Ключ на схеме: Ключ на биполярном транзисторе. Нагрузочная прямая.

Содержание

Ключ на биполярном транзисторе. Нагрузочная прямая.

Приветствую всех снова на нашем сайте 🙂 Мы продолжаем активно погружаться в нюансы работы биполярных транзисторов и сегодня мы перейдем к практическому рассмотрению одной из схем использования БТ – схеме ключа на транзисторе!

Суть схемы довольно проста и заключается в том, что как и любой переключатель, транзистор должен находиться в одном из двух состояний – открытом (включенном) и закрытом (выключенном). То есть либо транзистор пропускает ток, либо не пропускает. Давайте разбираться!

И, первым делом, давайте саму схему и рассмотрим:

Здесь у нас используется n-p-n транзистор. А вот вариант для p-n-p:

И по нашей уже устоявшейся традиции будем разбирать все аспекты работы на примере n-p-n транзистора 🙂 Суть и основные принципы остаются неизменными и для p-n-p. Так что работаем с этой схемой (здесь мы добавили протекающие по цепи токи):

Как вы уже заметили, схема очень напоминает включение транзистора с общим эмиттером.

И действительно именно схема с ОЭ чаще всего используется при построении ключей. Только здесь у нас добавились два резистора (R_б и R_к). Вот с них и начнем!

Зачем же нужен резистор в цепи базы?

Итак, нам нужно подать на переход база-эмиттер напряжение прямого смещения. Его величина указывается среди параметров конкретного транзистора и обычно составляет в районе 0.6 В. Также мы знаем, какой управляющий сигнал мы будем подавать на вход для того, чтобы открыть транзистор. Например, при использовании микроконтроллера STM32 для управления ключом, на входе цепи у нас будет либо 0 В (транзистор в данном случае закрыт), либо 3.3 В (транзистор открыт). В данной схеме сигнал на вход подается не с контроллера, а напрямую с источника напряжения E_{вх} при замыкании переключателя S_1.

Таким образом, получаем, что при 3.3 В на входе напряжение на резисторе R_б составит:

U_{R_б} = E_{вх} \medspace – \medspace U_{бэ}

А теперь вспоминаем, что управление биполярным транзистором осуществляется изменением тока базы – а как его менять? Верно – изменяя сопротивление этого самого резистора! То есть, варьируя сопротивление резистора, мы меняем ток базы и, соответственно, этим самым вносим изменения в работу выходной цепи нашей схемы. Чуть позже мы рассмотрим практический пример для конкретных номиналов и величин и посмотрим на деле, как это работает.

Мы уже несколько раз использовали термины “транзистор открыт” и “закрыт”. Понятно, что это означает наличие, либо отсутствие коллекторного тока, но давайте рассмотрим эти понятия применительно к режимам работы транзистора. И тут все достаточно просто:

для того, чтобы закрыть транзистор, мы стремимся перевести его в режим отсечки
а чтобы открыть – в режим насыщения

То есть при проектировании ключа на биполярном транзисторе мы преследуем цель переводить транзистор то в режим отсечки, то в режим насыщения в зависимости от управляющего сигнала на входе!

Переходим к рассмотрению коллекторной цепи разбираемой схемы. В данном резистор R_к выполняет роль нагрузки, а также ограничивает ток в цепи во избежания короткого замыкания источника питания E_{вых}. И вот теперь пришло время вспомнить выходные характеристики, которые мы совсем недавно обсуждали 🙂

Но в данном случае выходные параметры схемы определяются помимо всего прочего еще и нагрузкой (то есть резистором R_к). Для коллекторной цепи мы можем записать:

U_{кэ} + I_к R_к = E_{вых}

Или:

I_к = \frac{E_{вых} \medspace – \medspace U_{кэ}}{R_к}

Этим уравнением задается так называемая нагрузочная характеристика цепи. Поскольку резистор – линейный элемент (U_R = I_R R), то характеристика представляет из себя прямую (которую так и называют –

нагрузочная прямая). Наносим ее на выходные характеристики транзистора и получаем следующее:

Рабочая точка в данной схеме будем перемещаться по нагрузочной прямой. То есть величины U_{кэ} и I_к могут принимать только те значения, которые соответствуют точкам пересечения выходной характеристики транзистора и нагрузочной прямой. Иначе быть не может 🙂

И нам нужно обеспечить, чтобы в открытом состоянии рабочая точка оказалась в положении 1. В данном случае падение напряжения U_{кэ} на транзисторе будет минимальным, то есть почти вся полезная мощность от источника окажется на нагрузке. В закрытом же состоянии рабочая точка должна быть в положении 2. Тогда почти все напряжение упадет на транзисторе, а нагрузка будет выключена.

Теперь, когда мы разобрались с теоретическими аспектами работы ключа на транзисторе, давайте рассмотрим как же на практике производятся расчеты и выбор номиналов элементов!

Расчет ключа на биполярном транзисторе.

Добавим в схему полезную нагрузку в виде светодиода. Резистор R_к при этом остается на месте, он будет ограничивать ток через нагрузку и обеспечивать необходимый режим работы:

Пусть для включения светодиода нужно подать на него напряжение 3В (U_д). При этом диод будет потреблять ток равный 50 мА (I_д). Зададим параметры транзистора (в реальных схемах эти значения берутся из документации на используемый транзистор):

Коэффициент усиления по току h_{21э} = 100…500 (всегда задан именно диапазон, а не конкретное значение)
Падение напряжения на переходе база-эмиттер, необходимое для открытия этого перехода: U_{бэ} = 0.6 \medspace В.
Напряжение насыщения: U_{кэ \medspace нас} = 0. 1 \medspace В.

Мы берем конкретные значения для расчетов, но на практике все бывает несколько иначе. Как вы помните, параметры транзисторов зависят от многих факторов, в частности, от режима работы, а также от температуры. А температура окружающей среды, естественно, может меняться. Определить четкие значения из характеристик при этом бывает не так просто, поэтому нужно стараться обеспечить небольшой запас. К примеру, коэффициент усиления по току при расчете лучше принять равным минимальному из значений, приведенных в даташите. Ведь если коэффициент в реальности будет больше, то это не нарушит работоспособности схемы, конечно, при этом КПД будет ниже, но тем не менее схема будет работать. А если взять максимальное значение h_{21э}, то при определенных условиях может оказаться, что реальное значение оказалось меньше, и его уже недостаточно для обеспечения требуемого режима работы транзистора.

Итак, возвращаемся к примеру 🙂 Входными данными для расчета кроме прочего являются напряжения источников.

В данном случае:

E_{вх} = 3.3\medspace В. Я выбрал типичное значение, которое встречается на практике при разработке схем на микроконтроллерах. В этом примере подача и отключение этого напряжения осуществляется переключателем S_1.
E_{вых} = 9\medspace В.

Первым делом нам необходимо рассчитать сопротивление резистора в цепи коллектора. Напряжения и ток выходной цепи во включенном состоянии связаны следующим образом:

U_{кэ \medspace нас} + U_{R_к} + U_д = E_{вых}

При этом по закону Ома:

U_{R_к} = I_к R_к

А ток у нас задан, поскольку мы знаем, какой ток потребляет нагрузка (в данном случае диод) во включенном состоянии. Тогда:

U_{R_к} = I_д R_к

U_{кэ \medspace нас} + I_д R_к + U_д = E_{вых}

Итак, в этой формуле нам известно все, кроме сопротивления, которое и требуется определить:

R_к = \frac{E_{вых} \medspace – \medspace U_д \medspace – \medspace U_{кэ \medspace нас}}{I_д} \enspace= \frac{9 \medspace В \medspace – \medspace 3 \medspace В \medspace – \medspace 0.

