Содержание

Цель работы	2
Порядок выполнения работы	2
Контрольные вопросы	4
Список используемой литературы	4
ПРИЛОЖЕНИЕ А. Теоретические сведения	5
ПРИЛОЖЕНИЕ Б.	7

1. Цель работы

1.1. Ознакомить учащихся с методикой расчета транзисторного ключа.

1.2. Рассчитать схему транзисторного ключа.

2. Порядок выполнения работы

2.1. Расчет производить по вариантам в соответствии с требуемыми параметрами из таблицы 1.

Таблица 1

где

U_{вых мин} , – амплитуда выходных импульсов

U_{вх мин} ,– амплитуда входных импульсов

t_{и вх} – длительность входных импульсов

t_{п вх} – длительность паузы входных импульсов

t_вкл – время включения транзисторного ключа

R_Г – сопротивление генератора входных импульсов

Максимальная рабочая температура t^о_раб = 50^оС.

2.2. Электрическая схема рассчитываемого ключа.

Рис.1

2.3. В результате расчета по нижеприведенной методике требуется определить.

2.3.1. Тип транзистора.

2.3.2. Источник для питания цепи коллектора и цепи базы.

2.3.3. Сопротивления и емкости элементов принципиальной схемы ключа

3. Расчет параметров схемы

Расчет перечисленных параметров ведется в следующей последовательности:

3.1. Определяем напряжение источника питания коллекторной цепи Е_к по формуле (1):

Е_к ≥ (1,1÷1,2)U_вых (1)

3.1.1. Выбираем транзистор, параметры которого должны отвечать следующим требованиям:

3.1.1.1. Максимально-допустимое напряжение на колекторе U_{кэ доп} ≥ Е_к

3.1.1.2. Граничная частота F_α рассчитывается по формуле (2):

F_α > (2)

3.1.2. Конкретный тип транзистора выбираем из таблицы 3 и выписываем его параметры в свою таблицу.

3.1.3. Определяем сопротивление на коллекторе R_к по формуле (3):

(3)

где I_Кдоп – максимально-допустимый ток коллектора.

3.1.4. Полученный результат выбирается в соответствии с таблицей 3 величин сопротивлений по ГОСТу.

3.1.5. Выбираем напряжение в базовой цепи:

3.1.6. Определяем сопротивление на базе R_Б.

3.1.6.1. Сначала определяем величину

I_{КБо макс} – максимальный обратный ток коллектора при максимальной температуре. Его величина для германиевых транзисторов рассчитывается по формуле (4):

(4)

т.к. в справочнике I_КБо дается для 20^оС

Для кремниевых транзисторов

3.1.6.2. Выбираем величину U_бэ запирания, которая для маломощных транзисторов должна составлять диапазон ~0,15÷0,3В.

3.1.7. Рассчитываем величину R_Б по формуле (5)

(5)

Рассчитываемую величину R_Б округляем до значения ближайшего по ГОСТ из таблицы 3.

3.1.8. Сопротивление R выбираем из условия насыщения транзистора по формуле (6):

(6)

и округляем до ближайшего по ГОСТ из таблицы 3.

3.1.9. Определяем емкость форсирующего конденсатора С по формуле (7):

(7)

и округляем до значения, ближайшего по ГОСТ из таблицы 3.

3.2. По результатам расчета заполняем таблицу номиналов резисторов и конденсаторов для схемы ключа.

Таблица 2

Транзистор	ЕК	R	C	RБ	RК	EБ

3.3. Вывод: правильно ли выбран транзистор, какой требуется источник для питания цепи коллектора и цепи базы, объясняется принцип действия электронного ключа.

№ п/п	Транзистор типа	Параметры транзистора при 20оС
		UКЭ доп. В	IК доп	Fα, МГц	βmin (h21э)	Iкбо мкА
1	ГТ108 p-n-p	30	50	1	50	10
2	ГТ124 p-n-p	20	20	1	30	20
3	ГТ122В n-p-n	20	20	2	30	20
4	ГТ308 p-n-p	20	50	1	80	2
5	КТ312Б n-p-n	30	30	2	30	10
6	КТ315Г n-p-n	35	100	5	50	10
7	МП42Б	15	150	1	40	25
8	КТ603В	20	300	2	60	15

Таблица 3

Примечание: номиналы элементов больше/меньше табличных можно получить умножением на 10ⁿ где n= ±1; ±2; ±3 и т.д. соответственно выбирая

сопротивления	номиналы из ряда по ГОСТ
	1,0	1,1	1,2	1,3	1,5
	1,6	1,8	2,0	2,2	2,3
	2,4	2,7	3,0	3,3	3,6
	3,9	4,3	4,7	5,1	5,6
	6,2	5,8	7,5	8,2	9,1
конденсаторы	100	110	120	130	150
	180	200	240	270	300
	330	360	390	430	470
	510	560	680	750	820
	910

обозначения Ом, кОм, МОм, Ф, нФ, пФ.

4. КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

4.1. Для чего применяются транзисторные ключи?

4.2. Нарисовать схему насыщенного транзисторного ключа и пояснить назначение элементов и работы схемы.

4.3. Какие функции выполняет источник базового смещения Е_Б?

4.4. Какие достоинства и недостатки насыщенных транзисторных ключей?

5. СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

5.1. Гершунский Б.С. Основы электронной и полупроводниковой техники. 1967 г.

5.2. Овечкин Ю.А. Полупроводниковые приборы. 1986 г.

5.3. Забродин Ю.С. Промышленная электроника. –М: Высшая школа. 1982 г.

5.4. Г.Гусев, Ю.М.Гусев. Электроника. Москва «Высшая школа» 1982 г.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ТЕОРЕТИЧЕСКИЕ СВЕДЕНИЯ

Транзисторным ключом называют схему, назначение которой состоит в замыкании и размыкании цепи нагрузки под действием управляющих сигналов.

Транзисторные ключи широко используются в импульсной и цифровой технике в качестве инверторов, а также как составные элементы более сложных импульсных схем. Наиболее распространенные схемы транзистора в ключевом режиме, с общим эмиттером (рис. А-1).

Рис. А-1

В режиме отсечки, транзистор закрыт и в цепи коллектора протекают малые токи. Для обеспечения режима отсечки напряжение uБЭ должно быть положительным, для этого в схему вводят дополнительный источник EБ. При этом ток базы iБ=-IКо, а ток коллектора iК=IКо. Режим отсечки обеспечивается выбором сопротивления

резисторов R_Б и ЭДС источника Е_Б.

Выходное напряжение отсечки практически совпадает с напряжением источника питания Е_К , так как падение напряжение от тока I_Ко на резисторе R_К обычно много меньше Е_К.

Отрицательное напряжение, поданное на вход ключа, открывает транзистор.

Режим насыщения обеспечивается выбором сопротивления резистора R и амплитудой входного напряжения U_mвх.

В режиме насыщения через транзистор протекает максимальный ток насыщения i_К=I_Кн, который ограничивается лишь сопротивлением резистора R_К.

Рассмотрим переходные процессы происходящие в транзисторных ключах.

В стационарном состоянии ключ может быть либо «включен», либо «выключен». От ключевой схемы требуется быстрый переход от одного состояния в другой. В транзисторных ключах основными факторами, определяющими длительность процесса переключения, являются инерционность транзистора и емкость схемы.

Рассмотрим процесс включения (рис. А-2). Пусть в исходном состоянии транзистор находится в режиме отсечки. При поступлении на вход схемы в момент времени t₀ отрицательного импульса напряжения u_вх эмиттерный переход транзистора открывается и базовый ток скачком достигает значения I_Б1. В момент времени t₁ коллекторный ток достигнет значения i_К=I_Кн, а напряжение u_КЭ = U_Кн. Начиная с момента t₁ транзистор будет насыщен, а ключ включен. Длительность стадии включения находится по формуле (А-1):

, (А-1)

где τ_β – постоянная времени, которая определяется эффективным временем жизни неосновных носителей в базе.

Рис. А-2

Рассмотри процесс выключения ключа, который состоит из стадии рассасывания избыточного заряда в базе tР и стадии закрывания транзистора tФ, т.е. tвых = tР + tФ. Для выключения ключа в момент времени t2 отрицательное входное напряжение скачком уменьшается до нуля, при этом в цепи базы появляется обратный ток. Заряд в базе начинает убывать. Пока происходит рассасывание избыточного заряда, сохраняется режим насыщения и ток коллектора не меняется. В момент t3 избыточный заряд возле коллекторного перехода рассасывается. Длительность стадии рассасывания находится по формуле (А-2):

, (А-2)

где S – коэффициент насыщения, характеризует глубину насыщения.

К моменты времени t₄ рассасывается избыточный заряд возле эмиттерного перехода. Длительность стадии запирания транзистора находим по формуле (А-3):

(А-3)

Из формул (А-2) и (А-3) видно, что для уменьшения времени выключения необходимо обеспечивать большой обратный ток базы I_Б2 ( ток выключения) и уменьшать степень насыщения транзистора S. Большой ток включения I_Б1, повышающий степень насыщения транзистора, замедляет процесс выключения.

На длительность стадии t_вкл и t_выкл влияет барьерная емкость коллекторного перехода С_К и емкость нагрузки С_Н.

Для повышения быстродействия ключа необходимо уменьшать время включения и выключения. Это достигается двумя способами: 1) использованием «сильного» входного сигнала и выбором оптимальных параметров схемы; 2) применением более сложных схем, обладающих повышенным быстродействием.