 |
Транзисторные ключи. Особенности ключевого режима работы биполярного транзистора. Анализ статического состояния ключа
|
|
|
|
Транзисторные ключи
Рис. 18
Ключ должен обеспечить: 1)минимальное остаточное напряжение в замкнутом состоянии, что возможно при стремлении к нулю его сопротивления в этом состоянии. 2)максимальное сопротивление в разомкнутом состоянии, что позволяет снизить токи утечки и обеспечить выходное напряжение близкое к напряжению питания.
Схема замещения и ВАХ
Рис. 19
Ключи характеризуются следующими параметрами:
1) Входными и выходными напряжениями и токами;
2) Пороговым напряжением и шириной внутри пороговой области;
3) Быстродействие, характеризующее длительность переключения из одного состояния в другое;
4) Чувствительность, т. е. минимальное значение входного напряжения, при котором происходит надежное включение;
5) Помехоустойчивость, характеризующая чувствительность ключа к воздействиям помех импульсного характера, проникающим по входным цепям и цепям питания;
6) Температурный диапазон работы;
7) Надежностью;
Особенности ключевого режима работы биполярного транзистора
В общем случае возможно построение ключей с использованием всех трех смех его включения, но наибольшее распространение получила схема с ОЭ.
1) Ключи с ОЭ работают при незначительных мощностях сигнала управления
2) Имеют высокий коэффициент усиления по напряжению, что обеспечивает наилучшее формирование свойств ключа
Схема ключа инвертора
Рис. 20
Эффект Эрли — уменьшение базовой области за счет увеличения коллекторной области.
Нагрузочная прямая определяет коэффициент усиления
Анализ статического состояния ключа
|
|
|
При обратном смещении напряжение Uкэ> =0 и Uкб< 0 (p-n-p), Uкэ< =0 и Uкб> 0 (n-p-n).
На основе ключей создаются триггеры, компараторы, блоки генератора.
Рис. 21
Это быстродействующий ключ. Имеет два состояния разомкнутый (режим отсечки) и замкнутый (режим насыщения или близкое к нему).
В режиме глубокой отсечки приложено напряжение к переходам превышающее (3.. 5)m 
T.
Характеристики отсечки снимаются при разомкнутой цепи эмиттера, тогда ток коллектора равен Iэ=0 Iк=Iкб0=-Iб.
Ввиду того что обычно h21эi< < h21эn Iэ-> 0.
В закрытом состоянии точка А Uкэа=Ек-Iкб0*Rк≈ Ек; Rт(транзистора)=Uкэа/Iкб0=Ек/Iкб0
Для быстродействия ключа используют небольшое сопротивление Rк. Поэтому сопротивление выходное цифрового ключа рассматривается сопротивлением коллектора Rк Rвых= Rк|| Rт|| Rн.
С уменьшением до нуля напряжения приложенного к базе (Uбэ=0) транзистор продолжает оставаться запертым, при этом ток базы остается практически неизменным. Ток эмиттера на границе отсечки существенно изменяется.
Глубина отсечки, а также токи коллектора и эмиттера зависят от значения сопротивления включенной в цепь базы.
Рис. 22 График токов транзистора в области отсечки и начале активной области. (Rб’’> Rб’)
В этой точке пересечение прямых с током базы определяет режим работы транзистора. Поэтому сопротивление базы рекомендуется выбирать |Iкб0Rб=Uкб|< Uвх
В режиме насыщения переходы смещены в прямом направлении, при этом напряжение кэ мало и при малом токе коллектора составляет десятки милливольт.
Сопротивление насыщения определяется по закону Ома Rн=Rт=Uнас. кэ/Iнас. к
Максимальный ток коллектора должен быть меньше Iмах. к≈ Eп/Rт
Коэффициент насыщения показывает - во сколько раз ток протекающий в цепи базы больше базового тока, при котором транзистор входит в насыщение.
Параметры входной цепи:
-Входной ток закрытого транзистора Iкб0
|
|
|
-Напряжение управления необходимое для надежного запирания транзистора
-Максимальный перепад управляющего сигнала, необходимый для надежного отпирания транзистора
-Входное сопротивление транзистора в активном состоянии (или напряжение для обеспечения надежного открытого состояния)
Выходные параметры:
-Выходное сопротивление ключа (Rк при замкнутом, Rнас при открытом)
-Максимальный ток открытого ключа Iнас
-Минимальное (остаточное) напряжение на коллекторе транзистора в открытом состоянии
-Максимальное напряжение на коллекторе закрытого транзистора. Uкэ=Еп-Iкб0Rк
-Коэффициент использования напряжения питания. Ku=(Uкэ. закр-Uкэ. нас)
Режимы работы усилителей:
-режим «А» — характеризуется тем, что точка покоя выбирается в средней используемой для работы части нагрузочной прямой
Рис. 23
КПД такого режима невелико (< 0. 5)
-режим «В» - работает с отсечкой тока (пол периода пропускает ток, пол периода закрыт) Этот режим принято характеризовать углом отсечки (рис. 24), который равен половине длительности импульса в угловом исчислении. Потребление энергии в «В» меньше чем в «А», поэтому КПД выше. В идеальном случае угол отсечки равен пи/2.
Рис. 24
-режим «АВ» - угол осечки больше и КПД больше
-режим «С» - угол меньше пи/2. При малом угле отсечки КПД каскада велико. Однако с уменьшением отсечки возрастают уровни высших гармоник по отношению к первой гармоники. Поэтому этот режим не пригоден для электронный усилителей звуковых диапазонов частот.
-режим «Д» - режим работы эл. ключа. В закрытом и открытом состоянии потери в режиме «Д» ничтожны и КПД почти 100%. Двухтактный усилитель.
|
|
|