1 \medspace В}{0.05 \medspace А} \medspace\approx 118 \medspace Ом.

Выбираем доступное значение сопротивления из стандартного ряда номиналов и получаем R_{к} = 120\medspace Ом. Причем важно выбирать именно бОльшее значение. Связано это с тем, что если мы берем значение чуть больше рассчитанного, то ток через нагрузку будет немного меньше. Это не приведет ни к каким сбоям в работе. Если же взять мЕньшее значение сопротивления, то это приведет к тому, что ток и напряжение на нагрузке будут превышать заданные, что уже хуже 🙂

Пересчитаем величину коллекторного тока для выбранного значения сопротивления:

I_к = \frac{U_{R_к}}{R_к} \medspace = \frac{9 \medspace В \medspace – \medspace 3 \medspace В \medspace – \medspace 0.1 \medspace В}{120 \medspace Ом} \medspace\approx\medspace 49.17 \medspace мА

Пришло время определить ток базы, для этого используем минимальное значение коэффициента усиления:

I_б = \frac{I_к}{h_{21э}} = \frac{49.17 \medspace мА}{100} = 491. 7 \medspace мкА

А падение напряжения на резисторе R_б:

U_{R_б} = E_{вх} \medspace – \medspace 0.6 \medspace В = 3.3 \medspace В \medspace – \medspace 0.6 \medspace В = 2.7 \medspace В

Теперь мы можем легко определить величину сопротивления:

R_б = \frac{U_{R_б}}{I_б}\medspace = \frac{2.7 \medspace В}{491.7 \medspace мкА} \approx 5.49 \medspace КОм

Опять обращаемся к ряду допустимых номиналов. Но теперь нам нужно выбрать значение, мЕньшее рассчитанного. Если сопротивление резистора будет больше расчетного, то ток базы будет, напротив, меньше. А это может привести к тому, что транзистор откроется не до конца, и во включенном состоянии бОльшая часть напряжения упадет на транзисторе (U_{кэ}), что, конечно, нежелательно.

Поэтому выбираем для резистора базы значение 5.1 КОм. И этот этап расчета был последним! Давайте резюмируем, наши рассчитанные номиналы составили:

R_{б} = 5.1\medspace КОм
R_{к} = 120\medspace Ом

Кстати в схеме ключа на транзисторе обычно добавляют резистор между базой и эмиттером, номиналом, например, 10 КОм. Он нужен для подтяжки базы при отсутствии сигнала на входе. В нашем примере, когда S1 разомкнут, то вход просто висит в воздухе. И под воздействием наводок транзистор будет хаотично открываться и закрываться. Поэтому и добавляется резистор подтяжки, чтобы при отсутствии входного сигнала потенциал базы был равен потенциалу эмиттеру. В этом случае транзистор будет гарантированно закрыт.

Сегодня мы прошлись по классической схеме, которой я стараюсь придерживаться, то есть – от теории к практике 🙂 Надеюсь, что материал будет полезен, а если возникнут какие-либо вопросы, пишите в комментарии, я буду рад помочь!

Практические примеры схем на полевых транзисторах.

Сегодня для закрепления материала про полевики рассмотрим схемы на полевых транзисторах и обсудим принцип их работы. Предыдущие статьи про ПТ вот тут – раз и два. Начнем!

Схема истокового повторителя.

Биполярным аналогом этого устройства является эмиттерный повторитель (о нем шла речь тут). Вот как выглядит простейший повторитель на полевом транзисторе:

Ну давайте разбираться что же и как этот повторитель повторяет 🙂 Напряжение на выходе:

U_и = i_с\medspace R_1

Ток стока мы можем определить через напряжение затвор-исток следующим образом:

i_с = g_m\medspace U_{зи} = g_m\medspace (U_з\medspace-\medspace U_и)

Подставляем i_с в формулу для U_и и получаем вот что:

U_и = \frac{R_1\medspace g_m}{1 + R_1\medspace g_m}\medspace U_з

И если сопротивление нагрузки R_1 намного превышает величину \frac{1}{g_m}, то мы получаем довольно-таки хороший повторитель (U_з = U_и).

Но у этой схемы есть парочка существенных недостатков. Во-первых, характеристики полевого транзистора трудно поддаются контролю при изготовлении, поэтому такой истоковый повторитель может иметь непредсказуемое смещение по постоянному току. А во-вторых, такой повторитель имеет довольно-таки большое выходное сопротивление, соответственно, амплитуда выходного сигнала все-таки будет меньше, чем амплитуда сигнала на входе.

Более качественный повторитель получается при использовании согласованных пар транзисторов. Такая схема выглядит следующим образом:

Рассмотрим работу данной схемы. Полевик Q2 задает определенный ток. Этот ток соответствует напряжению затвор-исток, равному нулю. Транзисторы включены последовательно, значит через Q1 течет такой же ток, а так как полевики абсолютно одинаковые, то и для Q1 напряжение затвор-исток равно нулю. В то же время:

U_{зи} = U_з\medspace-\medspace U_и = U_{вх}\medspace-\medspace U_{вых} = 0

Вот и получаем, что U_{вх} = U_{вых}, то есть напряжение на выходе повторяет сигнал на входе.

Эту схему истокового повторителя можно еще модернизировать, добавив резисторы в цепь истока. С помощью подбора их значений можно установить разные значения тока стока:

На этом заканчиваем с истоковыми повторителями и переходим к некоторым другим схемам на полевых транзисторах 🙂

Схема ключа на полевом транзисторе.

Здесь мы видим n-канальный МОП-транзистор. При заземленном затворе полевик находится в закрытом состоянии и, соответственно, входной сигнал не проходит на выход. Если подать на затвор напряжение, например, +10 В, то транзистор перейдет в открытое состояние и сигнал практически беспрепятственно пройдет на выход.

Тут особо и объяснять нечего 🙂

Теперь перейдем к логическим элементам (вентилям) на МОП-транзисторах. И начнем с вариантов исполнения логического инвертора. Посмотрите на схемку:

Что вообще должен делать инвертор? Очевидно, что инвертировать сигнал 🙂 То есть подаем на вход сигнал низкого уровня, на выходе получаем высокий уровень и наоборот.

Давайте смотреть как это все работает. Если на входе низкий уровень сигнала, то n-канальный МОП-транзистор закрыт, ток через резистор нагрузки не течет, соответственно, все напряжение Vcc оказывается на выходе. А если на входе высокий уровень, то ПТ во включенном состоянии проводит ток, при этом на нагрузке появляется напряжение, а потенциал стока (выходной сигнал) практически равен нулю (низкий уровень). Вот так вот эта схема и работает.

Рассмотрим еще один вариант инвертора, но уже с использованием p-канального ПТ:

Работает эта схема аналогично схеме инвертора на n-канальном транзисторе, поэтому останавливаться на этом не будем.

Есть один большой минус у обеих этих схем – это высокое выходное сопротивление. Можно, конечно, уменьшать R_1, но при это рассеиваемая мощность будет увеличиваться (она обратно пропорциональна квадрату сопротивления). Как вы понимаете, в этом нет ничего хорошего. Отличной альтернативой этим схемам инверторов является схема на комплементарных МОП-транзисторах (КМОП). Она имеет следующий вид:

Итак, пусть у нас на входе сигнал высокого уровня. Тогда p-канальный МОП-транзистор Q2 будет выключен, а Q1, напротив, будет во включенном состоянии. При этом на выходе будет сигнал низкого уровня. А что если на входе низкий уровень? А тогда наоборот Q1 будет выключен, а Q2 включен, и на выходе окажется сигнал высокого уровня. Вот и все 🙂

Пожалуй, рассмотрим теперь еще одну схемку на полевиках – схему логического вентиля И-НЕ. Этот вентиль имеет два входа и один выход, и и низкий уровень должен быть на выходе только в том случае, когда на оба входа подан сигнал высокого уровня. Во всех остальных случаях на выходе сигнал высокого уровня.

