Лабораторная работа № 2 ИНВЕРТОРЫ НА БИПОЛЯРНЫХ ТРАНЗИСТОРАХ (ТРАНЗИСТОРНЫЕ КЛЮЧИ)

I. Цель работы

Исследование динамических свойств транзисторных инверторов.

2. Краткая теория вопроса

Современная цифровая аппаратура почти исключительно строится на транзисторах, работающих в ключевом режиме (на транзисторных ключах).

а) б)

Рис. 2.1 Рис. 2.2

Схема простого инвертора (ключа) на биполярном кремниевом транзис- торе n - р - n -типа представлена на рис. 2.1. На рис. 2.2 показана интерпретация основных режимов работы транзисторного ключа на при- мере работы механического ключа.

Как известно, транзистор 0Э осуществляет инверсию фазы входного сигнала. На использовании этого свойства и основано применение тран-

304 • -

9

зистора в качестве инвертора. Действительно, если на входе инвер- тора действует низкий уровень напряжения (логический ноль), такой, что U⁰_вх < U_nop = 0,65 В, то транзистор закрыт, работает в режи- ме отсечки (ключ разомкнут, см. рис. 2.2,а). В этом случае

I_вых *R =0, так как I_вых = 0, U°_вых = Е_к - I_bыx * r_к = Е_к , что соответствует высокому уровню логической единицы. Если же на вход инвертора поступает высокий уровень напряжения (логическая единица), такой что I_Б = U_вх/R > I_бн = E_к/ h_21Э * R_к, где I_бн - ток базы

на границе насыщения, то транзистор открыт, работает в режиме на- сыщения (ключ замкнут, см.рис. 2.2,6). В этом случае I_вых = I_{вых m} ⁼

= E_к/R_к; U⁰_вых=E_K-(E_к/R_к)*R_к= 0, что соответсвует логическому нулю.

Транзисторный инвертор, хотя и обладает высоким быстродействи- ем, тем не менее ему присуща инерционность. Инерционность инверто- ра на биполярном транзисторе в основном обусловлена действием двух факторов:

влиянием барьерных емкостей переходов,

процессами накопления и рассасывания заряда неосновных носителей.

Рис. 2.3

Инерционность инвертора проявляется в том, что при быстрых из- менениях сигнала на его входе выходной сигнал изменяется более плавно и притом с задержкой во времени. Так, если входной сигнал представляет собой идеальный прямоугольный импульс (рис. 2.3,а),

10