10. Ключи на биполярном транзисторе.

Применение БТ в электронных ключах основано на свойстве транзисторов изменять под действием управляющего сигнала сопротивление от весьма большого (сотни килоом) в режиме отсечки до значительно меньшего в активном режиме (единицы килоом) и весьма малого в режиме насыщения (единицы ом).

Рисунок 1.10.

Источник смещения не обязателен, если режим отсечки транзистора обеспечивается низким уровнем входного сигнала . Рассмотрим характерные участки переходного процесса по временным диаграммам (рис.1.11).

Рисунок 1.11 – временные диаграммы работы ключа на БТ.

До момента времени транзистор VT заперт низким уровнем входного сигнала , удовлетворяющим условию .

Ток в цепи базы транзистора определяется обратным током коллекторного перехода : . В цепи коллектора протекает обратный ток коллекторного перехода . На выходе ключа поддерживается высокий уровень .

В момент потенциал на входе ключа скачком увеличивается от до . Потенциал базы транзистора нарастает по мере заряда конденсатора через сопротивление . Напряжение увеличивается по экспотенциальному закону с постоянной времени

До момента , пока напряжение на базе остается меньшим, чем пороговое напряжение транзистор остается в режиме отсечки.

Длительность задержки включения транзистора определяется временем .

В момент потенциал базы превышает пороговое напряжение , открывается эмиттерный переход и транзистор переключается из режима отсечки в активный режим.

На данном этапе все токи и напряжения, установившиеся в момент , остается постоянными. По заднему фронту входного сигнала в момент ток базы транзистора скачком изменяется по величине (и знаку) нарушается равновесное состояние заряда базы и начинается его рассасывание.

В момент транзистор переходит в активный режим работы. При этом синхронно уменьшается ток коллектора и начинает нарастать выходное напряжение. Этап выключения заканчивается в момент .

В момент транзистор переходит в режим отсечки, резко возрастает его входное сопротивление, ток базы устанавливается равным , а ток коллектора - ;

Продолжается нарастание выходного напряжения связанное с зарядом через сопротивление R_k эквивалентной емкости нагрузки , где - емкости нагрузки, коллекторного перехода и монтажа. Длительность заднего фронта При можно считать .

11-12. Ключ на транзисторе Шотки.

Длительность этапа включения транзистора можно уменьшить, подавая на базу большой отпирающий ток. Для этого используется нелинейная обратная связь (НОС) по напряжению через диод VD1 (рис.1.12).

а) б) в) г)

Рисунок 1.12 – Ключ на биполярном транзисторе с нелинейной обратной связью.

При этом исключается режим насыщения транзистора и обеспечивается тем самым переключение его рабочей точки между активным режимом и режимом отсечки.

Если в качестве диода VD1 использовать диод Шотки, имеющий весьма малое пороговое напряжение , то диод VD2 в цепи базы транзистора не требуется (рис. 1.12б). Диод Шотки и коллекторный переход транзистора включены параллельно, но благодаря тому, что пороговое напряжение диода существенно меньше порогового напряжения коллекторного перехода (), диод Шотки открывается раньше и тем самым предотвращает насыщение транзистора.

В открытом состоянии на коллекторе транзистора устанавливается потенциал , который можно определить по эквивалентной схеме ключа (рис. 1.12 г): Напряжение мало (десятые доли вольт), не зависит от входного сигнала и сопротивлений в цепи базы коллектора. Другим важным достоинством схемы (рис.1.12 б) является ее высокое быстродействие: диод Шотки работает без накопления заряда, поэтому отсутствует этап восстановления обратного сопротивления диода. Достоинства транзистора с коллекторно – базовой связью через диод Шотки привел к созданию монолитной структуры диода Шотки – биполярный транзистор, который изготавливается в едином технологическом процессе, называется транзистором Шотки (рис. 1.12 в) и широко используется в интегральной схемотехнике.

В момент формируется синфазный выброс . Затем транзистор быстро запирается. Длительность положительного фронта выходного сигнала .

Рассмотренный ключ обладает существенным недостатком: сложно изготовить транзисторы с высокоомными резисторами; велико потребление энергии в открытом состоянии .

Первый из недостатков устраняется в интегральных схемах заменой линейного резистора нелинейным, в качестве которого используется МДП – транзистор в двухполюсном включении (рис. 1.15а) с закороченным затвором и стоком.