Смотрите, как это работает. Если на Входе 1 и Входе 2 высокий уровень, то оба n-канальных транзистора Q1 и Q2 проводят ток, а p-канальные Q3 и Q4 закрыты, и на выходе окажется сигнал низкого уровня. Если на одном из входов сигнал низкого уровня, то один из транзисторов Q3, Q4 открыт, а, соответственно, один из транзисторов Q2, Q1 закрыт. Тогда цепь Q1 – Q2 – земля разомкнута, а на выход через открытый транзистор Q3 или Q4 попадает напряжение высокого уровня. Вот и получается, что низкий уровень на выходе возможен только если на обоих входах сигнал высокого уровня.

Заканчиваем на этом разговор о полевых транзисторах 🙂 Мы сегодня рассмотрели схемы на полевых транзисторах и кроме того разобрались как они работают. Так что до скорых встреч на нашем сайте!

Управление мощной нагрузкой · Вадим Великодный

06 Jan 2017

На практике часто возникает необходимость управлять при помощи цифровой схемы (например, микроконтроллера) каким-то мощным электрическим прибором. Это может быть мощный светодиод, потребляющий большой ток, или прибор, питающийся от электрической сети. Рассмотрим типовые решения этой задачи.

Будем считать, что нам нужно только включать или выключать нагрузку с низкой частотой. Части схем, решающие эту задачу, называют ключами. ШИМ-регуляторы, диммеры и прочее рассматривать не будем (почти).

Условно можно выделить 3 группы методов:

Управление нагрузкой постоянного тока.
- Транзисторный ключ на биполярном транзисторе.
- Транзисторный ключ на МОП-транзисторе (MOSFET).
- Транзисторный ключ на IGBT.
Управление нагрузкой переменного тока.
- Тиристорный ключ.
- Симисторный ключ.
Универсальный метод.

Выбор способа управления зависит как от типа нагрузки, так и от вида применяемой цифровой логики. Если схема построена на ТТЛ-микросхемах, то следует помнить, что они управляются током, в отличие от КМОП, где управление осуществляется напряжением. Иногда это важно.

Простейший ключ

Простейший ключ на биполярном транзисторе проводимости n-p-n выглядит следующим образом.

Вход слева подключается к цифровой схеме. Если у нас цифровая схема построена на основе КМОП-логики с двухтактным («push-pull») выходом, то логическая «1» фактически означает подключение этого входа к питанию, а логический «0» — к земле.

Таким образом, при подаче «1» на вход нашей схемы ток от источника питания потечёт через резистор R1, базу и эмиттер на землю. При этом транзистор откроется (если, конечно, ток достаточно большой), и ток сможет идти через переход коллектор — эмиттер, а значит и через нагрузку.

Резистор R1 играет важную роль — он ограничивает ток через переход база — эмиттер. Если бы его не было, ток не был бы ничем ограничен и просто испортил бы управляющую микросхему (ведь именно она связывает линию питания с транзистором).

Максимальный ток через один выход микроконтроллера обычно ограничен значением около 25 мА (для STM32). В интернете можно встретить утверждения, что микроконтроллеры AVR выдерживают ток в 200 мА, но это относится ко всем выводам в сумме. Предельное допустимое значение тока на один вывод примерно такое же — 20-40 мА.

Это, кстати, означает, что подключать светодиоды напрямую к выводам нельзя. Без токоограничивающих резисторов, микросхема просто сгорит, а с ними светодиодам не будет хватать тока, чтобы светить ярко.

Обратите внимание, что нагрузка (LOAD) подключена к коллектору, то есть «сверху». Если подключить её «снизу», у нас возникнет несколько проблем.

Допустим, мы хотим при помощи 5 В (типичное значение для цифровых схем) управлять нагрузкой в 12 В. Это значит, что на базе мы можем получить максимум 5 В. А с учётом падения напряжения на переходе база — эмиттер, на эмиттере будет напряжение ещё меньше. Если падение напряжения на переходе равно 0,7 В,то получаем, что на нагрузку остаётся только 4,3 В, чего явно недостаточно. Если это, например, реле, оно просто не сработает. Напряжение не может быть выше, иначе тока через базу вообще не будет. Наличие падения напряжения на нагрузке также приведёт к уменьшению тока через базу.

Для расчёта сопротивления R1 нужно вспомнить соотношение для упрощённой модели транзистора:

Коэффициент — это коэффициент усиления по току. Его ещё обозначают или . У разных транзисторов он разный.

Зная мощность нагрузки и напряжение питания , можно найти ток коллектора, а из него и ток базы:

По закону Ома получаем:

Коэффициент не фиксированная величина, он может меняться даже для одного транзистора в зависимости от режима работы, поэтому лучше брать значение тока базы при расчёте чуть больше, чтобы был запас по току коллектора. Главное помнить, что ток базы не должен превышать предельно допустимое для микросхемы.

Также важно при выборе модели транзистора помнить о предельном токе коллектора и напряжении коллектор — эмиттер.

Ниже как пример приведены характеристики некоторых популярных транзисторов с проводимостью n-p-n.

Модель
КТ315Г	50…350	100 мА	35 В
КТ3102Е	400…1000	100 мА	50 В
MJE13002	25…40	1,5 А	600 В
2SC4242	10	7 А	400 В

Модели выбраны случайно, просто это транзисторы, которые легко найти или откуда-то выпаять. Для ключа в рассматриваемой схеме, конечно, можно использовать любой n-p-n-транзистор, подходящий по параметрам и цене.

Доработка схемы

Если вход схемы подключен к push-pull выходу, то особой доработки не требуется. Рассмотрим случай, когда вход — это просто выключатель, который либо подтягивает базу к питанию, либо оставляет её «висеть в воздухе». Тогда для надёжного закрытия транзистора нужно добавить ещё один резистор, выравнивающий напряжение между базой и эмиттером.

Кроме того, нужно помнить, что если нагрузка индуктивная, то обязательно нужен защитный диод. Дело в том, что энергия, запасённая магнитным полем, не даёт мгновенно уменьшить ток до нуля при отключении ключа. А значит, на контактах нагрузки возникнет напряжение обратной полярности, которое легко может нарушить работу схемы или даже повредить её.

Совет касательно защитного диода универсальный и в равной степени относится и к другим видам ключей.

Если нагрузка резистивная, то диод не нужен.

В итоге усовершенствова

Все своими руками Транзисторный ключ переменного тока

Опубликовал admin | Дата 22 октября, 2014

Для коммутации нагрузок в цепях переменного тока в последнее время все чаще стали применяться схемы с использованием мощных полевых транзисторов. Этот класс приборов представлен двумя группами. К первой отнесены биполярные транзисторы с изолированным затвором – БТИЗ. Западная аббревиатура – IGBT.

Во вторую, самую многочисленную вошли традиционные полевые (канальные) транзисторы. К этой группе относятся и транзисторы КП707 (см. таблицу 1), на которых и собран коммутатор нагрузки для сети 220 вольт.

Первична сеть переменного тока очень опасная вещь во всех отношениях. Поэтому существует много схемных решений, позволяющих избежать управления нагрузками в сети напрямую. Ранее для этих целей использовались разделительные трансформаторы, в настоящее время им на смену пришли разнообразные оптроны.

Схема, ставшая уже типовой, показана на рисунке 1.

