38. Ключевой режим работы транзистора.
Основой схем импульсной и цифровой техники является транзисторный ключ, т.е. каскад на транзисторе, работающем в двух режимах: насыщенный (ключ открыт) и отсечки (ключ закрыт). Транзисторный ключ может быть построен по схемам с ОБ, ОЭ и ОК, однако, наибольшее распространение нашел ключ по схеме с ОЭ. Его схема с транзистором p-n-p-типа и выходные характеристики с линией нагрузки имеют вид:
Линия
нагрузки аб описывается уравнением:
.
А точки ее пересечения с ВАХ транзистора
определяют напряжение на элементах и
ток в выходной цепи.
Рассмотрим режим отсечки транзистора.
Это есть режим запертого состояния, осуществляется подачей на его вход напряжения «+» полярности (UBX > 0. На рисунке а без скобок). При этом эмиттерный переход транзистора запирается и его IЭ = 0, а через резисторы RK и RБ протекает обратный тепловой ток коллекторного перехода IK0. этому режиму на ВАХ соответствует точка MЗ (рис. б). Значение тока IK0 является параметром режима отсечки. Чем он меньше, тем лучше. Величину запирающего напряжения UBX+ выбирают из условия, чтобы при протекании IK0 через RБ выполнялось соотношение:
(1).
Рассмотрим режим насыщения транзистора (открытого состояния).
Он достигается подачей на вход транзистора напряжения противоположной полярности (UBX < 0, на рис. а в скобках) и заданием определенной величины IБ. Этому режиму на ВАХ соответствует точка М0. при увеличении отпирающего IБ ( от нулевого значения) рабочая точка из положения МЗ будет перемещаться вверх по линии нагрузки, IК расти, а напряжение UКЭ – уменьшаться. До некоторой величины (IБ нас) будет сохраняться пропорциональная связь между IК и IБ :
(2), где
- статический или усредненный коэффициент
передачи тока транзистора в схеме с ОЭ
(а не дифференциальный
,
характеризующий режим малого сигнала).
Полному открытию транзистора при iБ = IБ нас соответствует точка М0 на ВАХ. При этом через него и через резистор RК протекает ток:
(3), где UКЭ
нас падение напряжения на открытом
и насыщенном транзисторе. Это напряжение
в зависимости от типа транзистора лежит
в пределах от 50млВ до 1В, поэтому можно
считать, что:
(4). Отсюда IБ,
при котором транзистор полностью открыт
и насыщен:
(5).
При
дальнейшем увеличении IБ
остаточное напряжение UКЭ
нас остается практически неизменным,
т.к. все коллекторные характеристики
при IБ > IБ
нас проходят через точку М0.
Режим работы открытого транзистора при
iБ > IБ
нас называется насыщенным, а отношение
S = IБ /
IБ нас – коэффициентом насыщения
транзистора. В режиме насыщения транзистор
устойчив к воздействию входных помех
и изменение коэффициента
,
например, с температурой. Коэффициент
насыщения в связи с этим выбирается в
пределах от 1,5 до 3.
39. Импульсный режим оу. Компараторы.
При использовании ОУ в импульсном режиме на его входы подаются напряжения, превышающие их при работе в линейном режиме, поэтому выходное напряжение ОУ в импульсном режиме равно его максимально возможной величине UВЫХ+ или UВЫХ-.
Работу ОУ в импульсном режиме рассмотрим на примере компаратора, осуществляющего сравнение измеряемого UВХ с опорным UОП.
Опорное напряжение представляет собой неизменное по величине и полярности напряжение, а входное изменяется во времени. При достижении UВХ уровня UОП происходит изменение полярности выходного напряжения ОУ. При UОП = 0 компаратор осуществляет фиксацию момента перехода UВХ через 0. в этом случае его еще и называют «нуль органом».
На рис. а приведена схема компаратора, на рис. б – диаграммы его работы, на рис. в – передаточная характеристика компаратора.
Выходным напряжением ОУ U0 является: U0 = UВХ – UОП, поэтому при UВХ < UОП, т.е. U0 < 0, выходное напряжение ОУ: UВЫХ = UВЫХ+, а при UВХ > UОП, т.е. при U0 > 0 : UВЫХ = - UВЫХ-.
За счет большого коэффициента усиления ОУ малейшая разность напряжений между инвертирующим и неинвертирующим входами, т.е. между UВХ и UОП, приводит к скачкообразному изменению полярности выходного напряжения ОУ.
При изменении подключения входного и опорного напряжений по входам произойдет инверсия передаточной характеристики компаратора (пунктир на рис. в).