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

72854. Государственные органы охраны окружающей среды 60.5 KB
  Государственные органы охраны окружающей среды Государственные органы управления контроля и надзора в области охраны окружающей среды подразделяются на две категории: органы общей и специальной компетенции.
72856. Понятия «природопользование» и «охрана природы». Принципы рационального природопользования и охраны природы. Виды природопользования 61.5 KB
  Природопользованием можно считать особый вид человеческой деятельности, прямо или косвенно связанный с преобразованием природной среды в различных ее проявлениях. При этом выделяют следующие виды природопользования: основной (сельское, лесное, водное хозяйство, гидроэнергетика и т.д.)...
72859. Экология человека. Потребности человека и их биологические причины. Причины и последствия роста численности человечества. Экология и здоровье человека: факторы риска. Доминирующие факторы риска в современном обществе 61 KB
  Экология человека — наука о взаимоотношении человека со средой обитания в различных аспектах (экономическом, техническом, физико-техническом, социально-психологическом) и призвана определить оптимальные условия существования человека, включая допустимые пределы его воздействия на окружающую среду.
72861. Нормирование и контроль загрязнения почв. Эрозия почв и методы борьбы с ней 60 KB
  Поверхностные слои почв легко загрязняются. Эрозия почв от лат. Eros разъедание разрушение и снос верхних наиболее плодородных горизонтов и подстилающих пород ветром ветровая эрозия или потоками воды водная эрозия. Ветровая эрозия дефляция почв.
72862. Педосфера как часть биосферы. Химический и органический состав почвы. Гумус. Почвообразование 61 KB
  Химический и органический состав почвы. Твердая фаза почвы состоит из разнообразных химических веществ которые подразделяются на три группы: минеральные органические и органоминеральные. В состав почвы входят почти все известные химические элементы.