Ключевой режим транзистора.
Отличительной особенностью импульсных схем является широкое применение электронных ключей. Через идеальный разомкнутый ключ не протекает ток. Напряжение на идеальном замкнутом ключе равно нулю.
Наиболее широкое применение в качестве электронных ключевых элементов находят транзисторные каскады, в первую очередь каскад с ОЭ. Рассмотрим работу такого каскада в ключевом режиме. При рассмотрении воспользуемся графическим методом расчета транзисторных цепей.
Рисунок 1. Транзисторный ключ: а- простейшая схема, б- траектория рабочей точки.
На рисунке (б) приведена выходная характеристика транзистора, на которой нанесена нагрузочная линия, пересекающая оси координат в точках: Uк=Ек, при iк=0 и Uк=0, при iк=Ек/Rк.
В ключевом режиме транзистор может находится в двух основных состояниях:
1. Состояние (режим) отсечки ("ключ разомкнут"). При этом через транзистор протекает минимальный ток. Это состояние соответствует точке А на выходной характеристике (рис.1,б), iк=Iкбо»0, напряжение на транзисторе Uк»Ек.
Рисунок 2. Схемы замещения транзистора в режимах отсечки (а) и насыщения (б).
Транзистор в режиме отсечки может быть представлен следующей схемой замещения (рис.2,а), содержащей только один источник тока Iкбо, включенный между базой и коллектором.
Для того, чтобы транзисторный ключ находился в разомкнутом состоянии, необходимо выполнить условие отсечки: сменить в обратном направлении эмиттерный переход транзистора или для n- p- n транзистора выполнить условие:
Uб<0. (1)
Мощность, теряемая в режиме отсечки на транзисторном ключе Рк=iкUк мала, так как мал ток.
2. Состояние (режим) насыщения ("ключ замкнут"). Минимальное напряжение на транзисторе Uк=UКЭ,Н»0 соответствует точке В на выходной характеристике (рисю1,б). Ток через транзистор ограничен резистором R и определяется:
Iк,н=(Ек-UКЭ,Н)/Rк»Ек/Rк (2).
В режиме насыщения оба перехода транзистора смещены в прямом направлении, поэтому напряжения между электродами транзистора малы. Транзистор в режиме насыщения представлен схемой замещения (см.рис. 2, б), которая соответствует короткому замыканию между всеми электродами транзистора (говорят, что "транзистор стянут в точку").
Режим насыщения достигается уже при
iБ=IБ,Н=IК,Н/h21Э.
Дальнейшее увеличение тока базы iБ>IБ,Н не изменяет тока в коллекторной цепи. Таким образом, условие насыщения транзистора записывается в виде:
iБ >>IБ,Н=IК,Н/h21Э (3)
где IК,Н»Ек/Rн.
Для надежного насыщения транзистора необходимо, чтобы условие (3) выполнялось при h21Э= h21Эmin. Величина Sн= iБ/IБ,Н>>1 называется коэффициентом насыщения транзистора.
Как и в режиме отсечки, в режиме насыщения мощность, теряемая на транзисторном ключе Рк=iкUк мала, так как мало напряжение. Напряжение UКЭ,Н приводится в справочниках, для создания электронных ключей следует выбирать транзисторы с малым UКЭ,Н<<Ек.
При работе транзисторного ключа переключение из открытого состояния в разомкнутое и обратно происходит скачком, потери мощности при этом, как правило, незначительны. Таким образом, работа транзистора в ключевом режиме характеризуется малыми потерями мощности и высоким КПД, что является важным преимуществом по сравнению с полупроводниковыми устройствами.
Дата добавления: 2015-02-13; просмотров: 2234;