Данная схема позволяет гальванически развязать управляющие цепи и цепь первичной сети 220 вольт. В качестве развязывающего элемента применен оптрон TLP521. Можно применить и другие импортные или отечественные транзисторные оптроны. Схема простая и работает следующим образом. Кода напряжение на входных клеммах равно нулю, светодиод оптрона не светится, транзистор оптрона закрыт и не шунтирует затвор мощных коммутирующих транзисторов. Таким образом, на их затворах присутствует открывающее напряжение, равное напряжению стабилизации стабилитрона VD1. В этом случае транзисторы открыты и работают по очереди, в зависимости от полярности напряжения в данный момент времени. Допусти, на выходном выводе схемы 4 присутствует плюс, а на клемме 3 – минус. Тогда ток нагрузки потечет от клеммы 3 к клемме 5, через нагрузку к клемме 6, далее через внутренний защитный диод транзистора VT2, через открытый транзистор VT1 к клемме 4. При смене полярности питающего напряжения, ток нагрузки потечет уже через диод транзистора VT1 и открытый транзистор VT2. Элементы схемы R3, R3, C1 и VD1 не что иное, как безтрансформаторный источник питания. Номинал резистора R1 соответствует входному напряжению пять вольт и может быть изменен при необходимости.

Вся схема выполнена в виде функционально законченного блочка. Элементы схемы установлены на небольшой П-образной печатной плате, показанной на рисунке 2.

Сама плата одним винтом крепится к пластине из алюминия с размерами 56×43х6 мм, являющейся первичным теплоотводом. К ней же через теплопроводную пасту и слюдяные изолирующие прокладки с помощью винтов с втулками крепятся и мощные транзисторы VT1 и VT2. Угловые отверстия сверятся и в плате и в пластине и служат, при необходимости, для крепления блока к другому более мощному теплоотводу.

Скачать рисунок печатной платы.

Скачать “Транзисторный ключ переменного тока” Klych_707.rar – Загружено 1387 раз – 9 КБ

Обсудить эту статью на — форуме «Радиоэлектроника, вопросы и ответы».

Pnp транзистор в режиме ключа

Работа транзистора в режиме ключа является базовой во всей электронике, особенно в цифровой.

С чего все начиналось

Раньше, когда еще не было сверхмощных компьютеров и сверхскоростного интернета, сообщения передавали с помощью азбуки Морзе. В азбуке Морзе использовались три знака: точка, тире и… пауза. Чтобы передавать сообщения на далекие расстояния использовался так называемый телеграфный КЛЮЧ.

Нажали на черную большую пипочку – ток побежал, отжали – получился обрыв цепи и ток перестал течь. ВСЕ! То есть меняя скорость и продолжительность нажатия на пипочку, мы можем закодировать любое сообщение. Нажали на пипку – сигнал есть, отжали пипку – сигнала нет.

Транзисторный ключ

Ключ, собранный на транзисторе, называется транзисторным ключом. Транзисторный ключ выполняет только две операции: вКЛЮЧено и выКЛЮЧено, промежуточный режим между “включено” и “выключено” мы будем рассматривать в следующих главах. Электромагнитное реле выполняет ту же самую функцию, но его скорость переключения очень медленная с точки зрения современной электроники, да и коммутирующие контакты быстро изнашиваются.

Что из себя представляет транзисторный ключ? Давайте рассмотрим его поближе:

Знакомая схемка не так ли? Здесь все элементарно и просто 😉 Подаем на базу напряжение необходимого номинала и у нас начинает течь ток через цепь от плюсовой клеммы +Bat2—>лампочка—>коллектор—>эмиттер—>к минусовой клемме Bat2. Напряжение на Bat2 должно быть равно рабочему напряжению питания лампочки. Если все так, то лампочка испускает свет. Вместо лампочки может быть какая-либо другая нагрузка. Резистор “R” здесь требуется для того, чтобы ограничить значение управляющего тока на базе транзистора. Про него более подробно я писал еще в этой статье.

Условия для работы транзисторного ключа

Итак, давайте вспомним, какие требования должны быть, чтобы полностью “открыть” транзистор? Читаем статью принцип усиления биполярного транзистора и вспоминаем:

1) Для того, чтобы полностью открыть транзистор, напряжение база-эмиттер должно быть больше 0,6-0,7 Вольт.

2) Сила тока, текущая через базу должна быть такой, чтобы электрический ток мог течь через коллектор-эмиттер абсолютно беспрепятственно. В идеале, сопротивление через коллектор-эмиттер должно стать равным нулю, в реале же оно будет иметь доли Ома. Такой режим называется “режимом насыщения“.

Этот рисунок – воображение моего разума. Здесь я нарисовал тот самый режим насыщения.

Как мы видим, коллектор и эмиттер в режиме насыщения соединяются накоротко, поэтому лампочка горит на всю мощь.

Базовая схема транзисторного ключа

А что теперь надо сделать, чтобы лампочка вообще не горела? Отключить ее ручками? Зачем? Ведь у нас есть управляемый резистор: коллектор-эмиттер, сопротивление которого мы можем менять, прогоняя через базу определенную силу тока 😉 Итак, что нужно для того, чтобы лампочка вообще перестала гореть? Возможны два способа:

Первый способ. Полностью отключить питание от резистора базы, как на рисунке ниже

В реальности вывод базы является своего рода маленькой антенной, которая может принимать различные наводки и помехи из окружающего пространства. От этих наводок в базе может начать течь ток малого номинала. А как вы помните, для того, чтобы открыть транзистор много и не надо. И может даже случится так, что лампочка будет даже очень тихонько светится!

Как же выйти из этой ситуации? Да очень легко! Достаточно поставить резистор между базой и эмиттером, то есть сделать так, чтобы при отключении напряжения, на базе напряжение было равно нулю. А какой вывод транзистора у нас находится под нулем? Эмиттер! То есть научным языком, мы должны сделать так, чтобы потенциал на базе был равен потенциалу на эмиттере 😉

И что, теперь каждый раз при отключении заземлять базу? В идеале – да. Но есть более хитрое решение 😉 Достаточно поставить резистор между базой и эмиттером. Его номинал в основном берут примерно в 10 раз выше, чем номинал базового резистора.

Так как в схеме появился еще один резистор, то базовый резистор назовем R_Б , а резистор между базой и эмиттером не будем придумывать и назовем R_БЭ. Схема примет вот такой вид:

Как же ведет себя резистор R_БЭ в схеме? Если ключ S замкнут, то этот резистор не оказывает никакого влияния на работу схемы, так как через него протекает и без того малая сила тока, которая управляет базой. Ну а если ключ S разомкнут, то, как я уже сказал, потенциал на базе будет равняться потенциалу эмиттера, то есть нулю.

Второй способ. Добиться того, чтобы U_БЭ

Что в первом, что во втором случае транзистор у нас не пропускает ток через коллектор-эмиттер. В этом случае говорят, что транзистор находится в режиме “отсечки“.

Расчет транзисторного ключа

Как же рассчитать примерно значение резистора базы? Есть нехитрые формулы. Для того, чтобы их разобрать, рассмотрим вот такую схемку:

Для начала можно найти ток базы:

I_Б – это базовый ток, в Амперах

k_НАС– коэффициент насыщения. В основном берут в диапазоне от 2-5. Он уже зависит от того, насколько глубоко вы хотите вогнать ваш транзистор в насыщение. Чем больше коэффициент, тем больше режим насыщения.

I_K– коллекторный ток, в Амперах

Ну а дальше дело за малым

Это самый простой расчет без всяких заморочек.

Расчет транзисторного ключа на практике

Ну что же, давайте рассчитаем наш базовый резистор для этой схемы в режиме насыщения. На базу будем подавать распространенное питание в 5 В.

Возьмем транзистор средней мощности КТ819Б и лампочку-нагрузку для нашего транзисторного ключа. Лампочка на 6 В.

Транзистор КТ819Б структуры NPN

А вот и его цоколевка

Почти стандартная распиновка слева-направо: Эмиттер-Коллектор-База.

Лампочка при питании 6 В светит примерно вот так:

А вот такую силу тока потребляет наша подопечная, если ее соединить напрямую к блоку питания.

0,23 Ампера. Именно такую силу тока должна кушать наша лампочка в режиме насыщения, когда транзистор полностью открыт. То есть это у нас будет коллекторный ток I_k . Так как сопротивление нити накала лампочки меняется при подключении ее к источнику питания, то лучше всего сразу же измерить ее силу тока, как мы и сделали.

Теперь дело за малым. Надо замерить коэффициент бета. Для этого случая на моем рабочем столе есть прибор транзисторметр. Итак, у меня получилось значение 148

Итак, находим ток базы по формуле

Чем больше силы тока мы подаем на базу, тем больше мы вводим транзистор в режим глубокого насыщения. Здесь уже вы сами должны выбрать значение коэффициента насыщения. Как я уже писал выше, чем больше коэффициент, тем сильнее уходит транзистор в режим насыщения. Режим глубокого насыщения чреват тем, что он задерживает выключение транзистора, но хорош тогда, когда надо долго держать нагрузку включенной, так как в этом случае транзистор греется меньше всего. Если вы не забыли, мощность, рассеиваемая на транзисторе будет равна P=U_КЭ х I_Н

P – это мощность в Ваттах

U_КЭ – напряжение между коллектором и эмиттером, В

I_Н – сила тока, протекающая через нагрузку и коллектор-эмиттер, А

Из формулы: чем меньше U_КЭ , тем меньше будет греться транзистор

Поэтому, берем среднее значение коэффициента насыщения равное 3. Получаем:

Теперь считаем базовый резистор по формуле:

Берем ближайший из ряда, то есть 1 кОм.

Давайте посмотрим, будет ли работать наш транзисторный ключ? Итак, R_Б берем рассчитанное значение в 1 кОм.

Собираем схему и смотрим, как она работает

В данном случае синие провода – это питание с Bat2 (MEILI), а другие два провода – это питание с блока питания Bat1 (YaXun)

Как вы помните, лампочка у нас потребляла силу тока в 0,23 Ампер при прямом включении ее к блоку питания. Сейчас же она кажет почти то же самое значение с небольшой погрешностью. Но можно все равно сказать, что при открытом транзисторном ключе сопротивление коллектора-эмиттера очень мало. То есть все напряжение поступает на лампу.

Так как амперметр на YaXun стрелочный и не может измерять очень маленькие значение тока, то воспользуемся мультиметром и посмотрим, сколько же потребляет наш транзистор в режиме полного открытия. Для этого ставим мультиметр в разрыв цепи. Более подробно, как измерять силу тока и напряжение мультиметром, вы можете прочитать в этой статье.

Мы получили 4,5 мА. Очень близко к расчетному 4,7 мА. Не забываем подтянуть базу к земле резистором большим номиналом R_БЭ_, иначе база может поймать помеху и открыть невзначай транзистор, что приведет к ложному срабатыванию. В нашем случае мы берем резистор от 10 кОм и более.

Ну все, такой транзисторный ключ будет уже защищен от ложных срабатываний и его можно использовать в своих электронных безделушках.

Применение транзисторного ключа в связке с МК

Транзисторный ключ очень часто можно увидеть в схемах, где МК или другой логический элемент коммутирует мощную нагрузку. Как вы помните, максимальную силу тока, которую может выдать МК на одну ножку, равняется 20 миллиампер. Поэтому чаще всего можно увидеть вот такое схемотехническое решение на биполярном транзисторе в режиме ключа:

В резистор R_БЭ нет необходимости, потому как выходы МК “подтягивается” к нулю еще при программировании.

Заключение

В настоящее время биполярные транзисторы уже морально устаревают. На смену им приходят мощные полевые транзисторы и твердотельные реле, так как они практически не потребляют ток. Также часто в режиме ключа используют диоды, тиристоры, терморезисторы и даже электронные лампы. Электронные ключи широко применяются в различных автоматических устройствах, в логических схемах и системах управления. Чем же хорош ключ на биполярном транзисторе? Я думаю, скорее всего своей дешевизной, широким распространением и долговечностью самих биполярных транзисторов.

Для упрощения рассказа можно представить транзистор в виде переменного резистора. Вывод базы это есть как раз та самая ручка, которую можно покрутить. При этом изменяется сопротивление участка коллектор – эмиттер. Крутить базу, конечно, не надо, может оторваться. А вот подать на нее некоторое напряжение относительно эмиттера, конечно, можно.

Если напряжение не подавать вовсе, а просто взять и замкнуть выводы базы и эмиттера пусть даже и не накоротко, а через резистор в несколько КОм. Получается, что напряжение база – эмиттер (Uбэ) равно нулю. Следовательно, нет и тока базы. Транзистор закрыт, коллекторный ток пренебрежительно мал, как раз тот самый начальный ток. Примерно такой же, как у диода в обратном направлении! В этом случае говорят, что транзистор находится в состоянии ОТСЕЧКИ, что на обычном языке значит, закрыт или заперт.

Противоположное состояние называется НАСЫЩЕНИЕ. Это когда транзистор открыт полностью, так, что дальше открываться уже некуда. При такой степени открытия сопротивление участка коллектор эмиттер настолько мало, что включать транзистор без нагрузки в коллекторной цепи просто нельзя, сгорит моментально. При этом остаточное напряжение на коллекторе может составить всего 0,3…0,5В.

Чтобы довести транзистор до такого состояния, надо обеспечить достаточно большой ток базы, подав на нее относительно эмиттера большое напряжение Uбэ,- порядка 0,6…0,7В. Да, для перехода база-эмиттер такое напряжение без ограничительного резистора очень велико. Ведь входная характеристика транзистора, показанная на рисунке 1, очень похожа на прямую ветвь характеристики диода.

Рисунок 1. Входная характеристика транзистора

Эти два состояния – насыщение и отсечка, используются в том случае, когда транзистор работает в ключевом режиме наподобие обычного контакта реле. Основной смысл такого режима в том, что малый ток базы управляет большим током коллектора, который в несколько десятков раз больше тока базы. Большой ток коллектора получается за счет внешнего источника энергии, но все равно усиление по току, что называется, налицо. Простой пример: маленькая микросхема включает большую лампочку!

Чтобы определить величину такого усиления транзистора в ключевом режиме используется «коэффициент усиления по току в режиме большого сигнала». В справочниках от обозначается греческой буквой β «бетта». Практически для всех современных транзисторов при работе в ключевом режиме этот коэффициент никак не меньше 10…20 Определяется β как соотношение максимально возможного тока коллектора к минимально возможному току базы. Величина безразмерная, просто «во сколько раз».

Даже если ток базы будет больше, чем требуется, беды особой нет: транзистор все равно не сможет открыться больше. На то он и режим насыщения. Кроме обычных транзисторов для работы в ключевом режиме используются «дарлингтоновские» или составные транзисторы. Их «супер — бетта» может достигать 1000 и более раз.

Как рассчитать режим работы ключевого каскада

Чтобы не быть совсем голословным, попробуем рассчитать режим работы ключевого каскада, схема которого показана на рисунке 2.

