Лекция 10. Транзисторные ключи. Введение в цифровую технику. Транзисторные ключи
Ключи на биполярных транзисторах.
Рис. 4.1. Ключ на биполярном транзисторе
Рассмотрим работу транзисторного ключа в установившихся режимах. До момента времени t1 эмиттерный переход транзистора заперт и транзистор находится в режиме отсечки.
В этом режиме iк = –iб = Iко (Iко – обратный ток коллектора), iэ ≈ 0.
При этом uRб ≈ uRк ≈ 0; uбэ ≈ –U2; uкэ ≈ –Ек.
В промежутке времени t1…t2 транзистор открыт.
Для того, чтобы напряжение на транзисторе uкэ было минимальным, напряжение U1 обычно выбирают так, чтобы транзистор находится или в режиме насыщения, или в пограничном режиме, очень близким к режиму насыщения.
Ключи на полевых транзисторах
Ключи на полевых транзисторах отличаются малым остаточным напряжением. Они могут коммутировать слабые сигналы (в единицы микровольт и меньше). Это следствие того, что выходные характеристики полевых транзисторов проходят через начало координат.
Для примера изобразим выходные характеристики транзистора с управляющим переходом и каналом p-типа в области, прилегающей к началу координат.
Рис. Полевой транзистор с каналом p-типа
Обратим внимание, что характеристики в третьем квадранте соответствуют заданным напряжениям между затвором и стоком.
В статическом состоянии ключ на полевом транзисторе потребляет очень малый ток управления. Однако этот ток увеличивается при увеличении частоты переключения. Очень большое входное сопротивление ключей на полевых транзисторах фактически обеспечивает гальваническую развязку входных и выходных цепей. Это позволяет обойтись без трансформаторов в цепях управления.
На рис. 4.2 приведена схема цифрового ключа на МДП-транзисторе с индуцированным каналом n-типа и резистивной нагрузкой и соответствующие временные диаграммы.
Рис. Цифровой ключ на полевом транзисторе
На схеме изображена емкость нагрузки Сн, моделирующая емкость устройств, подключенных к транзисторному ключу. Очевидно, что при нулевом входном сигнале транзистор заперт и uси = Ес. Если напряжение uвх больше порогового напряжения Uзи.порог транзистора, то он открывается и напряжение uси уменьшается.
Введение в цифровую технику
Сигнал — это любая физическая величина (например, температура, давление воздуха, интенсивность света, сила тока и т. д.), изменяющаяся со временем. Именно благодаря этому изменению сигнал может нести в себе какую-то информацию.
Электрический сигнал — это электрическая величина (например, напряжение, ток, мощность), изменяющаяся со временем. Вся электроника в основном работает с электрическими сигналами, хотя сейчас все больше используются световые сигналы, которые представляют собой изменяющуюся во времени интенсивность света.
Аналоговый сигнал — это сигнал, который может принимать любые значения в определенных пределах. Например, напряжение может плавно изменяться в пределах от нуля до десяти вольт.
Устройства, работающие только с аналоговыми сигналами, называются аналоговыми устройствами. Название «аналоговый» подразумевает, что сигнал изменяется аналогично физической величине, т. е. непрерывно.
Цифровой сигнал — это сигнал, который может принимать только два (иногда три) значения, причем разрешены некоторые отклонения от этих значений. Например, напряжение может принимать два значения: от 0 до 0,5 В (уровень нуля) или от 2,5 до 5 В (уровень единицы).
Устройства, работающие исключительно с цифровыми сигналами, называются цифровыми устройствами.