1.7. Ненасыщенные ключи

В том случае когда электронному ключу на основе биполярного транзистора предъявляются повышенные требования по быстродействию, то используют ненасыщенные транзисторные ключи. В таких ключах рабочая точка не доходит до линии насыщения, оставаясь в активной области. В этом случае избыточный объемный заряд неосновных носителей в базе транзистора не формируется и, соответственно, при закрывании ключа исключается время рассасывания.

1.7.1. Ненасыщенный ключ с вспомогательным источником э.Д.С.

Рис.1.18

Рис.1.19

В первую схему ненасыщенного ключа (рис.1.18) относительно ранее рассмотренной схемы обычного ключа (рис.1.4) дополнительно введены диод VD и вспомогательный источник ЭДС величиной 1,5÷2 В.

Пусть в момент t₁ от генератора на входную цепь ключа поступает на передний фронт импульса напряжения. Ток базы принимает значение больше, чем ток I_б1 (рис.1.19), и транзистор начинает открываться. Рабочая точка движется из положения “0” (рис.1.19) к положению “1”. На участке “0-2” линии нагрузки напряжения U_кэ больше ЭДС (1,5÷2 В) вспомогательного источника. Полярность напряжения на диоде соответствует указанной без скобок.

Когда рабочая точка достигает положения “2”, то напряжение и напряжение на диоде становится равным нулю. При дальнейшем движении рабочей точки в сторону точки 1 полярность напряжения на диоде меняется на указанную в скобках и диод открывается. Возникает ток диода по цепи: Е_ВСП – VD – коллектор-эмиттер транзистора – общий провод. В силу нелинейности ВАХ диода при относительно малом снижении напряжения и, соответственно, малом росте напряжения на диоде, ток через диод и коллектор транзистора значительно возрастает. Рабочая точка вместо точки 2 переходит в точку 3, для которой ток коллектора , где – ток коллектора насыщения. При попадании рабочей точки в положении “3” осуществляется равенство и рабочая точка прекращает движение. Поскольку выполняется равенство , то насыщения транзистора не происходит, что исключает время рассасывания неосновных носителей.

Недостатки схемы:

1. повышенное токовыделение на транзисторе поскольку и U_кэ>U_{кэ. нас}

2. требуется вспомогательный источник ЭДС.

1.7.2. Ненасыщенный ключ с шунтирующим диодом

В о вторую схему ненасыщенного ключа (рис.1.20) относительно схемы насыщаемого ключа дополнительно введены диод VD и резистор R₂.

Сопротивления резисторов R₁ и R₂ – рассчитывают так чтобы напряжение между их общей точкой и общим проводом схемы при наличии тока базы не превышало 1,5-2 В. При формировании переднего импульса на входе генератора импульсов возникает ток базы в цепи: генератор импульсов – R₁ – R₂ – база-эмиттер – общий провод и рабочая точка начинает перемещаться в положение “1”. Ток базы принимает значение больше, чем ток I_б1. При нахождении рабочей точки на участке “0-2” линии нагрузки (рис .1.19) полярность напряжения на диоде соответствует указанной без скобок. Диод закрыт. При дальнейшем движении рабочей точки в сторону точки “1” напряжение между коллектором и эмиттером транзистора U_кэ становится меньше напряжения U₁. Диод открывается и часть тока, ранее шедшего через R₂ и базу-эмиттер транзистора начинает замыкаться по цепи: генератор импульсов – R₁ – диод – коллектор-эмиттер – общий провод. Ток базы уменьшается и принимает значение I_б < I_б1. При этом рабочая точка принимает положение “4” на линии нагрузки, не попадая на линию насыщения. Поэтому транзистор остается ненасыщенным.

Преимущества схемы:

1. низкое тепловыделение в сравнении со схемой 1, т.к. ток коллектора меньше ;

2. нет дополнительного источника ЭДС.