Ключ на биполярном транзисторе

В этом режиме рабочая точка (РТ) может находиться только в двух возможных положениях: - либо в зоне отсечки (транзистор заперт и его можно рассматривать как разомкнутый ключ), - либо в зоне насыщения (транзистор полностью открыт и его можно рассматривать как замкнутый ключ). В активной зоне рабочая точка находится только в течение короткого промежутка времени, необходимого для перехода её из одной зоны в другую. Поэтому при работе в ключевом режиме линия нагрузки может на среднем своем участке выходить за пределы гиперболы допустимых мощностей, при условии, что переход транзистора из закрытого состояния в открытое и наоборот производится достаточно быстро (рис. 3.38).

 

Транзистор в режиме отсечки можно представить в виде разомкнутого ключа, все напряжение источника питания падает между его эмиттером и коллектором, а ток коллектора I к близок к нулю. Входное напряжение U вх приложено к эмиттерному переходу транзистора в запирающем направлении.

В режиме насыщения во входной цепи транзистора протекает достаточно большой ток базы, при котором ток коллектора достигает максимального значения I кнас, близкого к Ik мах –максимально возможному току в цепи источника питания. При этом напряжение U кэ транзистора имеет минимальное значение, близкое к нулю, что позволяет представить транзистор в виде замкнутого ключа. В  транзисторном ключе уровни выходного напряжения, соответствующие режимам отсечки и насыщения, стабильны и почти не зависят от температуры.

Минимальное значение базового тока, при котором выполняется условие насыщения, называется током насыщения. Чем больше базовый ток, тем глубже насыщение транзистора, тем больше заряд инжектированных из эмиттера носителей накапливается в базе. Относительное значение этого превышения называется степенью насыщения транзистора S.

 

Параметры транзистора в режиме большого сигнала. Для характеристики работы транзистора в режиме большого сигнала используются специальные параметры:

- интегральный (статический) коэффициент усиления по току

(вместо малосигнального h₂₁);

- статическая крутизна характеристики прямой передачи (в схеме ОЭ);

- напряжение U_{К нас} между коллектором и эмиттером в режиме насыщения;

- напряжение U_{Б нас} между базой и эмиттером в режиме насыщения;

- время рассасывания t_р, определяемое как интервал времени, в течение которого после подачи запирающего импульса напряжение на коллекторе падает до величины 0, 1.

 

Резистор R_Б в цепи базы служит для задания необходимого тока базы. Резистор R_К является внутренней нагрузкой ключа, а резистор R_Н – его внешней нагрузкой. Величина внешней нагрузки может меняться в широких пределах. Предельной нагрузкой, при которой ключ должен сохранять свои параметры, считают величину R_К = R_Н.
Схема, показанная на рис. 4-1, отличается малой мощностью, затрачиваемой на управление состоянием ключа, и малым напряжением на ключе в открытом состоянии (0, 1- 0, 3 V).

Рис. 4-1

Статический режим.

В статическом режиме ключ может быть закрыт (транзистор находится в режиме отсечки), либо открыт (транзистор находится в режиме насыщения). Ключ закрыт, когда напряжение на входе меньше напряжения логического нуля Uвх⁰. Для кремниевого транзистора оно составляет 0.4–0.5 В.
Если входное напряжение равно нулю, транзистор находится в состоянии отсечки. В этом режиме Ik = Iб~0, Uk ~Ek. Сопротивление закрытого ключа составляет сотни кОм.

Если на входе действует импульс напряжения такой величины, чтобы транзистор находился в режиме насыщения, то ток базы

.

В режиме насыщения ток коллектора возрастает до наибольшего значения:

.

Напряжение Uкэ в режиме насыщения составляет 0.1–0.3 В, а выходное сопротивление – несколько десятков ом. Для насыщения транзистора необходимо, чтобы ток базы стал больше минимального значения, при котором начинается насыщение транзистора:

.

Глубину насыщения транзистора характеризуют коэффициентом или степенью насыщения, который определяет, во сколько раз реальный ток базы превосходит минимальное значение, при котором имеет место режим насыщения:

.

Величину коэффициента насыщения выбирают от 1.5 до 3.
Транзистор должен входить в режим насыщения, когда входное напряжение превышает напряжение логической единицы . Для ключей на биполярных транзисторах

Основной статической характеристикой транзисторного ключа служит передаточная характеристика – зависимость его выходного напряжения от входного. Она приведена на рис. 4-2. Рабочими являются участки переходной характеристики, соответствующие отсечке и насыщению.

Рис. 4-2 Передаточная характеристика ключа

 

Пример расчета инвертора на БТ. Рассчитать сопротивление в цепи базы транзисторного ключа на рис. 4-1, при котором транзистор находится в состоянии насыщения. Значения элементов: , , , . Коэффициент насыщения .
Решение. Поскольку транзистор находится в состоянии насыщения, .         Ток коллектора

.

Минимальный ток базы, при котором транзистор переходит в насыщение,

.

Сопротивление резистора в цепи базы, обеспечивающее коэффициент насыщения ,

.

⇐ Предыдущая1234567Следующая ⇒

Поделиться: