3.2.3Транзисторные ключи
Ключ коммутирует (включает и выключает) участки электрической цепи. Его действие основано на том, что во включенном состоянии он обладает очень малым, а в выключенном – очень большим сопротивлением.
В
отличие от усилительных схем транзистор
ключа работает в нелинейном режиме: с
некоторых значений базового напряжения
ток его коллектора перестает изменяться
вслед за
.
схема
параллельного ключа (а) схема
последовательного ключа(б)
Рисунок 3.13
На
рис. а изображена схема параллельного
ключа. Когда под действием управляющего
напряжения
транзистор заперт (выключен),
через резистор
подключено к источнику питания. Если
управляющие напряжение
включает транзистор VT,
нагрузка оказывается зашунтированной
его незначительным сопротивлением и
напряжение на ней близко к нулю.
На
рис.3.13,б приведена схема последовательного
ключа. При включенном транзисторе
нагрузка
подключается к напряжению
,
при выключенном транзисторе – эта связь
обрывается (
должно быть больше нуля).Ключевые
свойства транзистора не являются
идеальными (при его включении сопротивление
не стремится к нулю, при его выключении
сопротивление не стремится к бесконечности).
Поэтому для повышения эффективности
ее иногда осуществляют одновременно
последовательным и параллельным ключами.
При этом для подключения нагрузки
транзистор последовательного ключа
включается, а транзистор параллельного
ключа выключается. Для отключения
нагрузки состояния транзисторов
изменяются на противоположные.
Основными параметрами транзисторного ключа являются:
сопротивления во включенном и выключенном состояниях
остаточное напряжение на ключе
быстродействие (временем переключения)
Ключи, входят во все импульсные и цифровые схемы.
3.2.4Ключи на биполярных транзисторах
Стационарные состояния
1.Режим
насыщения: возникает при положительном
управляющем напряжении (
),
если создаваемый им базовый ток
удовлетворяет условию:
,
где
-
коэффициент усиления базового тока;
-
ток насыщения коллектора.
При насыщении транзистора:
2.Режим
отсечки (транзистор заперт): возникает
при отрицательном управляющем напряжении
(
),
которое обеспечивает запирание
эмиттерного перехода (
).
В этом случае в цепи базы проходит
вытекающий из нее обратный ток коллектора
,
то условие:
При
отсечке:
Переходные процессы в ключе
Процесс
перехода ключа из выключенного во
включённое состояние имеет 2 стадии:
задержку и фронт включения. Задержка
включения обусловлена наличием входной
ёмкости
транзистора, заряжающейся через резистор
,
благодаря чему напряжение на эмиттерном
переходе запаздывает относительно
входного напряжения. Длительность
фронта включения зависит от времени
распространения носителей от эмиттера
через базу к коллектору, значения
коллекторной ёмкости уменьшаются с
увеличением базового тока.
Процесс перехода из включённого состояния в выключенное содержит 2 стадии: задержка выключения и фронт выключения. Задержка выключения связана с рассасыванием заряда, накопившегося в базе при насыщении транзистора. Длительность рассасывания увеличивается с повышением степени насыщения транзистора и уменьшается с увеличением базового тока. Длительность фронта выключения зависит от тех же факторов, что длительность фронта включения, и уменьшается с увеличением базового тока.