Электроника

141

роль ключа в последовательной цепи с резистором Rк и источником питания

E .

Рис. 3.3. Транзисторный ключ.

Также, как и для усилительного каскада, на выходных характеристиках транзистора построим нагрузочную прямую, описываемую соотношением

находиться в одном из двух статических режимов: режиме отсечки (ключ разомкнут) – точка А или режиме насыщения (ключ замкнут) – точка В на рис. 3.5.

токов запертого транзистора справедливы соотношения

Iк (1 I N )IК 0 IК 0 ,

142

Iэ I N IК 0 0,

Iб IК 0 ,

так как N I .

Отсюда видно, что, в первом приближении, закрытый транзистор на эквивалентной схеме ключа в режиме отсечки можно представить в виде генератора тока, включенного между базой и коллектором транзистора

(рис.3.6.).

должно выполняться во всем диапазоне температур, находим необходимую величину резистора Rсм Eсм IК 0мах .

При подаче на вход ключа отрицательного импульса Uвх E1, ток

базы практически мгновенно увеличивается. Рабочая точка перемещается вверх по нагрузочной прямой. Линейная зависимость между базовым и коллекторным токами будет соблюдаться лишь в активной области, расположенной между точками А и В (рис. 3.5) При подходе к линии критического режима ОВ дальнейшее увеличение базового тока уже не приводит к росту коллекторного тока, достигшего своего максимального

Iкн (E Uкэн ) Rк E Rк . В это время отрицательное напряжение на базе оказывается больше величины остаточного напряжения на коллекторе транзистора Uкэн и коллекторный переход оказывается смещенным в

прямом направлении. Если пренебречь напряжениями на открытых переходах транзистора, то транзистор в режиме насыщения можно представить эквипотенциальной точкой (коротким замыканием его электродов), что существенно упрощает анализ ключевых схем. Эквивалентная схема ключа в режиме насыщения приведена на рис. 3.7. Условие насыщения транзистора можно записать в виде

144

Пусть в исходном состоянии ключ выключен, транзистор заперт некоторым обратным напряжением Uбэ0 , которое можно определить из

выражения (3.1). При подаче на вход ключа отрицательного управляющего импульса эмиттерный переход смещается в прямом направлении, и через

базу будет протекать постоянный ток Iб1, величина которого определяется выражением (3.3).

E

Рис. 3.8. Временные диаграммы токов и напряжений в транзисторном ключе.

В момент времени t1, когда напряжение на базе достигает открывается эмиттерный переход и транзистор переходит из режима отсечки в активный режим, начинается этап формирования фронта tф . На этом этапе ток коллектора стремится измениться от значения Iк 0 IК 0 0 до

Iб1 по экспоненциальному закону

схеме с ОЭ. Однако в момент t2 ток коллектора достигает максимального

146

носителей из области базы. Очевидно, что пока заряд, накопленный в базе, больше Qгр Iбн н , коллекторный ток и напряжение на коллекторе не

изменяются. На временной диаграмме коллекторного тока (рис. 3.8) процесс рассасывания заряда неосновных носителей отображен экспоненциальным

изменением кажущегося тока коллектора от Iк каж Iб1 до уровня Iсм .

Пока кажущийся ток превышает уровень Iкн транзистор можно считать

нуля, эмиттерный переход закрывается, и обратный ток базы падает до

148

емкостью - наличие конденсатора, который трудно реализовать при интегральной технологии. Конденсатор занимает много места на подложке.

Для исключения накопления избыточного заряда в базе, и, следовательно, исключения времени рассасывания при любой форме входного сигнала используют ключ с нелинейной обратной связью (ненасыщенный ключ), в котором транзистор работает на границе активного

149

Диод Шоттки (структура металл - полупроводник) имеет малое падение напряжения в открытом состоянии U ДШ 0,3 0,5 В - меньшее,

Uкб U ДШ Uпор 0,6В переход остается практически закрытым. Через

малое сопротивление открытого диода Шоттки осуществляется параллельная ООС по напряжению. Через открытый диод Шоттки часть входного тока ответвляется в цепь коллектора, так что базовый ток транзистора остается

равным току Iбн . Следовательно, не будут накапливаться избыточные

неосновные носители, и время рассасывания будет равно нулю, а формирование фронтов импульса будет происходить, как и в других схемах при больших токах базы. Основной недостаток ненасыщенного ключа – в большем падении напряжения на открытом транзисторе (порядка 0,3- 0,4 В).

3.3.Транзисторный переключатель тока

Вряде случаев требуется не простая коммутация тока в нагрузке, а переключение тока из одной цепи в другую. Такую задачу можно решить с помощью переключателя тока, схема которого приведена на рис. 3.12а.

Рис. 3.12. Переключатель тока: а – принципиальная схема;

б– временные диаграммы.

Всхемном отношении переключатель тока представляет собой дифференциальный усилитель, работающий в режиме большого входного сигнала. База транзистора T2 подключена к источнику постоянного опорного

напряжения Uоп . На базу транзистора T1 подается входной управляющий сигнал. В общей эмиттерной цепи транзисторов T1 и T2 включен источник

150

стабильного тока (ИСТ) I0 , выполненный на транзисторе T3. Резисторы R1, R2, R3, а также диод D служат для задания и стабилизации тока коллектора

T3 I0 .

При полной симметрии схемы, когда Rк1 Rк2 Rк и параметры транзисторов одинаковы, ток I0 , при Uвх Uоп распределяется между эмиттерами транзисторов T1 и T2 пополам, т.е. Iэ1 Iэ2 I0 2 . Выходные

напряжения суммируется с равновесным значением Uбэ0 и ток базы T1 растет, растет и ток коллектора T1, а на эмиттерном переходе T2 - вычитается из Uбэ0 , ток базы T2 уменьшается, падает и ток коллектора T2 Uбэ0 . Дальнейшее увеличение Uоп , приводит к тому, что транзистор T2 закрывается, а T1 - открывается . Весь ток I0 полностью идет через

транзистор T1. При этом напряжение Uвых1 E I0Rк , а Uвых2 E (см. рис. 3.12б). При Uвх Uоп наблюдается обратный процесс – транзистор T1

закрывается, а ток I0 полностью ответвляется в цепь коллектора T2. Тогда

транзистора было Uкб 0. Как видно из рис. 3.12б, самым неблагоприятным будет случай, когда открыт транзистор T1. Напряжение на базе T1 при этом