Задача такого каскада очень простая: включить и выключить лампочку. Конечно, нагрузка может быть любой, — обмотка реле, электромотор, просто резистор, да мало ли что. Лампочка взята просто для наглядности эксперимента, для его упрощения. Наша задача чуть посложнее. Требуется рассчитать величину резистора Rб в цепи базы, чтобы лампочка горела в полный накал.

Такие лампочки применяются для подсветки приборной доски в отечественных авто, поэтому найти ее несложно. Транзистор КТ815 с током коллектора 1,5А для такого опыта вполне подойдет.

Самое интересное во всей этой истории, что напряжения в расчетах участия не принимают, лишь бы соблюдалось условие β ≥ Iк/Iб. Поэтому лампочка может быть на рабочее напряжение 200В, а базовая цепь управляться от микросхем с напряжением питания 5В. Если транзистор рассчитан на работу с таким напряжением на коллекторе, то лампочка будет мигать без проблем.

Но в нашем примере микросхем никаких не предвидится, базовая цепь управляется просто контактом, на который просто подается напряжение 5В. Лампочка на напряжение 12В, ток потребления 100мА. Предполагается, что наш транзистор имеет β ровно 10. Падение напряжения на переходе база – эмиттер Uбэ = 0,6В. См. входную характеристику на рисунке 1.

При таких данных ток в базе должен быть Iб = Iк / β = 100 / 10 = 10(мА).

Напряжение на базовом резисторе Rб составит (за вычетом напряжения на переходе база — эмиттер) 5В – Uбэ = 5В – 0,6В = 4,4В.

Вспоминаем закон Ома: R = U / I = 4,4В / 0,01А = 440Ом. Согласно системе СИ подставляем напряжение в вольтах, ток в амперах, результат получаем в Омах. Из стандартного ряда выбираем резистор сопротивлением 430Ом. На этом расчет можно считать законченным.

Но, кто внимательно посмотрит на схему, может спросить: «А почему ничего не было сказано о резисторе между базой и эмиттером Rбэ? Про него просто забыли, или он не так и нужен?»

Назначение этого резистора — надежно закрыть транзистор в тот момент, когда кнопка разомкнута. Дело в том, что если база будет «висеть в воздухе», воздействие всяческих помех на нее просто гарантировано, особенно, если провод до кнопки достаточно длинный. Чем не антенна? Почти, как у детекторного приемника.

Чтобы надежно закрыть транзистор, ввести его в режим отсечки необходимо, чтобы потенциалы эмиттера и базы были равны. Проще всего было бы в нашей «учебной схеме» использовать переключающий контакт. Надо включить лампочку перекинули контакт на +5В, а когда потребовалось выключить — просто замкнули вход всего каскада на «землю».

Но не всегда и не везде можно позволить такую роскошь, как лишний контакт. Поэтому проще выровнять потенциалы базы и эмиттера при помощи резистора Rбэ. Номинал этого резистора рассчитывать не надо. Обычно его принимают равным десяти Rб. Согласно практическим данным его величина должна быть 5…10КОм.

Рассмотренная схема является разновидностью схемы с общим эмиттером. Тут можно отметить две особенности. Во-первых, это использование в качестве управляющего напряжения 5В. Именно такое напряжение используется, когда ключевой каскад подключается к цифровым микросхемам или, что теперь более вероятно, к микроконтроллерам.

Во-вторых, сигнал на коллекторе инвертирован по отношению к сигналу на базе. Если на базе присутствует напряжение, контакт замкнут на +5В, то на коллекторе оно падает практически до нуля. Ну, не до нуля, конечно, а до напряжения указанного в справочнике. При этом лампочка визуально не инвертируется,- сигнал на базе есть, есть и свет.

Инвертирование входного сигнала происходит не только в ключевом режиме работы транзистора, но и в режиме усиления. Но об этом будет рассказано в следующей части статьи.

Рисунок 1. Входная характеристика транзистора

Как рассчитать режим работы ключевого каскада

При таких данных ток в базе должен быть Iб = Iк / β = 100 / 10 = 10(мА).

Простая схема телеграфного ключа | RUQRZ.COM

Принципиальная схема телеграфного ключа

Данный электронный телеграфный ключ изготовлен с использованием всего двух простых микросхем К155ЛА3 и К155ТМ2. Принципиальная схема очень проста.

На элементах DD1.4 и DD1.1 собран тактовый генератор, частоту которого можно регулировать переменным резистором R1. На элементе DD1.3 выполнен узел запуска генератора. Триггер DD2.1 формирует «точки», DD2.2 — «двойные точки».

Когда манипулятор из среднего положения переводят в положение «Точки», на вывод 9 элемента DD1.3 поступает логический «0». При этом на входы элемента DD1.4 приходит логическая «1», и тактовый генератор начинает формировать прямоугольный импульс.

На инверсном выходе триггера DD2.1 сразу появляется низкий логический уровень, который через диод VD1 подается на узел запуска генератора. Это позволяет формировать «точки» одинаковой длительности независимо от того, когда манипулятор был возвращен в исходное состояние. Импульсы с прямого выхода триггера DD2.1 через диод VD5 поступают на работающий в ключевом режиме транзистор VT1. В его коллекторную цепь включено реле К1, которое коммутирует соответствующие цепи передатчика.

При переводе манипулятора в положение «Тире» на вывод 9 элемента DD1.3 и вывод 5 элемента DD1 2 подается низкий логический уровень. При этом начинает работать тактовый генератор. С инверсного выхода триггера DD2.1. а также с DD2.2 через диоды VD1, VD3, VU4 на элементы DD1.3 и DD1.2 поступает логический «0», обеспечивающий работу тактового генератора на время формирования «тире» нормальной длительности. «Тире» получается путем суммирования на резисторе R3 «точек» и «двойных точек», поступающих с прямых выходов триггеров DD2.1 и DD2.2 через диоды VD5 и VD6.

Детали электронного ключа размещают на печатной плате размерами 65х45 мм.

В ключе можно использовать микросхемы серий К133, К158, К130. Диоды VD1-VD6 — любые импульсные, транзистор VT1 — любой маломощный структуры n-p-n. Реле К1 — РЭС-15 (паспорт РС4.591.002). Вместо него можно применить РЭС-43 (паспорт РС4.569.201) или другие, у которых напряжение срабатывания не превышает 5 В.

Другие схемы и решения телеграфных ключей вы можете скачать здесь [610Кб, RAR архив]

Что еще почитать по теме:

