Порядок выполнения задания

1. Провести инженерный расчет элементов принципиальной схемы насыщенного ключа на БТ и его параметров. Исходные данные для расчета приведены в табл. 1. Для всех вариантов задания одинаковы следующие исходные данные: длительность импульса , период повторения , минимальный уровень входного импульса . Амплитуда напряжения входного импульса определяется величиной порогового напряжения единицы .

1.1. Согласно описанному алгоритму провести расчет сопротивления резисторов , и принципиальной схемы ключа (см. рис. 1).

Рис.1

1.2. Пользуясь семействами входных и выходных ВАХ БТ, построить передаточную характеристику ключа . Определить значения параметров , , , .

1.3. Рассчитать параметры быстродействия ключа , , , .

1.4. Результаты расчета свести в таблицу.

Таблица 1

Исходные данные для расчета

№ вар.	Тип БТ	, В	, В	, кОм	S	, В	, В	, В	, нФ
04	КТ347А	20	2	7,0	4	15	3	10	0,3

Расчет элементов принципиальной схемы электронного ключа на БТ.

;

, В	, В	, В	, В	, мкс	, мкс	, мкс	, мкс
3	4,76	0,5	14,8	0,6	0,73	1,1	1,26

Контрольные вопросы

1. Какие устройства называют электронными ключами?

Электронными ключами называют электронные схемы, предназначенные для замыкания и размыкания электрических цепей под воздействием внешних управляющих сигналов. В качестве ключевых элементов таких схем могут быть использованы полупроводниковые диоды, биполярные и полевые транзисторы, тиристоры и т.д. Независимо от схемных решений и типа используемого ключевого элемента любой электронный ключ характеризуется рядом статических и динамических параметров.

2. Каково напряжение на выходе ключа в закрытом и открытом состояниях?

В закрытом состоянии на выходе ключа высокий уровень напряжения:

U_вых = U_{вых max} .

В открытом состоянии на выходе ключа низкий уровень напряжения:

U_вых = U_{вых min} = U_{кэ нас} .

3. Опишите принцип действия электронных ключей на БТ, их недостатки и требования к идеальному ключу.

Принцип действия электронного ключа на БТ характеризуется тремя режимами работы:

а) при входном сигнале U_вх < U⁰_пор, ключ закрыт (транзистор находится в режиме отсечки), на выходе высокий (единичный) уровень напряжения:

U¹_вых = U_{вых max},

U⁰_пор – пороговое напряжение нуля, при котором БТ переходит из режима отсечки в активный режим работы;

б) при U⁰_пор < U_вх < U¹_пор транзистор находится в активном режиме. Выходное напряжение линейно зависит от входного.

U¹_пор – пороговое напряжение единицы, при котором БТ из активного режима работы входит в режим насыщения;

в) при входном сигнале U_вх > U¹_пор транзистор переходит в режим насыщения. На выходе низкий (нулевой) уровень напряжения, который определяется напряжением коллектор – эмиттер насыщения:

U⁰_вых = U_{вых min} = U_{кэ нас}.

Идеальный ключ должен иметь высокий КПД, т.е. транзистор должен надежно насыщаться, в этом случае на открытом БТ будет рассеиваться минимальная мощность, а значит, будут минимальные потери. Также идеальный ключ должен обладать высоким быстродействием.

4. Поясните порядок построения передаточной характеристики ключа на БТ.

Передаточная характеристика ключа рассчитывается графоаналитическим методом с использованием семейств входных при и выходных при характеристик транзистора. Для этого принципиальную схему ключа приводят к эквивалентной.

На семействе выходных ВАХ БТ строится нагрузочная прямая, описываемая уравнением

По координатам точек пересечения нагрузочной прямой с выходными характеристиками, соответствующими токам базы , определяются значения напряжения коллектор — эмиттер, которое является выходным . Далее по входной характеристике БТ при для тех же значений тока базы находятся соответствующие напряжения база-эмиттер Входное напряжение рассчитывается согласно выражению

По известным парам значений напряжения строится передаточная характеристика.

5. В ключе (см. рис. 1,а) под действием входного напряжения транзистор находится на границе режима насыщения. Как изменится режим работы транзистора, если увеличить сопротивление резистора R2?

Транзистор перейдет в режим насыщения.

6. Приведите статические и динамические характеристики электронных ключей.

Статические характеристики электронного ключа – это зависимость величины выходного напряжения или тока от величины входного напряжения или тока U_вых = f(U_вх).

Динамические характеристики электронного ключа – это изменение величины выходного напряжения или тока во времени при подачи на вход ключа прямоугольного импульса напряжения или тока U_вых = f(t).

7. Параметры каких элементов определяют быстродействие электронных ключей на БТ.

Быстродействие транзисторного ключа (параметры быстродействия) зависят от параметров используемого транзистора, номинальных значений элементов схемы, сопротивления нагрузки и ее характера.

8. Как влияют параметры БТ на быстродействие ключа?

При увеличении (уменьшении) коэффициента насыщения S транзистора, снижается (увеличивается) быстродействие ключа.

9. Как влияют элементы схемы ключа на его передаточную характеристику?

При изменении сопротивлений резисторов R1, R2 изменяется напряжение U_вх, передаточная характеристика сдвигается вправо либо влево относительно оси U_вх.

10. Опишите способы повышения быстродействия ключей на БТ.

Для повышения быстродействия ключа на БТ необходимо:

а) выбирать БТ с малыми переходными емкостями C_к,C_э;

б) выбирать коэффициент насыщения S = 1,5…3.

11. Как влияет емкость нагрузки на быстродействие ключа?

При увеличении (уменьшении) емкости нагрузки C_н, увеличивается (уменьшается) время включения БТ t_вкл, а следовательно, уменьшается (увеличивается) быстродействие ключа.

12. Как изменится время спада ключа (см. рис. 1,а), если увеличить сопротивление резистора ?

Увеличение сопротивления резистора R_к приведет к уменьшению токов I_к и I_б, при этом время спада ключа t_сп уменьшится.