34 . Ключ на бт. Построение передаточной характеристики.

Электронными ключами называют устройства, предназначенные для замыкания или размыкания электрических цепей под действием внешних управляющих сигналов. В бесконтактных электронных ключах используются нелинейные элементы: полупроводниковые диоды, биполярные и полевые транзисторы, тиристоры. В отличие от механических переключателей электронные ключи обладают большим быстродействием и надежностью.

В зависимости от назначения ключевые схемы бывают: цифровые и аналоговые.

Различают статический режим работы ключа, когда он находится в закрытом или открытом состоянии, и динамический режим, соответствующий переключению из закрытого состояния в открытое и наоборот. Каждый из режимов работы описывается определенным набором характеристик и параметров.

Параметры статического режима электронного ключа определяются его передаточной характеристикой, которая устанавливает зависимость выходного напряжения от входного Uвых = f(Uвх). Рассмотрим работу насыщенного электронного ключа на БТ, принципиальная схема которого представлена на рис. 8.2, а передаточная характеристика – на рис. 8.1.

В транзисторном ключе два его устойчивых состояния (разомкнутое и замкнутое) соответствуют пологим участкам передаточной характеристики, ограниченным точками А и В. На пологом участке (ограниченном точкой А и соответствующем малым входным напряжениям U_вх< U⁰_пор) ключ разомкнут, транзистор закрыт или находится в режиме отсечки, и на нем падает большое напряжение – напряжение логической единицы U¹_вых. При относительно большом входном напряжении U_вх>U¹_пор , соответствующем другому пологому участку, ограниченному точкой В, ключ замкнут, транзистор открыт и насыщен, выходное напряжение U⁰_вых мало. Участок передаточной характеристики между точками А и В соответствует работе транзистора в активном режиме.

35. Улучшенные схемы ключей на бт.

Для повышения быстродействия ключа используют следующие способы:

1) увеличивают значения входного тока транзистора в промежутки времени, соответствующие его отпиранию и запиранию, что позволяет быстрее заряжать и разряжать емкости переходов транзистора;

2) уменьшают коэффициент насыщения транзистора, что приводит к уменьшению емкостей БТ. Эти способы реализуются в схеме ключа с форсирующей емкостью (рис. 8.6) и схеме ключа с диодом на барьере Шотки (ДБШ) (рис. 8.7) соответственно. При реализации ключей в интегральном исполнении второй способ оказывается более предпочтительным, но при этом растут потери в закрытом состоянии ключа.

В схеме с форсирующей емкостью (см. рис. 8.6) при подаче входного открывающего сигнала сопротивление емкости CФ значительно меньше сопротивления резистора RФ, в связи с этим большой ток заряда емкости приводит к возрастанию тока базы и быстрейшему открыванию транзистора. В открытом состоянии транзистора, когда емкость зарядилась практически до напряжения U_{вх m} , ток базы уменьшается и его величина определяется сопротивлением последовательно включенных резисторов R_Г + R_Ф. При подаче на вход ключа запирающего напряжения Uвх =0 , к базе транзистора приложено напряжение -U_{вх m} , обусловленное наличием заряженного конденсатора C_Ф, что приводит к увеличению токов разряда емкостей транзистора.

Наиболее перспективным способом увеличения быстродействия ключа является применение нелинейной отрицательной обратной связи (см. рис. 8.7). В закрытом состоянии транзистора ДБШ, включенный параллельно коллекторному переходу, также закрыт, поскольку потенциал коллектора выше потенциала базы. Свозрастанием коллекторного тока потенциал коллектора уменьшается, когда напряжения на коллекторе и базе становятся равными, открывается ДБШ, пороговое напряжение которого U_пор = 0 1-0,2 В. Входной ток перераспределяется между базой БТ и ДБШ. Это препятствует дальнейшему росту тока базы и не позволяет входить БТ в режим насыщения, что уменьшает емкости его переходов.