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

26814. Модели систем. Алгоритм разрешения имен в службе DNS 73.86 KB
  Журнализация и буферизация Журнализация изменений тесно связана не только с управлением транзакциями но и с буферизацией страниц базы данных в оперативной памяти. Если бы запись об изменении базы данных которая должна поступить в журнал при выполнении любой операции модификации базы данных реально немедленно записывалась бы во внешнюю память это привело бы к существенному замедлению работы системы. Проблема состоит в выработке некоторой общей политики выталкивания которая обеспечивала бы возможность восстановления состояния базы данных...
26815. Индивидуальный откат транзакции 188.67 KB
  Соответствующий протокол журнализации и управления буферизацией называется Write Ahead Log WAL пиши сначала в журнал и состоит в том что если требуется записать во внешнюю память измененный объект базы данных то перед этим нужно гарантировать запись во внешнюю память журнала транзакций записи о его изменении. Другими словами если во внешней памяти базы данных находится некоторый объект базы данных по отношению к которому выполнена операция модификации то во внешней памяти журнала обязательно находится запись соответствующая этой...
26816. Структура и свойства информационных процессов 84.74 KB
  Воздействуя на параметры переносчика можно осуществить передачу данных на требуемое расстояние по выбранному каналу. Действия сервера и клиента: Клиент устанавливает связь и посылает запрос на 21 порт сервера с порта N N 1024 Сервер посылает ответ на порт N N 1024 клиента Сервер устанавливает связь для передачи данных по порту 20 на порт клиента N1 Активный режим 5. Он предназначен для обеспечения надежного хранения данных в БД. А это требование предполагает в частности возможность восстановления согласованного состояния базы данных...
26817. Численное дифференцирование. Сущность структурного подхода проектирования ИС 232.5 KB
  Численное дифференцирование используется для приближенного вычисления производных функции заданной таблицей и для функций, которые по разным причинам неудобно или невозможно дифференцировать аналитически. В последнем случае вычисляется таблица функции в окрестности исследуемой точки и по этим значениям вычисляется приближенное значение производной.
26818. Оценка затрат на разработку ПО 138.5 KB
  Например можно сократить сроки разработки за счет уменьшения функциональности системы или использовать в качестве составных частей ИС продукцию других фирм вместо собственных разработок.Определение системы. Определение системы. Первое определение системы: Система есть средство достижения цели.
26819. Простейшие формулы ЧИ. Методология и технология создания ИС. Основные задачи и требования 2.89 MB
  Области применения имитационного моделирования. Попытаемся обобщить достоинства метода имитационного моделирования целесообразность его применения в тех или иных случаях и существующие недостатки данного вида моделирования. 1 Основным достоинством имитационного моделирования является универсальность подхода при моделировании систем различной сложности и с различной степенью детализации. С одной стороны имитационное моделирование позволяет рассматривать процессы происходящие в системе практически на любом уровне детализации.
26820. Формирование монологической речи у дошкольников 51.5 KB
  Монологическая речь – более сложный вид связной речи. Говоря о монологической речи, имеется в виду формирование связного высказывания или, по определению лингвистов, умения создавать текст.
26821. Задача Коши для ОДУ первого порядка 111.5 KB
  При объектном подходе акцент переносится на конкретные характеристики системы являющейся предметом программного моделирования. Это позволило создавать программные системы максимально похожие на реальные и при этом добиваться наивысшего уровня абстракции. Концептуальная модель системы С чего начать Для одной и той же системы можно составить множество моделей. Они будут отличаться: степенью детализации учета тех или иных особенностей и режимов функционирования отражать определенную грань сущности системы ориентироваться на...