Усилители импульсных сигналов

Одно из применений транзисторный ключ нашел в усилителях импульсных сигналов, примеры схемной реализации которых показаны на рис. 7.7.

Транзисторный ключ выполнен на транзисторе VT2, а транзистор VT1 выполняет вспомогательную роль управления транзистором VT2. В схеме рис. 7.7, а используется дополнительный источник смещения Е_см для создания режима отсечки транзистора VT2.

Нагрузка транзисторных ключей Z_Н может быть как чисто активной, так и активно-индуктивной (например, обмотка возбуждения электродвигателя). Для того, чтобы предохранить транзистор от перенапряжения и пробоя при переходе транзистора из проводящего состояния в закрытое, нагрузка зашунтирована диодом VD1.

Схема рис. 7.7, а работает следующим образом. Если транзистор VT1 находится в состоянии отсечки, то транзистор VT2 - в состоянии насыщения, так как ток базы, протекающий от источника питания через последовательно включенные резисторы R_к1 и R_б2 достаточен для насыщения транзистора.

Когда транзистор VT1 переходит в состояние насыщения вступает в действие дополнительный источник смещения Е_см и по цепи + Е_см, открытый транзистор VT1, резисторы R_б2, R_см, - Е_см создает на резисторе R_б2 отрицательное напряжение, запирающее транзистор VT2.

Расчет схемы рис. 7.7, а состоит в следующем. По заданным значениям Е_к и R_н (активной составляющей Z_Н) находят максимальный ток коллектора открытого транзистора без учета остаточного напряжения на транзисторе

I_к.нас = Е_к/R_н.

По известным напряжению и току выбирают транзистор VT2. Затем определяют сумму сопротивлений резисторов R_к1+ R_б2 из условия насыщения транзистора VT2

(R_к1+ R_б2) = Е_к/I_к.нас.

Соотношение между R_к1 и R_б2 обычно выбирают как 0,8 к 0,2. Определив R_к1, выбирают транзистор VT1 и рассчитывают цепь насыщения транзистора (резистор R_б1), исходя из величины напряжения источника входного сигнала.

После этого по заданной величине Е_см (5 – 7 В) определяют величину сопротивления резистора R_см. Критерием для выбора R_см является необходимость обеспечить на базе транзистора VT2 отрицательное напряжение порядка 2 В.

Недостатком схемы рис. 7.7, а является необходимость использования дополнительного источника смещения.

Схема, не содержащая дополнительного источника, приведена на рис. 7.7, б. Здесь запирающее напряжение на базу транзистора создается цепочкой VD2 – R_см.

Известно, что прямая ветвь вольт-амперной характеристики диода имеет нелинейный характер и уже при небольших токах прямое напряжение на диоде может составлять 0,5 – 0,7 В. Поэтому, когда транзистор VT1 переходит в насыщение, напряжение с диода VD2 через открытый транзистор VT1 поступает на базу транзистора VT2, запирая его. Если напряжения одного диода недостаточно для запирания транзистора VT2, то включают два и более диодов.

Недостатком схемы рис. 7.7, б является дополнительное падение напряжения на диоде (диодах) во время открытого состояния транзистора VT2.

Таким образом, схема рис. 7.7, а обладает повышенными потерями в закрытом состоянии ключа, а схема рис. 7.7, б – в открытом состоянии ключа.