Схемотехніка транзисторних ключів

Схемотехніка транзисторних ключів (ТК)

Ключовий режим роботи НЕ характеризується тільки двома його станами: " включено " і " виключено ".

Електричні схеми ,в яких використовується ключовий режим НЕ, називаються ключами . В ключах, в якості НЕ можуть використовуватися діоди, біполярні та польові транзистори, лампи з різними схемами включення їх електродів.

Розглянемо схему і фізпроцеси в ключі на біполярному транзисторі , який включений зі спільним емітером (мал. 1.)

В даній схемі опір Rk нагружає коло колектора, джерело Е0 забезпечує закритий (виключений) стан транзистора VT при відсутності вхідного сигналу U1, опір Rб, обмежує величину вхідного струму Іб при заданому значенні напруги U1.

На відміну від схем лінійних підсилювачів, де транзистор весь час знаходиться в активній області, в ключах він знаходиться або в стані відсічки, або в стані насичення. При зміні стану ключа, його транзистор на деякий час переходить в активну область. Ключі з такими режимами роботи називаються насиченими ключами і характеризуються високою стабільністю рівнів вихідної напруги U2 як у виключеному так і у включеному стані.

Існують також ключі, в яких транзистор у відкритому стані знаходиться в активній області поблизу границі насичення, так звані ненасичені ключі. В них необхідно приймати міри по стабілізації вихідної напруги у включеному стані.

Розглянемо фізпроцеси в ключі (мал. 1.), вважаючи його насиченим.

У вихідному стані транзистор ключа закритий позитивною напругою Е0, його теплові струми Іб0 і Ік0 малі і ними можна знехтувати, напруга на колекторі U2≈-Ek.

Включення ключа.

При подачі на вхід ключа імпульса від'ємної полярності (мал.6.1.а.) в момент часу t1 струм бази практично миттєво досягне значення (опором відкритого перехода Б-Е можна знехтувати т.к. rбе<< Rб). Під дією цього струма транзистор ключа переходить з режима відсічки в активну область,починається заряд бар'єрної ємності колекторного перехода і накопичення в базі заряда неосновних носіїв. Процес накопичення заряда в базі супроводжується пропорційним йому збільшенням струма колектора і зменшенням від'ємної напруги на колекторі (мал1.г.д.)

В момент часу t2 заряд в базі досягає граничного значення,напруга на колекторі приблизно дорівнює 0,а струм колектора стає рівним струму насичення

Колекторний перехід в прямому напрямі (тобто зникає).Починаючи з цього момента величина струма колектора і напруга на колекторі перестають змінюватись і ключ переходить в стан "включений".Починаючи з t2 в базі продовжує збільшуватись вище рівня граничного заряду

E2

Iб2

(мал.1.в.),наближаючись до свого стаціонарного значення Qст.

Qст=Іб1 * rн , де

rн-час життя неосновних носіїв заряда в базі в режимі насичення, а

r – в активній області

Т.о. включення ключа,тобто перехід його транзистора зі стану відсічки в стан насичення відбувається не миттєво,а з деякою затримкою в часі tвкл=tф (6.1.в.),яка рівна часу накопичення в базі граничного заряду.

Виключення ключа. Процес виключення ключа починається в момент t3 закінчення від'ємного імпульса,підведеного до його входу (мал.6.1.а.).Під дією напруги Е2 в колі бази виникає струм зворотнього напрямку:

Під дією цього струма і в наслідок рекомбінації носіїв починається розсасування заряда в базі і транзистор послідовно переходить з області насичення в активну область,а з неї в область відсічки.

Ключ залишається у включеному стані після закінчення імпульса на його вході ще деякий час,необхідний для розсмоктування надлишкового заряда в його базі до рівня Qгр. При цьому напруга на його колекторі залишається рівна нулю,а струм колектора рівним струму насичення Ікн. В момент t4 заряд в базі граничного значення,транзистор переходить в активну область,в якій струми іб і ік починають зменшуватись,а разом з цим починає збільшуватись від'ємна напруга на колекторі. Процес розсмоктування заряда закінчується переходом транзистора в область відсічки.

Таким чином маємо,що перехід ключа і стан "виключено" в стані "включено"відбувається не миттєво,а за час t=tф ,необхідний для накопичення в базі заряда,рівного граничному,а зворотній перехід в стані "виключено" - за час t=tp+tc (сумарний час спада і розсмоктування),необхідний для розсмоктування заряда в базі. В практичних схемах,які використовують ключі,необхідно приймати спеціальні схемотехнічні міри для зменшення часу перехідних процесів,тобто для підвищення швидкодії ключів.

Для скорочення перехідних процесів в ключі необхідно підвищити швидкість накопичення і розсмоктування заряда в базі і одночасно знизити рівень граничного заряду,не допускаючи при цьому накопичення в базі надлишкового заряду. Вирішення цієї задачі досягається збільшенням прямого(при включенні)і зворотнього (при виключенні) струмів бази зменшенням струма колектора в режимі насичення ,а також введення в схему ключа зворотнього звязку, запобігає перехід транзистора при включенні в стані насичення.

Аналіз показує,що змінення того чи іншого параметра ключа на БТ не може привести до одночасно

Внимание, отключите Adblock

Вы посетили наш сайт со включенным блокировщиком рекламы!
Ссылка для скачивания станет доступной сразу после отключения Adblock!

Скачать