ЛР_5
.docxМИНОБРНАУКИ РОССИИ
Санкт-Петербургский государственный
электротехнический университет
«ЛЭТИ» им. В.И. Ульянова (Ленина)
Кафедра ЭПУ
отчет
по лабораторно-практической работе №5
по дисциплине «Аналоговая схемотехника»
Тема: Транзисторные ключи
Студент гр. 8204 |
|
Дичковский Д. Ю. Овсянников А. И. |
|
Преподаватель |
|
Шаповалов С. В. |
|
Санкт-Петербург
2021
Цель работы.
Изучить основные параметры и принцип работы транзисторных ключей.
Основные положения.
Электронный ключ – схема, используемая на практике для управления нагрузками, индикаторами, электромагнитными реле.
Рис. 1. Схема транзисторного ключа с общим эмиттером
В современной схемотехнике транзисторные ключи строят на полевых и биполярных транзисторах. В высокочастотной импульсной технике большее распространение в настоящий момент получают схемы на полевых транзисторах, в то время как для управления реле, не слишком мощными индикаторами и т.д. чаще используются более дешевые решения на биполярных транзисторах. Почти 100% практических схем ключе на биполярных транзисторах являются ключами с общим эмиттером, где нагрузка включается в коллекторную цепь. Транзистор в такой схеме, если она рассчитана верно, сколько-нибудь долгое время находится лишь в двух режимах: в режиме насыщения (ключ открыт) и в режиме отсечки (ключ закрыт).
Рис. 2. Входная характеристика транзисторного ключа
Рис. 3. Выходная характеристика транзисторного ключа
Рис. 4. Измерение параметров простого транзисторного ключа в статическом режиме
Основные параметры:
Рис. 5. Схема измерения временных параметров ключа
Рис. 6. Схема транзисторного ключа с форсирующим конденсатором
Емкость форсирующего конденсатора CФ можно рассчитать, зная длительность фронта при данном резисторе в цепи базы:
Протокол наблюдений:
Обработка результатов.
Зависимость тока коллектора от тока базы в схеме с общим эмиттером.
R2Б = 15 кОм, Rк = 1 кОм, Uпит = 11,28 В.
Таблица 1 «Зависимость тока коллектора от тока базы»
UR1Б, В |
UБ, В |
Uк=Uвых, В |
IБ, мА |
Iк, мА |
β |
Кнас |
11,44 |
1,2 |
0,161 |
-0,683 |
11,839 |
-17,34 |
12,19 |
9,6 |
1,08 |
0,176 |
-0,568 |
11,824 |
-20,82 |
10,143 |
7,2 |
1 |
0,18 |
-0,413 |
11,82 |
-28,6 |
7,381 |
6 |
0,96 |
0,184 |
-0,336 |
11,816 |
-35,17 |
6 |
4,8 |
0,88 |
0,189 |
-0,261 |
11,811 |
-45,2 |
4,6667 |
3,22 |
0,84 |
0,205 |
-0,159 |
11,795 |
-74,34 |
2,8333 |
2,2 |
0,76 |
0,226 |
-0,096 |
11,774 |
-122,6 |
1,7143 |
1,6 |
0,76 |
0,335 |
-0,056 |
11,665 |
-208,3 |
1 |
1,4 |
0,76 |
0,863 |
-0,043 |
11,137 |
-261 |
0,7619 |
1,36 |
0,74 |
1,083 |
-0,041 |
10,917 |
-264,1 |
0,7381 |
Пример расчёта:
Рис. 7. Зависимость тока коллектора от тока базы в схеме с общим эмиттером.
Измерение временных параметров ключа.
Таблица 2 «Измерение временных параметров ключа»
|
Rб, кОм |
47 |
15 |
10 |
4,7 |
Процесс включения |
tзд, нс |
1580 |
496 |
338 |
174 |
tф, нс |
12320 |
1180 |
762 |
340 |
|
полное время, нс |
13900 |
1676 |
1100 |
524 |
|
Транзистор открыт |
Uкэ нас, В |
2,7 |
2,58 |
2,58 |
2,58 |
Процесс выключения |
tрас, нс |
0 |
2520 |
2850 |
3050 |
tсп, нс |
4340 |
2110 |
1580 |
911 |
|
полное время, нс |
4340 |
4630 |
4430 |
3961 |
Измерение временных параметров ключа при добавлении форсирующего конденсатора
).
Таблица 3 «Влияние форсирующего конденсатора»
|
Rб, кОм |
47 |
15 |
10 |
4,7 |
Процесс включения |
tзд, нс |
78 |
60 |
60 |
60 |
tф, нс |
15000 |
1050 |
660 |
308 |
|
полное время, нс |
15078 |
1110 |
720 |
368 |
|
Транзистор открыт |
Uкэ нас, В |
2 |
2,2 |
2,2 |
2,2 |
Процесс выключения |
tрас, нс |
20,8 |
2140 |
2570 |
2960 |
tсп, нс |
100 |
1680 |
1320 |
720 |
|
полное время, нс |
120,8 |
3820 |
3890 |
3680 |
Транзисторный ключ на составном транзисторе.
Таблица 4 «Пара Дарлингтона»
|
Rб, кОм |
47 |
15 |
10 |
4,7 |
Процесс включения |
tзд, нс |
1020 |
290 |
204 |
96 |
tф, нс |
2060 |
740 |
480 |
272 |
|
полное время, нс |
3080 |
1030 |
684 |
368 |
|
Транзистор открыт |
Uкэ нас, В |
0,44 |
0,44 |
0,44 |
0,44 |
Процесс выключения |
tрас, нс |
3380 |
2720 |
2380 |
2040 |
tсп, нс |
2480 |
960 |
680 |
360 |
|
полное время, нс |
5860 |
3680 |
3060 |
2400 |
Рис. 8. Зависимость полного времени включения от сопротивления базы (табл.2)
Рис. 9. Зависимость полного времени выключения от сопротивления базы (табл. 4)
Транзисторный ключ с защитным диодом для управления реле:
Выброс
напряжения:
Длительность
выброса напряжения:
Рассчитаем порядок индуктивности:
;
;
;
Выводы:
В данной лабораторной работе были исследованы схемы транзисторных ключей на биполярных транзисторах.
В активном режиме зависимость тока коллектора от тока базы в схеме с общим эмиттером является почти линейной, а в режиме насыщения изменяется незначительно.
Если использовать транзистор в качестве ключа, то следует помнить, что время коммутации не равно нулю.
Чтобы улучшить временные характеристики параллельно подключают форсирующий конденсатор, что позволило коммутацию
Схема составного транзисторного ключа имеет временные параметры открытия и закрытия сравнимые с аналогичными временными параметрами простого транзисторного ключа, однако за счет того, что коэффициент передачи по току такого составного транзистора равен произведению коэффициентов передачи по току входящих в него транзисторов, данная схема позволяет управлять более мощными нагрузками.
Исследуя
схему «транзисторный ключ с защитным
диодом для управления реле», был
рассчитан порядок индуктивности
.