69019

Робота транзистора в ключовому режимі

Лекция

Коммуникация, связь, радиоэлектроника и цифровые приборы

В апаратурі телекомунікацій часто виникає необхідність використання каскадів, котрі пропускають сигнал або його не пропускають. Такі каскади називають ключовими. Вони будуються на БТ, які працюють у ключовому режимі (режимі перемикання).

Украинкский

2014-09-28

131.5 KB

18 чел.

Лекція 10. Робота транзистора в ключовому режимі

10.1. Загальні відомості про імпульсний режим роботи БТ

В апаратурі телекомунікацій часто виникає необхідність використання каскадів, котрі пропускають сигнал або його не пропускають. 

Такі каскади називають ключовими. Вони будуються на БТ, які працюють у ключовому режимі (режимі перемикання).

Ключовий режим БТ передбачає два стани: відкритий – закритий, аналогічно механічним контактам увімкнуто – вимкнуто. У цьому режимі БТ працюють у цифрових та імпульсних пристроях: тригерах, мультивібраторах, регістрах, лічильниках, у цифрових ІМС.

Ключові БТ повинні мати:

  •  малий опір у стані „увімкнуто”;
  •  великий опір у стані „вимкнуто”;
  •  мале споживання енергії в обох станах;
  •  високу швидкодію.

Каскад, у якому БТ працює в ключовому режимі, називають транзисторним ключем. У ньому БТ підключається зі спільним емітером (СЕ), спільною базою (СБ), спільним колектором (СК).

У ключовому каскаді БТ може знаходитись у режимі відсічки (РВ), в режимі насичення (РН) і короткочасно – в активному режимі (АР).

10.2. Стаціонарні режими роботи транзисторного ключа

Транзисторний ключ виконує операцію замикання та розмикання електричного ланцюга. При цьому транзистор переводиться з закритого стану у відкритий (або навпаки) вхідною напругою, що подається на емітерний перехід.

У закритому стані транзистор має великий опір. Цей режим називають режимом відсічки.

У відкритому стані транзистор має малий опір. Цей режим називають режимом насичення.

Таким чином, для того, щоб перемикати електричний ланцюг, транзистор потрібно переводити з режиму відсічки в режим насичення і навпаки.

Найпростіша схема ключа на транзисторі зі СЕ наведена на рис. 10.1.

Рис. 10.1. Схема транзисторного ключа

Вхідним (керуючим) ланцюгом є ланцюг бази, в якому діє джерело керуючої напруги. Вихідним ланцюгом є ланцюг колектора з джерелом живлення ЕК і опором навантаження Rн.

У цій схемі транзистор перемикається за допомогою вхідних прямокутних імпульсів. Таке керування застосовується рідко.

Найчастіше використовується схема з напругою зміщення, яка забезпечує початковий стан „відкрито” або „закрито” (рис. 10.2).

Рис. 10.2. Схеми ключів зі зміщенням:

а – початковий стан „закрито”; б – початковий стан „відкрито”

На рис. 10.2 прийняті такі позначення:

     ЕКЕ – джерело колекторного живлення;

     Езм – джерело зміщення;

     Uвх – вхідна напруга;

     Rн – опір навантаження.

Резистори R1 і R2 запобігають взаємному шунтуванню джерел Uвх і Езм. Їх опори вибирають значно більшими, ніж прямий опір ЕП (у стані „відкрито”) і внутрішні опори джерел Uвх і Езм.

10.2.1. Режим відсічки (РВ)

РВ виникає, коли до бази прикладається зворотна напруга зміщення Езм, більша за напругу відсічки  UБЕо

.

Верхня межа РВ відповідає положенню точки А вхідної характеристики (рис. 10.3).

У РВ обидва переходи (ЕП і КП) закриті і через них будуть проходити малі струми

та .

Напруга на колекторі буде близькою до напруги джерела живлення   

UКЕ  ЕК, 

.

Рис. 10.3. ВАХ біполярного транзистора в режимі перемикання:

а – вхідна та передаточна; б - вихідні

10.2.2. Режим відкритого БТ

На вхід БТ (на базу) подається напруга UБЕ, зворотна за знаком і більша за абсолютною величиною від напруги зміщення Езм

.

При цьому різниця потенціалів на базі

буде прямою, і БТ відкриється. Струми ІБ та ІК збільшаться. Значення цієї різниці визначить область, в якій буде знаходитись робоча точка, а отже, режим транзистора: активний (АР) або режим насичення (РН). Між ними існує точка, котра визначає межовий режим (МР).

АР існує короткочасно при переході БТ із стану відсічки в стан насичення і назад. У цей час робоча точка переміщується за лінією навантаження В        С.

Нижня межа АР визначається пороговою напругою на базі

,

при якій ІБ = 0, а

і  (точка В).

Верхня межа АР визначається напругою UБЕ меж, котра відповідає межі переходу від АР до РН. Напруга UБЕ меж визначається вигином графіку                ІК = ( UБЕ) і відповідає межовому значенню колекторного струму ІК меж. У цьому режимі робоча точка буде знаходитись у положення С. Струм бази буде дорівнювати межовому струму

,

.

З моменту появи на базі напруги UБЕ меж транзистор переходить у режим насичення. При цьому в ланцюгу колектора протікає найбільший струм (струм насичення), котрий можна приблизно визначити за формулою

,

оскільки у цьому режимі напруга на колекторі UКЕ нас буде близькою до 0.

Струм бази буде  

,

де В – коефіцієнт передачі постійного струму в режимі великого сигналу

.

Зі зростанням струму ІБ нас значення ІК нас та UКЕ нас майже не змінюються, однак зростає ступінь насичення бази неосновними носіями заряду.

