2.3 Расчет транзисторных ключей.

Рассмотрим методику расчёта ключа в режиме насыщения. Принципиальная схема ключа приведена на рис.2.23. Для насыщения ключа необходимо отрицательные входные импульсы определённой амплитуды. В результате расчётов нужно получить: тип транзистора, ,,.

Для положительных входных импульсов применяют транзисторы типа n-p-n, схема ключа аналогична.

Рис. 2.23 Транзисторный ключ в режиме насыщения

Расчёт схемы по постоянному току традиционен, однако учитывается входная характеристика транзистора в режиме насыщения (2).

; (1)

; (2)

Нагрузочная линия (1) строится по двум точкам (Х.Х и К.З.).

Х.Х.: ,.

К.З.: ,.

Пересечение нагрузочной прямой (1) с линией насыщения (2) – точка «А», определяющая ,и. В данном случае(см. рис.2.24). При проектировании ключей ток коллектора в режиме насыщения обычно задан, что определяет выбор типа транзистора по допустимому току и положение точки «А» (значит и тока). По значению этого тока рассчитывают резистор().

;

Рис. 2.24 Расчёт ключа по постоянному току

Для расчёта резистора воспользуемся входной характеристикой транзистора в режиме насыщения (). Ток базы, определяемыйи резисторомдолжен быть:.

Рис. 2.25

Установим положение точки «А» на входной характеристики по значению тока базы в точке «А» на выходных характеристиках (см. рис.2.25). Если задано, то нагрузочная линия ко входным характеристикам должна прейти из точки Х.Х. () через точку «А» и определить значение тока К.З. (). Поскольку ток, то отсюда можно определить значение резистора(). Есливелико (более 35В), то построение нагрузочной линии неудачно. В этом случае запишем систему уравнений для точки «А» из которой без построения нагрузочной линии можно определить значение резистора:

;

; (1)

; (2)

Для ускорения процесса насыщения иногда ключа вводят понятие коэффициент насыщения.

Коэффициент насыщения ,.

Рекомендованное значение коэффициента , т.к. с увеличениемSуменьшается время включения ключа, однако при этом увеличивается время выключения.

Простейший расчёт ключа.

– (координата точки «А», изаданна потребителем.

;.

Примем, что ;

.

Примем , тогда;

Рассчитаем

при ,получим

;.

Ориентировочные требования к транзистору:

;;.

Полная модель ключа для области насыщения имеет вид (см. рис.2.26):

Рис. 2.26 Полная модель ключа при

При этом , что обеспечивает.

Упрощённая модель ключа имеет вид (рис.2.27).

Рис. 2.27 Упрощённая модель ключа при

В упрощённом варианте можно считать, что зажимы транзистора К,Э и Б – однопотенциальные.

Расчёт ключа в режиме отсечки.

Схема ключа и фрагменты расчёта по постоянному току приведены на рис.2.28.

Рис. 2.28 Модель схемы ключа в режиме отсечки и элементы расчётов по постоянному току

На вход схемы поступают положительные импульсы, запирающие транзистор. Рабочая точка А₁ для полного запирания транзистора должна располагаться на самой нижнеё характеристике (). При этом. Расчёт режима по постоянному току аналогичен. Модель ключа в режиме отсечки приведена на рис.2.27.

Рис. 2.27 Модель ключа в режиме отсечки

Рассчитаем амплитуду импульсов () поступающих на вход ключа, обеспечивающих запирание транзистора (точку А₁).

Известно описание входной характеристики транзистора

,

где - значение тока базы при обратном включении входного перехода транзистора;

- тепловой потенциал (25мВ при нормальных условиях, Т=293К);

в режиме отсечки.

Тогда

.

Если , то, что обеспечивает работу транзисторного ключа в точке А₁. Для обеспечениянеобходимо чтобы.

;

Найдём амплитуду импульсов

.

Значение напряжения - порядка десятков милливольт, поэтому.

Упрощённая модель ключа представляет собой разомкнутые коллектор и эмиттер, при напряжении на базе (0,30,5)В.

ВЫВОДЫ:

Транзисторный ключ в основном находится в двух состояниях (отсечка и насыщение):

1. Ключ в режиме насыщения. Его упрощённая модель К и Э замкнуты. При этом . Еслизадано, то рассчитывают.

2. Ключ в режиме отсечки К и Э разомкнуты, для этого на базу необходимо подавать запирающие напряжение .

Преимущество транзисторных ключей: управление большими токами с помощью малых токов базы. Следовательно, ключ КЭ является безискровым выключателем.