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

19 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

39580. Расчет электрификации коровника на 200 голов с разработкой кормораздачи в ЗАО «Овощевод» 1.68 MB
  Сельскохозяйственная – одна из основных и жизненно важных отраслей народного хозяйства. В нашей стране на эту отрасль приходится около 4% стоимости основных фондов; в ней занято 7,2 млн. человек, что составляет 11% работающего населения. С/х дает 5,4% ВВП, производит продукты питания для населения и сырье для перерабатывающей промышленности.
39581. Связь политически активной студенческой молодёжи как формальность и неформальность с уровнем социальной зрелости 415 KB
  От уровня социальной зрелости зависит нравственнополитический климат и культура нынешнего и будущего общества. не гарантирует высокий уровень социальной зрелости. Эти приписываемые социальнопсихологические признаки по праву можно считать признаками социальной зрелости. Экспериментальные исследования в области социальной зрелости как правило сводятся к изучению школьников и выпускников школ.
39582. Проект электрификации телятника на 25 голов с разработкой навозоудаления в ЗАО «Красный холм» РМО 578.63 KB
  В последнее время принят ряд указов, законов, нормативных актов, которые создают благоприятные условия для развития всех форм хозяйствования на селе в условиях рыночных отношений. Реализация этих решений по выходу с/х из кризиса основана на введении новых форм организации производства
39583. Организация водоохладительной установки АВ-30 1.38 MB
  Повышение производительности труда в сельском хозяйстве а следовательно и эффективности производства возможно лишь при условии максимальной механизации и автоматизации при неуклонном сокращении доли ручного труда. Сокращение доли тяжёлого и малоквалифицированного физического труда непременное условие экономического роста. Рост технической и энергетической вооруженности сельскохозяйственного труда развитие научных исследований с использованием современной научной аппаратуры достижений полупроводниковой микроэлектроники и...
39584. Политическая социализация личности 273.14 KB
  Личность —одновременно и субъект и объект политики. Но одни люди в большей степени проявляют политическую активность, другие — в меньшей, а третьи вообще стараются «убежать» от политики. Одни стремятся к утверждению существующего политического строя и проявляют конструктивное политическое поведение, другие, напротив, предпринимают меры, направленные на его ниспровержение и демонстрируют деструктивную позицию.
39585. Социальная зрелость личности 79 KB
  Ницше Проблематикой социальной зрелости личности занимаются различные науки. И потому ее роль в исследовании социализации личности очень велика: вклад криминологии в данную проблематику состоит в том что эта наука создает модель социально НЕзрелой личности прогнозирует возможные ошибки воспитания и их последствия. Многие науки не обходят стороной социальную зрелость личности а для такой относительно новой области человекознания как акмеология от греч.
39586. Модернизация систем автоматизации контроля электрических машин 1.96 MB
  Программное обеспечение системы адаптировано для целей обучения основам спектрального анализа и ознакомления с обучающимися алгоритмами искусственного интеллекта. Программа проста в освоении и не требует специальных навыков.
39587. Барабаны ленточных конвейеров 16.6 KB
  Тяговые свойства приводного барабана повышают путем увеличения натяжения ленты или угла обхвата лентой приводного барабана использования высокофрикционных футеровок с продольными или шевронными ребрами что способствует самоочищению.Футеровки устанавливаются при помощи специальных клеев на барабаны конвейеров футеровочные пластины значительно уменьшают сход ленты и ее проскальзывание а также попадание груза на поверхность барабана что существенно улучшает работу конвейеров и повышает их техникоэкономические показатели.Рифленая...
39588. Лента конвейерная 109.87 KB
  Тяговым каркасом резинотканевой ленты рис. Резинотросовые ленты рис. имеют тяговый каркас состоящий из стальных тросов уложенных в один ряд параллельно друг другу вдоль ленты с обеих сторон покрытый резиной. Количество прокладок может быть от 3 до 10 в зависимости от условий эксплуатации свойств транспортируемого груза ширины прочности и жесткости ленты.