Основні положення

Транзисторный ключ может находиться в одном из двух стационарных состояний:

- в разомкнутом, когда транзистор закрыт и работает в режиме отсечки;

- в замкнутом, когда транзистор открыт и работает в режиме насыщения.

Транзисторный ключ строится на биполярном (или полевом) транзисторе с общим эмиттером (или истоком).

Рис.1

В замкнутом состоянии ключа сопротивление транзистора мало и через него протекает максимальный коллекторный ток _к.max (ток стока I_с.max ), величина которого определяется резистором R_к (или R_с), и согласно уравнения динамики транзистора (2.13) напряжение будет равно нулю:

В разомкнутом состоянии ключа сопротивление транзистора велико и ток через него практически отсутствует и согласно (2.13) напряжение будет равно максимальному значению:

Режим отсечки транзисторного ключа.

При входном управляющем напряжении равном нулю =0) транзистор ключа находится в режиме отсечки (закрыт), ток коллектора _к практически отсутствует (равен обратному току коллекторного p-n-перехода , а выходное напряжение согласно уравнению динамики транзистора равно приблизительно .

Базовый ток близок к нулю и, примерно, равен обратному току коллекторного перехода закрытого транзистора:

Для обеспечения режима отсечки транзистора необходимо выполнить условие (рис.1):

(1.1)

где - порог срабатывания транзистора.

Из входного контура по 2-му закону Кирхгофа составляется уравнение:

откуда

(1.2)

где - входное напряжение в режиме отсечки.

Тогда выражение (1.1) примет вид:

(1.3)

Таким образом, данное условие – это условие режима отсечки транзистора, при котором оба p-n-перехода транзистора закрыты.

В режиме насыщения (транзистор открыт и насыщен) на входе электронного ключа действует максимальное напряжение , которое вызывает базовый ток

(1.4)

Кроме того, базовый ток еще связан с коллекторным током зависимостью

(1.5)

В режиме насыщения транзистор полностью открыт и коллекторный ток ограничивается только величиной резистора ,:

(1.6)

Выходное напряжение открытого ключа обычно мало ( 0,1…0,3В) и им можно пренебречь. Подставляя в (1.4) выражения (1.5), (1.6), можно определить ток базы I_б в режиме насыщения:

(1.7)

С другой стороны, базовый ток можно определить из входного контура, записав уравнение Кирхгофа:

,

Откуда

где

Таким образом, условие насыщения транзистора можно записать в таком виде:

(1.8)

В реальных условиях для четкой работы электронного ключа обычно увеличивают насыщение транзистора, используя коэффициент насыщения S=1…3, т.е. создается ток базы , равный

(1.9)

Окончательно выражение (1.7) принимает вид

(1.10)

5. Порядок выполнения работы.

1. Изучить основные положения теории электронного ключа.

2. Выбрать величину источника питания.

3. Выбрать определённый тип транзистора.

4. Произвести расчет соответствующих резисторов.

5. Собрать на стенде согласно рисунку электронный ключ.

6. Подключить к входу и выходу электронного ключа соответственно вольтметр и осциллограф, в коллекторную цепь – амперметр.

7. Подавая сигналы на вход электронного ключа, снять показания с приборов.

8. Построить нагрузочную характеристику.