6.5.Імпульсні електронні пристрої

6.5.1. Загальні відомості

Імпульсні електронні пристрої - пристрої, які працюють не безперервно, а в дискретному переривчатому режимі. На базі імпульсної техніки виконуються системи керування та регулювання, пристрої вимірювання та зображення інформації. На базі імпульсної техніки основана цифрова обчислювальна техніка.

Імпульсні системи мають ряд переваг: 1)значно менше споживають електроенергії (високий ККД); 2)характеризуються вищою точністю, меншою залежністю від температури та більшою стійкістю до шумів; 3)інформація в імпульсній формі порівняно просто передається та ефективно обробляється.

В імпульсних системах використовують сигнали (напруги чи струму) з різною імпульсною формою. Але найбільш розповсюджені імпульси, форма яких близька до прямокутної, пилкоподібної, експоненціальної, а також імпульси додатно-від’ємної полярностей (рис. 6.42).

Тривалість імпульсу _и – відрізок часу між моментами виникнення та зникнення імпульсу.

Період повторення імпульсів Т - інтервал часу між початками чи кінцями двох сусідніх однополярних імпульсів. Величину, зворотну до періоду Т, називають частотою повторення імпульсів.

6.5 2. Ключовий режим роботи біполярних транзисторів

Транзистор – один з найбільш розповсюджених елементів безконтактних перемикаючих пристроїв. Він виконує роль ключа, за допомогою якого можна здійснювати перемикання, комутацію різних електричних кіл схеми.

Транзистор в ключовій схемі виконує функцію безконтактного ключа в послідовному колі з резистором R_К та джерелом живлення Е_К.

Транзистор, що працює в ключовому режимі, може знаходитися в двох станах: закритому(вимкнутому) і відкритому(замкненому). Якість транзисторного ключа визначається залишковою напругою на транзисторі в відкритому стані, а також залишковим струмом у закритому стані.

Аналіз процесів у схемі транзисторного ключа проведемо графоаналітичним методом, скориставшись побудовою лінії навантаження mn на постійному струмі (рис. 6.43,б) для найпростішої схеми ключа на транзисторі p-n – p (рис. 6.43,а).

Перший стан (точка А₁) – режим відсічки здійснюється подачею на вхід транзистора напруги додатної полярності , в цьому випадку потенціал бази буде більшим потенціалу емітера (U_БЕ = _Б - _Е  0  І_Е = 0 ). Напруга

U _{КЕ закр} = Е_К – І_КБ0R_К, де І_КБ0 – зворотний струм колектора. Звичайно І_КБ0R_К  Е_К , тому можна прийняти U_{КЕ закр}  Е_К. Умову відсічки транзистора можна записати у вигляді: U_БЕ  0, U_БК  0 – і внаслідок того, що хоч струм, хоч і дуже малий, через опір R_К протікає, можемо сказати, що транзистор не забезпечує повного вимкнення кола опору навантаження R_К від джерела живлення. Мале значення струму І_КБ0 є одним з критеріїв вибору транзистора для ключового режиму його роботи.

В закритому стані транзистор може знаходитися необмежено довго. Вивести його з цього стійкого стану можна тільки за рахунок зовнішніх впливів, наприклад шляхом подачі на вхід транзистора типу p-n - p імпульсу від’ємної полярності (цим ми відкриваємо емітерний перехід  відкриваємо транзистор).

Другим стійким станом (точка А₂) є режим відкритого стану транзистора (режим насичення). Насичення відбувається у випадку, коли обидва транзисторних переходи знаходяться у відкритому стані. Визначимо необхідні умови для створення відкритого стану транзистора.

При U_ВХ  0 струм бази і_Б збільшується поступово. Збільшення і_Б буде відповідати збільшенню струму колектора і переміщенню робочої точки П з положення А₁ вверх по лінії навантаження mn. Напруга транзистора U_КЕ при цьому поступово зменшується. Точка А₂ при струмі бази І_{Б max} характеризує “повне” відкриття транзистора. Через транзистор і резистор R_К протікає струм І_К = ( Е_К - U_{КЕ нас} ) / R_К, де U_{КЕ нас} – спад напруги (залишкова напруга) на транзисторі у відкритому стані (насиченому) стані.

Я к випливає з вище сказаного, транзистор p-n–p-типу із режиму відсічки в режим насичення переводиться дією від’ємної вхідної напруги. Із збільшенням від’ємної вхідної напруги (потенціалу бази) зменшується вихідна напруга (потенціал колектора), і навпаки. На рис. 6.44 показана залежність струму колектора І_К від струму бази І_Б.

З цього рисунку видно, що характеристика І_К = f( І_Б) має зломи на границях області відсічки (запирання) та насичення. Слід, також , мати на увазі, що при переході транзистора від одного стійкого стану в інший можливі перехідні процеси, які спотворюють форму імпульсних струмів і напруг в колах транзистора.