4. Транз-р в ключевом режиме (рис 1.11)

Транзистор в переключающих схемах. Переключающие устройства обладают двумя устойчивыми состояниями, которые могут рассматриваться как положения «включено» и «выключено». Режим работы транзистора в переключающем устройстве характерен тем, что он в процессе работы скачком переходит из открытого состояния в закрытое и наоборот.

Простейшая схема транзисторного ключа приведена на рисунке 1.10, а. Запирание транзистора происходит, если на базу транзистора подать положительный (относительно эмиттера) потенциал.

а) б)

Рисунок 1.10. Ключевые схемы на транзисторах:

простейшая (а), с обратной связью (б)

В цепи эмиттер – коллектор транзистора будет протекать незначительный ток I_к.0. Напряжение на транзисторе U_кэ будет равно примерно э.д.с. источника питания Е_к:

U_кэ = Е_к - I_к0R_н ≈ Е_к; (1.15)

U_R = I_к0R_к ≈ 0.

Для открытия транзистора на базу необходимо подать отрицательный потенциал. При этом появится ток в цепи базы I_б, что приведет к увеличению тока коллектора I_к (он же ток нагрузки). При достаточном по величине токе базы ток коллектора достигает максимума, определяемого отношением

(1.15,а)

где - сопротивление открытого транзистора (близко к нулю). Напряжения

U_кэ = I_{к. макс}r_эк ≈ 0; (1.16)

U_R = Е_к - I_{к. макс.}R_к ≈ Е_к.

На рисунке 1.11 приведены статические характеристики транзистора в схеме с ОЭ, представляющие зависимости I_к = f(U_кэ) при токах базы 0 < I_б < I_б.макс. В семействе характеристик проведена нагрузочная прямая АБ, определяющая зависимость напряжения на коллекторе U_кэ и на нагрузке U_R при заданных значениях Е_к, R_к и I_б. Рабочая точка, например точка а, находится на пересечении характеристики, соответствующей заданному току базы I_б и нагрузочной прямой АБ. Положение АБ определяется величинами Е_к и R_к .

Рисунок 1.11. Характеристики по пояснению работы

транзистора в ключевом режиме.

При токе базы I_к = 0 рабочая точка оказывается в так называемой области отсечки, для этой точки U_R ≈ 0, I_к.0 ≈ 0_, U_кэ ≈ Е_к (транзистор заперт).

При увеличении тока базы (0 < I_б < I_б.макс) рабочие точки смещаются в активную область. Для этих точек ток коллектора I_к будет определяться значением тока базы I_б, а напряжение между нагрузкой и транзистором будет распределяться, подчиня­ясь соотношению

U_кэ + I_кR_к = E_к. (1.16, а)

При токе базы I_б. > I_б.макс дальнейшее нарастание тока кол­лектора прекращается. Максимальный ток коллектора _Iк.макс получил название тока насыщения _Iк.нас Величина тока насыще­ния определяется по отношению (1.15, а).

Для работы транзистора в ключевом режиме переход его из режима отсечки (закрытое состояние) в режим насыщения (от­крытое состояние) должен происходить скачкообразно.

Такой режим может быть реализован автоматически на осно­ве двухкаскадного усилителя (см. рисунок 1.10,6) с обратной связью. Управляющий сигнал подается на базу транзистора Т1, а вы­ходной сигнал снимается с коллектора транзистора Т2, который является силовым.

При установке ключа управления КУ в положение I и плав­ном уменьшении сопротивления резистора R_y на базу Т1 подает­ся отрицательный потенциал, транзистор Т1 начинает открывать­ся, переходя в активное состояние. Внутреннее сопротивление Т1 уменьшается, благодаря чему увеличивается положительный по­тенциал коллектора (точки а). Через резистор R_c повышение по­тенциала точки а передается на базу Т2, что вызывает умень­шение его коллекторного тока, а следовательно, и увеличение отрицательного потенциала коллектора Т2 (точки d). Через об­ратную связь R_oс нарастание отрицательного потенциала точки d передается на базу Т1, что приводит к его дальнейшему открытию и повышению потенциала коллектора. Далее независимо от изме­нения величины входного сигнала потенциал точки а продолжа­ет увеличиваться и, передаваясь на базу Т2, в конечном итоге полностью его закрывает. Процесс протекает лавинообразно, скачком. Обратный переход достигается подачей положительного потенциала на базу Т1 при установке ключа КУ в положение II. При этом запирается транзистор Т1 и отпирается транзистор Т2. При открытом Т2 напряжение U_вых ≈ Е_к при закрытом U_вых ≈ 0.

Ключевой (релейный) режим в схеме усилителя достигается, таким образом, за счет сильной положительной обрат­ной связи.