Диаграмма активности

в UML: символ, компоненты и пример

Home
Testing
- - Back
  - Agile Testing
  - BugZilla
  - Cucumber
  - Database Testing
  - Database Testing
  - Назад
  - JUnit
  - LoadRunner
  - Ручное тестирование
  - Мобильное тестирование
  - Mantis
  - Почтальон
  - QTP
  - Назад
  - Центр качества SAP
  - SoapUI
  - Управление тестированием
  - TestLink
SAP
- - Назад
  - APO
  - Начинающий
  - Basis
  - BODS
  - BI
  - BPC
  - CO
  - Назад
  - CRM
  - Crystal Reports
  - Crystal Reports
  - FICO3
  - Заработная плата
  - Назад
  - PI / PO
  - PP
  - SD
  - SAPUI5
  - Безопасность
  - Менеджер решений
  - Successfactors
  - SAP Back Tutorials
  - 9007
    - - Apache
      - AngularJS
      - ASP. Net
      - C
      - C #
      - C ++
      - CodeIgniter
      - СУБД
      - JavaScript
      - Назад
      - Java
      - JSP
      - Kotlin
      - Linux
      - Linux js
      - Perl
      - Назад
      - PHP
      - PL / SQL
      - PostgreSQL
      - Python
      - ReactJS
      - Ruby & Rails
      - Scala
      - SQL
      - SQL
      - UML
      - VB.Net
      - VBScript
      - Веб-службы
      - WPF
  - Обязательно учите!
    - - Назад
      - Бухгалтерский учет
      - Алгоритмы
      - Android
      - Блокчейн
      - Бизнес-аналитик
      - Создание веб-сайта
      - Облачные вычисления
      - COBOL
      - Компилятор
      - Дизайн
      Схема клавиатуры и определения клавиш.
      (не забудьте нажать на изображение)
      Alt (альтернативный ключ)
      определенная клавиша на клавиатуре компьютера, которая при нажатии вместе с другими клавишами производит более широкий диапазон символов
      Ctrl (клавиша управления)
      компьютерный ключ, изменяющий значение другого ключа
      Клавиша Shift
      клавиша-модификатор на клавиатуре, используемая для ввода заглавных букв и других альтернативных «верхних» символов.Обычно есть две клавиши Shift, слева и справа от строки под исходной строкой.
      клавиша табуляции
      — клавиша, которая при нажатии перемещает точку вставки к следующему предустановленному маркеру.
      Esc (клавиша выхода)
      клавиша, обычно в верхнем левом углу клавиатуры, помеченная функциями, специфичными для программы, такими как выход из меню
      функциональная клавиша
      любая из нескольких клавиш «F» на клавиатуре, которая выполняет программируемый ввод
      клавиш со стрелками
      набор из четырех кнопок ввода на клавиатуре или клавиатуре, часто используемых для навигации в интерфейсах или приложениях.
      Pgdn (страница вниз)
      клавиша, перемещающая курсор на заданное расстояние к нижней части документа
      Pgup (клавиша страницы вверх)
      клавиша, перемещающая курсор на заданное расстояние к верхней части документа
      Del (клавиша удаления)
      клавиша, которая перемещает курсор на одну позицию вправо, удаляя любой символ, который может быть там
      Pr Scr (клавиша печати экрана)
      ключ, который обычно захватывает текущий экран в буфер обмена для вставки в программу обработки изображений
      Клавиша Caps Lock
      клавиша, при нажатии которой происходит переключение символов в верхнем или нижнем регистре
      # (хэш-ключ)
      этот ключ часто используется для закомментирования кода или обозначения числа; в США это называется знаком фунта или цифровой клавишей
      .
      ~ (тильда)
      этот ключ служит для множества целей, в первую очередь в системах Unix для обозначения домашней папки
      звездочка
      звездочка (*), которая часто означает «умножить» в математическом уравнении или «сопоставить все» в подстановочном знаке RegEx.
      и (амперсанд)
      ключ, который используется во многих языках для обозначения «и»
      подчеркивание
      Символ «_» иногда используется для соединения слов без пробела
      плюс
      оператор «+», обычно обозначающий операцию сложения
      чемодан
      в типографике, это различие между заглавными (majuscule) и нижними (minuscule) буквами
      квадратные скобки
      знаки препинания «[» и «]», используемые парами для выделения или вставки текста в другой текст
      кронштейны
      знаки препинания ‘{‘ и ‘}’, используемые парами для выделения или вставки текста в другой текст
      скобок
      знаки препинания «(» и «)», используемые парами для группировки значений или наборов значений.
      @ (у знака)
      этот ключ часто используется в адресах электронной почты для разделения имен пользователей и доменных имен
      % (знак процента)
      символ, показывающий проценты
      <(меньше знака)
      символ, означающий, что значение слева меньше значения справа
      > (знак больше)
      символ, означающий, что значение справа меньше значения слева
      / (косая черта)
      ключ, используемый для разделения папок и файлов, часто используется в файловых системах Unix
      \ (обратная косая черта)
      — ключ, используемый для разделения файлов и папок, обычно в файловой системе Windows.
      Me gusta esto:
      Me gusta Cargando …
      Relacionado
      Что такое диаграмма UML?
      Просто прочтите это исчерпывающее руководство по UML-диаграмме , включающее все ключевые аспекты (основные концепции, использование, преимущества, типы, способы создания и т. Д.), И загрузите БЕСПЛАТНО шаблоны диаграмм UML.
      Что такое диаграмма UML?
      На диаграмме UML показано унифицированное визуальное представление системы UML (Unified Modeling Language), позволяющей разработчикам или владельцам бизнеса понимать, анализировать и выполнять структуру и поведение своей системы.
      К настоящему времени UML-диаграмма стала одним из наиболее распространенных инструментов моделирования бизнес-процессов, что также имеет большое значение для разработки объектно-ориентированного программного обеспечения.
      Зачем использовать диаграммы UML?
      Диаграммы UML имеют много преимуществ как для разработчиков программного обеспечения, так и для бизнесменов, и наиболее важные из них:
      - Решение проблем — Предприятия могут улучшить качество своей продукции и снизить затраты, особенно для сложных систем в больших масштабах. Некоторые другие реальные проблемы, включая физическое распределение или безопасность, могут быть решены;
      - Повышение производительности — Используя диаграмму UML, все в команде находятся на одной странице, и много времени экономится в дальнейшем;
      - Легко понять — Поскольку разные роли заинтересованы в разных аспектах системы, диаграмма UML предлагает непрофессиональным разработчикам, например заинтересованным сторонам, дизайнерам или бизнес-исследователям, четкое и выразительное представление требований, функций и процессов их система.
      Приложения диаграммы UML
      Диаграмма может использоваться во многих различных областях, включая разработку программного обеспечения или бизнес-процессы для повышения эффективности.
      - Черновик системы — В этом случае диаграмма UML используется командой разработчиков для обсуждения общих черт и структурирования системы в целом. Это может включать в себя предварительный дизайн и обратный дизайн для различных действий, ролей, действующих лиц и так далее;
      - Visualize Programming Language — Различные типы диаграмм UML в определенной системе могут быть преобразованы в код напрямую, чтобы сэкономить время на разработку программного обеспечения или связанных приложений;
      - Business Analysis — На самом деле, диаграмма UML также может использоваться для анализа пути коммерческих продаж с целью улучшения обслуживания клиентов;
      Какие типы диаграмм UML?
      Двумя наиболее основными категориями UML-диаграмм являются диаграмма UML структуры и диаграмма UML поведения . Кроме того, 13 подтипов диаграмм UML разделены на эти две группы, и каждая из них имеет свое назначение. Теперь давайте рассмотрим их все более подробно, как показано ниже. Вы также можете щелкнуть по ним, чтобы увидеть больше и бесплатно скачать эти примеры.
      Структурные диаграммы
      На этих диаграммах показаны различные объекты и статическая структура системы. Элементы структурной схемы могут включать в себя абстрактные и некоторые другие связанные концепции реализации.В этой категории есть шесть подтипов:
      - Схема классов
      - Схема составной структуры
      - Схема объекта
      - Схема компонентов
      - Схема развертывания
      - Схема комплектации
      Схема классов
      Это наиболее широко используемая подкатегория диаграмм UML.Диаграмма классов является строительным блоком всех объектно-ориентированных программных систем. Пользователи могут изобразить статическую структуру и определить взаимосвязь классов системы, проверив классы и атрибуты системы. Каждый класс имеет три основных элемента: имя класса вверху, атрибуты класса в середине и поведение класса внизу. На самом деле, вы можете создавать классы, такие как «Учетная запись продаж» или «Онлайн-пользователь» в бизнес-системах, или «Учитель» и «Студент» в академических системах.
