9.6, в, г); импульсотрицательнойполярности, наводимыйвовторичной обмотке трансформатора на срезе входного сигнала, не пропускается на выход диодным ограничителем. В схеме (см. рис. 9.6, б) на выходеобразуетположительныйимпульснасрезевходногосигнала (см. рис. 9.6, в, д); положительный импульс, образующийся во вторичнойобмоткетрансформатора(стрелкасоднойчертойнарис. 9.6), на фронте входного сигнала не поступает на резистор нагрузки Rн, так как он шунтирован диодом VD. Таким образом, указанные схемы обеспечивают формирование положительных импульсов на выходе с ограничением на нулевом уровне снизу на фронте или срезе входного сигнала посредством различного соединения обмоток трансформатора с последовательным или параллельным диодными ограничителями. Для формирования аналогичных импульсов отрицательной полярности достаточно в схемах рис. 9.6, а, б изменить направление включения диодов.

9.3.Работа транзисторов в ключевом режиме

Вразличныхустройствахавтоматикииспользуютсяспециальные устройства, формирующие периодические импульсы с необходимымипараметрами ичастотой следования. Втакихустройствах длясоздания импульсов напряжения и изменения момента их подачи широко применяют транзисторы, которые в процессе работы переходят из полностью открытого состояния в полностью закрытое в течение ничтожно малого времени. Такой режим называют работой транзистора в ключевом режиме, или режиме переключения.

Транзисторный ключ — это электронное устройство, обеспечивающее замыкание и размыкание цепи нагрузки управляющими входными импульсами. По аналогии с механическим ключом (контактом) качество транзисторного ключа определяется максимальным током, который всё же проходит через него в разомкнутом состоянии, падением напряжения на ключе в замкнутом состоянии, а также скоростью перехода из одного состояния в другое. Транзисторныйключобычновыполняютпосхемесобщимэмиттером(рис. 9.7, а). Управляющие сигналы подаются от источника входных им-

пульсовчерезсопротивлениебазыRБ, вкотороеможетвходитьивнутреннее сопротивление самого источника входных импульсов.

Возможныдваспособаподключениянагрузкикключу. Припервом способе нагрузку Rн подключают между коллектором и мину-

210

Рис. 9.7. Схема транзисторного ключа (а) и характеристика (б)

сомисточникапитания, привторомспособе— междуколлектором

иплюсом этого источника. В первом случае выходное напряжение создаётся на нагрузке, когда ключ открыт, а во втором — когда ключ закрыт.

Взависимости от входного сигнала транзистор может работать в трёх режимах: отсечки, активной области и насыщения (рис. 9.7, б).

При отсутствии на входе ключа управляющего импульса транзистор обычно работает в режиме отсечки, что соответствует точке O1 на его выходной характеристике. При этом транзистор закрыт,

ив цепи коллектора проходит малый ток. Следовательно, режим

отсечки соответствует выключенному состоянию ключа, при котором напряжение Uвых ≈ 0, а напряжение U вых′ приблизительно равно напряжению источника питания.

Чтобы ток коллектора закрытого транзистора не превышал IК0, в цепь базы через резистор Rсм подают положительное смещение Uсм (несколько вольт). Полярность его противоположна полярности смещения, которое подают на базу при работе транзистора в режиме усиления с целью стабилизации положения рабочей точки в

активнойобластиO1—O2. Напряжениесмещениявыбираюттаким, чтобывозрастаниетемпературыивнешниепомехинесмогливывести транзистор из режима отсечки.

Если на вход ключа подан импульс тока с максимальным значе-

нием IБmax, то транзистор переходит в режим насыщения, чему соответствует точка O2 на его выходной характеристике. При этом транзисторполностьюоткрываетсяичерезнегопроходиттокIКmax.

211

Ток IК в цепи коллектора в идеальном случае должен повторять формувходногонапряжения. Частотаследованиявыходныхимпульсов также равна частоте входных импульсов. Но в реальных условиях транзисторы обладают некоторым запаздыванием, которое искажаетформувыходныхимпульсов. Приподачевходногосигналатранзистор переходит из закрытого состояния в открытое не мгновенно, так как для инжекции носителей заряда (дырок) из эмиттера в базу и их накопления в ней требуется определённое время. Кроме того, носители, инжектированные в базу, в начале подачи входного импульса имеют разные скорости и не все сразу достигают коллектора. По этим причинам ток IК нарастает постепенно в течение некоторого времени tф, что вызывает искажение переднего фронта выходного импульса. После снятия входного сигнала ток IК также не исчезает мгновенно, так как в режиме насыщения в базе транзистора накапливаетсябольшоечислонеосновныхносителейзаряда— дырок, для рассасываниякоторыхтребуетсявремя. Поэтомуонуменьшаетсядо своегоминимальногозначения, приблизительно равногоIК0, втечениевремениtф. Обычноtф составляетпримерно5—10 мкс. Еслипродолжительность входного импульса значительно больше времени переходныхпроцессовнакапливанияирассасываниязарядоввбазе, то импульс выходного тока будет иметь почти такую же форму, как и входной импульс. При коротких входных импульсах, когда время tисоставляетнесколькомикросекунд, можетнаблюдатьсязначительное искажение формы импульсов выходного тока и увеличение их продолжительности. Следовательно, транзисторимеетопределённую инерционность и транзисторный ключ не может обеспечить высокую скорость включения и выключения.

Приоткрытомсостояниитранзисторногоключападениенапряжения на нём UКЭ мало и равно приблизительно напряжению UЭБ на переходе эмиттер-база, создаваемому входным сигналом. В моментокончанияподачиуправляющегосигналанапряжение наколлекторевозрастаетприблизительнодозначениянапряженияисточника питания. Если после паузы tп вновь подать на вход ключа импульс напряжения Uвх, то транзистор переходит в открытое состояние. Ток IК возрастает до значения тока насыщения IКmax, а напряжение на коллекторе уменьшается до UКЭ.

213