У режимі насичення на колекторному переході зявляється пряма напруга. Вона виникає в результаті того, що негативна (пряма) напруга на переході база – емітер UБЕ = Uвх Езм стає більшою, ніж негативна (зворотна) напруга UКЕ

,

котра зменшується за абсолютною величиною внаслідок падіння напруги на навантаженні Rн з ростом ІК:

, (рис. 10.4).

Рис. 10.4.

,   ,

при      буде негативною (змінює знак).

Таким чином, у режимі насичення обидва переходи транзистора відкриті, а отже, дірки будуть інжектуватися в базу не тільки з емітерного, але й із колекторного переходу. Тому колекторний струм приймає максимальне значення і не залежить від напруги  Uвх та струму ІБ.

4


-E
К

Rн

Uвих

+EК

UБЕ

Б

R1

Uвх

+EКЕ

Uвих

Rн

-EКЕ

ІКЕо

R2

Езм

(1-)ІКБ1

ІКБо

ІК нас

0

б

а

ІБ нас

p

UКЕ

R2

Езм

R1

Uвих

Rн

-EКЕ

ІК

Uвх

+EКЕ

UБЕ

ІБ

VT

p

n

ІКБо

UБЕо

UБЕ о

UБЕ нас

ІК

ІБ

РВ

АР

РН

UБЕ

ІБ

ІК

0

UКЕ

ІБ нас

UКЕ зал

ІБ 2

ІБ 3

ІБ 4=0

ІБ =-ІКБо

ІК

EК

РН

АР

РВ

а

б

В

UКБо

А

А

UБЕ меж

В

p

-UБЕ

p

-UКЕ

Rн

p

p

n

n

UБЕ

UКЕ

UКБ


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

82309. Культурное строительство в 20-30-ые ХХ века 34.57 KB
  Момышулы Лауреатом Государственной премии СССР в 1949 году стал казахский писатель М. Казахский государственный оркестр имени Курмангазы создан в 1934 году руководителем его стал А. В январе 1926 года в Кызылорде открылся первый в республике национальный казахский театр который возглавил Ж.
82310. Развитие Казахской ССР в предвоенные годы 31.54 KB
  В 1922 году со всех руководящих постов были смещены бывшие члены партии Алаш.Голощекииа занявшего пост первого секретаря Казкрайкома партии в 1925 году.Ежова назначенного заведующим организационноинструкторским отделом Казкрайкома партии. Из посланцев партии в Казахстан были репрессированы Л.
82311. События в Новом Узени. Забастовки шахтеров Караганды 29.73 KB
  Забастовки шахтеров Караганды В июне 1989 г. Забастовки шахтеров Кузбасса в России и Донбасса в Украине в июле 1989 г. Назарбаев встретился с бастующими согласился с требованиями шахтеров и пообещал принять меры. 9 июня 1989 года началась забастовка шахтеров Карагандинского бассейна.
82312. Начало Великой Отечественной войны. Перестройка экономики и жизни республики на военный лад 29.16 KB
  Перестройка экономики и жизни республики на военный лад 22 июня 1941 года гитлеровская Германия вероломно без объявления войны напала на СССР. На первом этапе войны в КазССР были сформированы обучены и отправлены на фронт 14 стрелковых и кавалерийских дивизий 6 бригад. Высокими темпами в тылу шла подготовка командных кадров: 27 военных учебных заведений в основном переведенных из временно оккупированных врагом районов за годы войны подготовили 16 тыс.
82313. Распад СССР. Создание СНГ 29.12 KB
  Создание СНГ Весь 1990 год и особенно 1991 год в числе главных проблем стоящих перед СССР стояла проблема подписания нового Союзного договора.Горбачева был проведен общесоюзный референдум по вопросу о том быть или не быть СССР и каким ему быть. Большинство населения СССР проголосовало за сохранение СССР.
82314. Казахстан – надежный арсенал фронта в годы войны 34.75 KB
  В годы войны в увеличилась роль Казахстана в добыче медной руды производстве черной меди была организована добыча марганцевых и никелевых руд. Тем не менее в годы войны увеличились посевные площади и количество урожая было поставлено государству большое количество мяса и молока. С первых же дней войны экономика Казахстана была перестроена на военный лад.
82315. Конституция РК (структура содержание) 31.29 KB
  Действующая Конституция Республики Казахстан была принята 30 августа 1995 года на всенародном референдуме. Этот день является государственным праздником – Днём Конституции Республики Казахстан. Определены основные направления реформирования базовых отраслей законодательства: в области конституционного законодательства: разделение полномочий ветвей власти; в области гражданского права: развитие частного права восстановление в полном объеме права собственности защита участников торговоденежных отношений от вмешательства государства; в...
82316. Герои- казахстанцы ВОВ. 1941-1945 годов 30.83 KB
  Семенченко ставший первым казахстанцем – Героем Советского Союза Р.Бородино ворвался в штаб немецкой части и уничтожил пять немецких офицеров за что ему посмертно было присвоено звание Героя Советского Союза. В боях за Днепр самым юным Героем Советского Союза из казахов стал 18летний Жанибек Елеусов. Так многими орденами и медалями были отмечены боевые заслуги бесстрашной летчицы Рахимы Ералиной механика самолета трижды Героя Советского Союза И.
82317. Послание Президента народу Казахстану Казахстан 2030. Успехи и достижения Казахстана на современном этапе 29.38 KB
  Успехи и достижения Казахстана на современном этапе. Послание Президента страны народу Казахстана. Далее в своей работе Назарбаев отмечает 3 основные возможности внешнего характера для Казахстана: 1 географическое положение на перекрестке дорог в евроазиатском регионе; 2 поддержка со стороны иностранных государств и донорских организаций; 3 процесс глобализации и научнотехнического прогресса. Миссия Казахстана.