      Схема составной структуры
      Диаграммы составной структуры используются для отображения внутренней структуры, поведения классификаторов и отношений между классами в системе.Тип составной структуры похож на диаграммы классов, но первые представляют более подробные отдельные части, а не структуру всей системы.
      Схема объектов
      Диаграммы объектов можно рассматривать как снимки экрана экземпляров и их внутренних отношений в конкретной системе. Используя такие диаграммы, разработчики могут анализировать операции системы в определенный момент и проверять их абстрактную структуру. Кроме того, отношения между классом и объектом при разработке программного обеспечения можно описать как отношения, например, между классом «Еда» и брендом «KFC» или общим классом «Пользователь» и конкретным именем пользователя с именем «Дэвид». или что еще.
      Схема компонентов
      Диаграммы компонентов используются, чтобы показать, как организованы физические компоненты в системе. Обычно разработчики используют схему компонентов для проверки деталей реализации, разбиения системы на более мелкие части, отображения структурных отношений между элементами системы, особенно в случае крупномасштабных сложных проектов с более продвинутыми технологиями.
      Схема развертывания
      Диаграммы развертывания обычно используются, чтобы показать пользователям визуальную взаимосвязь между программным обеспечением и оборудованием. Пример схемы развертывания в области разработки программного обеспечения состоит из двух основных частей: узлов (в основном различных типов серверов) и артефактов (обычно схемы клиента или базы данных). На узлах размещаются артефакты, а на узлах действуют различные типы артефактов.
      Схема комплектации
      В общем, диаграммы пакетов используются для отображения того, как пакеты и их элементы организованы в значимые группы в системе.Более конкретно, диаграммы пакетов можно рассматривать как структуру, которая включает множество диаграмм развертывания с узлами и артефактами. Пока что диаграммы пакетов используются для организации диаграмм классов и вариантов использования.
      Диаграммы поведения
      Эти диаграммы отображают динамическое поведение или, другими словами, то, что должно происходить в системе. Например, способ взаимодействия объектов друг с другом или набор изменений в системе за определенный период.В этой категории есть семь подтипов:
      - Диаграмма конечного автомата
      - Схема деятельности
      - Диаграмма вариантов использования
      - Схема последовательности операций
      - Схема связи
      - Временная диаграмма
      - Диаграмма обзора взаимодействия
      Диаграммы конечных автоматов (Конечные автоматы или диаграммы состояний)
      Такие диаграммы UML используются для представления состояния системы, динамического действия (различных состояний) класса в ответ на определенное время на основе внутренних или внешних факторов. Реальным примером диаграммы конечного автомата может быть игра в покерные карты. Конечный результат (разные состояния) игры может отличаться в зависимости от конкретных стратегий игроков.
      Диаграммы деятельности
      Диаграммы действий используются для иллюстрации взаимосвязанного потока различных действий и действий (как в последовательной, так и в параллельной форме) в системе, а также для отображения этапов выполнения варианта использования.Этот тип UML-диаграммы широко используется как в процессе бизнес-моделирования, так и при разработке программного обеспечения.
      Диаграммы вариантов использования
      Диаграмму вариантов использования можно рассматривать как хорошую отправную точку для обсуждения ключевых участников и процессов проекта, не вдаваясь в слишком много деталей реализации. Эти диаграммы UML также являются наиболее популярным типом категории поведенческих диаграмм UML и используются для анализа функциональности (вариантов использования) и взаимодействия с различными типами агентов (субъектов) системы. В коммерческих случаях предприятия могут использовать такие диаграммы, чтобы проверить систему заказов клиентов, отслеживая запасы, качество продукции и т. Д. Для повседневных случаев диаграммы вариантов использования аналогичны списку продуктов Hot Sale в вашем местном супермаркете. Принимая решение о покупке, вы знаете название товара и его цены согласно списку.
      Схема последовательности действий
      Диаграмма последовательности обычно показывает взаимодействие между объектами в последовательном порядке.Пользователи должны документировать и понимать требования в новой системе. При разработке программного обеспечения этот тип диаграммы используется для представления архитектуры системы.
      Схема связи (Схема взаимодействия)
      Диаграмма связи используется для отображения последовательной связи между объектами с упором на первичные объекты и их отношения. В схемах связи обычно используются числовые схемы и указывающие стрелки для отображения потока сообщений. Более того, по сравнению с диаграммами последовательностей, диаграммы связи намного проще создавать, но они содержат меньше деталей при составлении документации для систем.
      Схема синхронизации
      Временная диаграмма — это особая форма диаграммы последовательности, которая используется для отображения поведения объектов в течение определенного временного ограничения. Это похоже на форму, например, истории разработки iPhone или растущей тенденции международного предприятия.
      Схема обзора взаимодействия
      Диаграмма обзора взаимодействия отображает последовательность действий и помогает пользователям упростить сложные взаимодействия (прямоугольные рамки) в более простые формы в системе. Его можно рассматривать как смесь специализированных диаграмм действий и последовательностей, но диаграммы обзора взаимодействия содержат больше элементов, чем диаграммы действий, таких как взаимодействие, временные ограничения и многое другое.
      Больше бесплатных шаблонов диаграмм UML
      Вот еще несколько шаблонов диаграмм UML, чтобы вы могли легко понять все эти подкатегории UML.Все это можно редактировать с помощью бесплатного загружаемого программного обеспечения для диаграмм UML. Не стесняйтесь нажимать на любой из них, чтобы увидеть подробности.
      Символы диаграмм UML
      В каждой из категорий UML есть много символов диаграмм UML. Среди всех этих символов наиболее популярными являются символы диаграмм классов (определяющие атрибуты и операции классов), символы диаграммы действий (используемые для отображения состояний и действий) и символы диаграммы вариантов использования (показанные с разными типами стрелок). .
      Как легко создать диаграмму UML?
      Выбор простого в использовании средства создания диаграмм UML важно для всех, кто хочет создать профессиональную диаграмму UML. К счастью, Edraw Max — один из самых универсальных создателей дайграмм UML.
      EdrawMax: швейцарский нож для всех ваших потребностей в создании диаграмм
      - С легкостью создавайте более 280 типов диаграмм.
      - Предоставьте различные шаблоны и символы в соответствии с вашими потребностями.
      - Интерфейс перетаскивания и прост в использовании.
      - Настройте каждую деталь с помощью интеллектуальных и динамичных наборов инструментов.
      - Совместимость с различными форматами файлов, такими как MS Office, Visio, PDF и т. Д.
      - Не стесняйтесь экспортировать, печатать и делиться своими схемами.
      Просто выполните следующие действия, чтобы быстро создать профессионально выглядящую диаграмму UML.
      1. Откройте предустановленный шаблон схемы UML или пустую страницу документа для работы. Дважды щелкните один из значков в категории «Схема модели UML», чтобы начать создание.
      2. Перетащите стандартные фигуры UML из встроенных библиотек. Отрегулируйте размер формы, чтобы она соответствовала чертежной доске.
      3. Выровняйте или сгруппируйте фигуры UML в соответствующих местах.
      4. Соедините фигуры UML, добавив дополнительные точки соединения на фигурах или используя предустановленные линии связи.
      5. Дважды щелкните, чтобы изменить текст формы по умолчанию.
      6. Далее отформатируйте свою UML-диаграмму, изменив цвет фигур / линий, попробовав другую тему диаграммы, добавив фон и т. Д.
      7. Печать, сохранение во встроенном персональном / командном облаке или экспорт в различные форматы, включая Visio, MS Office, PDF и другие.
      Создайте свои собственные диаграммы UML прямо сейчас!
      Просто используйте Edraw Max для эффективного построения диаграмм UML. Наслаждайтесь отшлифованной доской для рисования Edraw, обширной встроенной библиотекой форм UML, возможностями быстрого экспорта для широкого спектра форматов, включая Visio, предустановленную группу и личную облачную учетную запись для общения, а также удобный редактор перетаскивания.