 | 0.3 | 150 | 300 | 300 | SOT23 | ||
| FMMT493A | Si | NPN | 0.5 | 60 | 1 | 150 | 500 | SOT23 | ||||
| FMMTL619 | Si | NPN | 0.5 | 50 | 1.25 | 180 | 300 | SOT23 | ||||
| L2SC1623RLT1G | Si | NPN | 0.225 | 60 | 50 | 7 | 0.15 | 150 | 250 | 3 | 180 | SOT23 |
| L2SC1623SLT1G | Si | NPN | 0.225 | 60 | 50 | 7 | 0.15 | 150 | 250 | 3 | 270 | SOT23 |
| L2SC2412KRLT1G | Si | NPN | 0.2 | 60 | 50 | 7 | 0.15 | 150 | 180 | 2 | 180 | SOT23 |
| L2SC2412KSLT1G | Si | NPN | 0.2 | 60 | 50 | 7 | 0.15 | 150 | 180 | 2 | 270 | SOT23 |
| MMBT945-H | Si | NPN | 0.2 | 60 | 50 | 5 | 0.15 | 150 | 150 | 3 | 200 | SOT23 |
| MMBT945-L | Si | NPN | 0.2 | 60 | 50 | 5 | 0.15 | 150 | 150 | 3 | 130 | SOT23 |
| NSS60201LT1G | Si | NPN | 0.54 | 60 | 4 | 150 | SOT23 | |||||
| ZXTN19100CFF | Si | NPN | 1.5 | 100 | 4.5 | 150 | 200 | SOT23F | ||||
| ZXTN25050DFH | Si | NPN | 1.25 | 50 | 4 | 200 | 240 | SOT23 | ||||
| ZXTN25100DFH | Si | NPN | 1.25 | 100 | 2.5 | 175 | 300 | SOT23 |
Симисторный ключ
Для гальванической развязки цепей управления и питания лучше
использовать оптопару или специальный симисторный драйвер. Например,
MOC3023M или MOC3052.
Эти оптопары состоят из инфракрасного светодиода и фотосимистора. Этот
фотосимистор можно использовать для управления мощным симисторным
ключом.
В MOC3052 падение напряжения на светодиоде равно 3 В, а ток — 60 мА,
поэтому при подключении к микроконтроллеру, возможно, придётся
использовать дополнительный транзисторный ключ.
Встроенный симистор же рассчитан на напряжение до 600 В и ток до
1 А. Этого достаточно для управления мощными бытовыми приборами через
второй силовой симистор.
Рассмотрим схему управления резистивной нагрузкой (например, лампой
накаливания).
Таким образом, эта оптопара выступает в роли драйвера
симистора.
Существуют и драйверы с детектором нуля — например, MOC3061. Они
переключаются только в начале периода, что снижает помехи в
электросети.
Резисторы R1 и R2 рассчитываются как обычно. Сопротивление же
резистора R3 определяется исходя из пикового напряжения в сети питания
и отпирающего тока силового симистора. Если взять слишком большое —
симистор не откроется, слишком маленькое — ток будет течь
напрасно. Резистор может потребоваться мощный.
Нелишним будет напомнить, что 230 В в электросети (текущий стандарт для
России, Украины и многих других стран) — это значение
действующего напряжения. Пиковое напряжение равно \(\sqrt2 \cdot 230 \approx
325\,\textrm{В}\).
Маркировка и цоколёвка
Данный прибор имеет структуру n — p — n . Выводы элемента слева-направо, при обращении лицевой части транзистора к нам(плоская сторона с маркировкой), имеют такой порядок – “коллектор-база-эмиттер”. Цоколёвку КТ3102 нужно знать и учитывать её при пайке прибора. Ошибка при пайке может повредить весь транзистор.
Маркировка транзисторов применяется для различия одного типа прибора от другого. Например, различия между типом А и Б. В случае КТ3102, маркировка имеет следующую структуру:
- Зелёный кружок на лицевой стороне означает тип транзистора. В нашем случае – КТ3102.
- Кружок сверху означает букву прибора (А, Б, В и т.д). Применяются следующие обозначения :
А – красный или бордовый. Б – жёлтый. В – зелёный. Г – голубой. Д – синий. Е – белый. Ж – тёмно-коричневый.
На некоторых приборах вместо цветовых обозначений, маркировка пишется словами. Например, 3102 EM. Подобные обозначения удобнее цветных.
Знание маркировки транзистора позволит правильно подобрать нужный элемент, согласно требуемым параметрам.
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
