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 zener-diódával. A legnagyobb problémája az áramkörnek az volt akkor, hogy csak néhány mA terhelhetőségű.
A tranzisztorral azonban egyszer és mindenkorra megoldhatjuk a problémát:
A tranzisztort itt nem fix árammal vezéreljük – inkább fix feszültséggel. A felső (R1) ellenállás segítségével kevés áramot vezetünk át a tranzisztor bázisán…
Hogyan működik?
Emlékezz rá, hogy a bázis-emitter egy dióda valójában, mely fordítva van bekötve. A bázistól az emitterig 0,7V feszültség esik. A rajzon ábrázolt 4V-os zener-dióda a bázisfeszültséget fixen tartja, így az emitteren : (Ube=4.0V) 4.0V-0.7V = 3.3V jelenik meg! Tada!!! És itt a fix feszültségre a megoldás!
A szabályzókörnek az az egyszerű megoldás az alapja – itt a feszültséget szabályozzuk első körben! Majdnem mint a zener-dióda alapú megoldás esetén – csak a zener-diódánál az áramkör terhelésfüggően működött még…
Tranzisztor használatakor a kimeneti feszültség nem függ a terhelőáramtól. A h=100 erősítésnél (100x bázisáram erősítés), 1mA kimeneti terhelésnél (az ábrán: Load) 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 zener-diódával 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-dióda feszültsége és ez szabályozólag 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 zener-dióda 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. Ha ezt ífgy használni kezdjük, idővel a tranzisztor melegszik és a kezünket megsütjük rajta… Így már megint problémára futottunk: a hőtermelésre!
Hőhatás
Mennyi is az annyi? 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 terhelő-áram esetén 1.6W hő leadására van szükség (P=U x I). Ez nem olyan sok, de egy kisebb tranzisztort már egyszerűen tönkretehet – a felület, amin keresztül ez a hőmennyiség leadható – nem olyan nagy méretű eredetileg. Ilyenkor van szükség teljesítménytranzisztorra és hozzá rögzített, szép és nagy hűtőbordára.
Még rosszabb a helyzet, ha magasabb az áramkör bemenő feszültsége. Például 5V helyett 9V a szabályozatlan bemenő feszültség. Ekkor a tranzisztor C-E átmenetén 5.6V feszültség esik – így 1A áram esetén már 5.6W hőenergiát kell eltávolítani!
Ne felejtkezz el arról, hogyha túlterheled a kimenetet, akkor a hőtermelés még jobban növekedni fog – ahogyan a korábbi (Energia) fejezetben sikerült vázolni. Az áramkörünknek egy érdekes tulajdonságát is megfigyelhetjük: mialatt szabályozunk, az egész kupac egy változtatható ellenállásként kezd el viselkedni. Az ellenállást pedig ténylegesen a bázison befolyó áram szabályozza.
Az egyszerű elektronika könyvben a lineáris szabályozók messze vannak még 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 tranzisztor alkalmazásáról fog szólni…
Egyszerű elektronika – Tartalomjegyzék
1 | [catlist name="Egyszerű elektronika" orderby=date order=asc numberposts=50] |
