Теоретические сведения и расчетные соотношения. Транзисторные ключи служат для коммутации цепей нагрузки под воз­действием управляющих сигналов

 

Транзисторные ключи служат для коммутации цепей нагрузки под воз­действием управляющих сигналов. В отличие от диодов транзисторы облада­ют усилительными свойствами и поэтому способны коммутировать достаточ­но большие напряжения и токи малыми входными, не допускают затухания сигнала при последовательном включении нескольких ключей, с их помощью можно строить схемы с положительными обратными связями, обладающие регенеративными свойствами.

Наиболее широко распространены транзисторные ключи на биполяр­ных транзисторах при включении с общим эмиттером (рисунок 1.1). В соответ­ствии с функциями ключа транзистор может находиться в режиме отсечки и режиме насыщения. Активный режим работы имеет место при переходе из одного статического режима в другой.

Условием режима отсечки является обратное смещение эмиттерного пере­хода транзистора

 

|uБЭ| ≤ |Uпор| , (1.1)

 

где Uпор — пороговое напряжение транзистора (для германиевых Uпор ≈ 0, для кремниевых Uпор ≈ 0,6 В).

На режим отсечки оказывает влияние обратный ток коллекторного пере­хода, который при закороченном эмиттерном переходе достигает значения 2IK0, а при обратносмещенном переходе равен IK0.

У германиевых транзисторов обратный ток IK0 на несколько порядков больше, чем у кремниевых. Поэтому условия отсечки в транзисторных ключах на герма­ниевых и кремниевых транзисторах несколько различны.

В ключах на кремниевых транзисторах (рисунок 1.1, а) из-за того, что Uпор ≈ 0,6В, источник смещения для запирания транзистора не используют. Напряжение на базе транзистора в таких ключах

 

uБ=U0+IK0RБ, (1.2)

 

где U0 или U0— напряжение логического нуля на входе ключа, определяемое низ­ким уровнем входного напряжения, которое, как правило, снимается с дру­гого аналогичного ключа и не равно нулю.

Условие (1.1) для ключа на кремниевом транзисторе можно записать сле­дующим образом: Uпор > uБ=U0 +IK0RБ.

В ключах на германиевых транзисторах, у которых Uпор ≈0, для на­дежного запирания транзистора применяют дополнительный источник сме­щения Есм (см. рисунок 1.1, б). В этом случае напряжение на базе транзистора равно

(1.3)

 

Так как uБ должно быть больше нуля, то условие (1.1) для ключей на германиевых транзисторах можно записать

 

ЕСМ > IK0R (1.4)

 

 

Рисунок 1.1

 

Ток IK0 сильно зависит от температуры и для германиевых транзисто­ров практически удваивается с увеличением температуры на каждые 10 °С:

 

, (1.5)

 

где IK0 20Cº, IK0 – токи при температурах 20 °С и данной t °C. Поэтому в условие (1.4) следует подставлять максимальное значение IK0MAX

Протекание тока IK0 через RK приводит к уменьшению выходного напря­жения, которое для режима отсечки можно записать

 

|uКЭ| = |EK| - |IK0RK| (1.6)

 

Для получения режима насыщения на вход ключа необходимо подать отпирающее напряжение, обеспечивающее базовый ток, больший тока базы насыщения IБн. Этот ток определяется через ток коллектора насыщения

IKн = EK/RK, и коэффициент усиления транзистора β равен IБн = IKн /β. Условие насыщения для схемы рисунок 1.1, б имеет вид

 

(1.7)

 

где U1 — входное отпирающее напряжение, соответствующее напряжению логической единицы.

Аналогично для схемы рисунок 1.1, а

 

(1.8)

 

Напряжение на коллекторе в режиме насыщения определяется остаточным напряжением uКЭ = U0.

При воздействии на вход управляющих прямоугольных импульсов транзи­стор переключается не мгновенно, а за конечные промежутки времени, опре­деляемые длительностью переходных процессов, которые состоят из задержки включения t3, обусловленной перезарядом входной емкости СВХ от напряже­ния запирания UБЗ до напряжения UПОР; длительности формирования переднего фронта tФ+, обусловленной инерционными процессами изменения концен­трации носителей в базе и изменениями заряда барьерной емкости коллекторного перехода; времени рассасывания tРАС избыточного объемного заряда и длитель­ности формирования заднего фронта tФ, обусловленной инерционным характером уменьшения заряда в базе.

Временные параметры переключения оп­ределяются соотношениями:

, (1.9)

, (1.10)

где — эквивалентная постоянная времени,

— постоян­ная времени транзистора.

(1.11)

 

где - ток выключения транзистора;

для схемы рисунок 1.1, а;

для схемы рисунок 1.1,б.

Рисунок 1.3
Рисунок 1.2

 

Для уменьшения времени переходных процессов транзисторы включают и выключают форсированно током, существенно большим IБН, а в стати­ческом режиме не допускают глубокого насыщения. Для этого применяют форсирующие емкости, фиксацию коллекторного потенциала и нелинейную обратную связь, вводимую с помощью импульсного диода или диода Шоттки (см. соответственно рисунок 1.2, а- в).

В интегральной микросхемотехнике находят широкое применение клю­чи на МДП (МОП) транзисторах с управляющим р-п переходом (рисунок 1.3) и с индуцированным каналом (рисунок 1.4). Последние наиболее широко использу­ются в импульсных схемах и делятся на ключи с резистивной нагрузкой (рисунок 1.4, а), с динамической (транзисторной) нагрузкой (рисунок 1.4, б)и комплементарные (КМОП) ключи, называемые также ключами на дополняющих транзисторах (МДПДТ) (рисунок 1.4, в). Эти ключи имеют очень высокое вход­ное сопротивление и относительно меньший ток нагрузки.

Быстродействие ключей на МОП- транзисторах также меньше, чем на биполярных транзисторах, из-за невозможности быстрой перезарядки пара­зитных емкостей малым токами. Основным путем увеличения быстродейст­вия таких ключей является уменьшение емкости СВЫХ ключа.

Дополнительные теоретические сведения и расчетные соотношения при­ведены в работах [3, 6, 17, 21].

 

Рисунок 1.4








Дата добавления: 2015-07-30; просмотров: 924;


Поиск по сайту:

При помощи поиска вы сможете найти нужную вам информацию.

Поделитесь с друзьями:

Если вам перенёс пользу информационный материал, или помог в учебе – поделитесь этим сайтом с друзьями и знакомыми.
helpiks.org - Хелпикс.Орг - 2014-2024 год. Материал сайта представляется для ознакомительного и учебного использования. | Поддержка
Генерация страницы за: 0.013 сек.