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

15 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

72326. Терроризм и его проявления. Экстремальные ситуации социального характера 42.86 KB
  Терроризм -– насилие в отношении физических лиц или организаций а также уничтожение повреждение или угроза уничтожения повреждения имущества и других материальных объектов создающие опасность гибели людей. Если вы находитесь в местах большого скопления агрессивно настроенных людей митинги...
72327. Табачный дым, влияние табачного дыма на человека 13.34 KB
  Из них наиболее известен никотин – одно из самых ядовитых химических веществ из группы алкалоидов. Содержащийся в табаке никотин относится к ядам вызывающим сначала привыкание а затем болезненное влечение - токсикоманию.
72328. СПИД и его профилактика 13.54 KB
  Выявлены три пути передачи вируса СПИДа: половой; при переливании инфицированной крови или использовании нестерильных шприцев и игл; заражение плода или новорожденного ребенку от инфицированной матери.
72330. Последствия употребления наркотиков для здоровья человека 14.78 KB
  Нервные клетки под действием наркотиков теряют свою функцию резко снижаются защитные силы организма. Страдают буквально все органы и системы организма. Нарушается функция всех систем организма.
72331. Организация работы комиссии на ЧС объектах 53.17 KB
  Главной задачей военной службы является постоянная целенаправленная подготовка к вооруженной защите или вооруженная защита территории РФ. Одной из особенностей военной службы является обязательное принятие каждым гражданином военной присяги.
72332. Оказание первой доврачебной помощи 27.68 KB
  При наложении закрутки жгута необходимо соблюдать следующие правила: 1 конечности придать возвышенное положение; 2 накладывать жгут выше раны и как можно ближе к ней; 3 жгут накладывается на одежду или какую-нибудь прокладку платок косынку полотенце; 4 с помощью одного-двух туров...
72333. Наркомания и токсикомания 13 KB
  Наркомания –- заболевание возникшее в результате злоупотребления наркотиками и наркотически действующими веществами. Наркомания проявляется постоянной потребностью в приеме наркотических веществ так как психическое и физическое состояние человека зависит от того принял он необходимый ему препарат или нет.