Электронные ключи

Устройства, выполняющие обработку импульсных сигналов, называются импульсными устройствами. Среди различных импульсных устройств видное место занимают электронные ключи. Через идеальный разомкнутый ключ ток не протекает. Напряжение на идеальном замкнутом ключе равно нулю. Смена состояния ключа происходит под действием сигналов, подаваемых на один или нескольких входов.

Наиболее широкое применение в качестве электронных ключей нашел транзисторный каскад по схеме с ОЭ в классе усиления D (т.е. в ключевом режиме). Схема такого каскада приведена на рис. 15.2. В ключевом режиме транзистор может находиться в одном из двух состояний - в состоянии отсечки или в состоянии насыщения.

В состоянии отсечки ключ разомкнут. Через транзистор протекает только малый обратный ток I_кэо. Напряжение на участке коллектор-эмиттер . Мощность теряемая в транзисторе Р_отс =I_кэо× U_к мала, так как мал ток.

Чтобы транзисторный ключ находился в разомкнутом состоянии необходимо подать на базу отрицательное напряжение смещения, т.е. . Для этого часто применяют дополнительный источник смещения - Е_см и резистор R₂ (пунктир на рис.15.2) При таком включении напряжение смещения создается двумя источниками Е_см и источником тока I_кэо, т.е.

. (15.1)

Полагая U_б < 0, получим:

,

откуда

. (15.2)

Когда транзистор находится в состоянии насыщения, электронный ключ замкнут. Через транзистор протекает ток насыщения, значение которого ограничивается резистором R_к. Пренебрегая малым напряжением насыщения, можем записать:

. (15.3)

Режим насыщения достигается при токе базы:

. (15.4)

Как и в режиме отсечки, мощность, теряемая в транзисторе в режиме насыщения, мала, потому что мало U_н.

Ток базы в режиме насыщения создают источники напряжения U_ВХ и Е_СМ. При этом участок база эмиттер транзистора можно считать закороченным. Поэтому

.

Условие насыщения (15.4) принимает вид

. (15.5)

Выражение (15.5) позволяет определить необходимое значение R₁.

В настоящее время электронные ключи выпускаются в микросхемном исполнении. Например, микросхема К564КТ3 содержит четыре двунаправленных ключа, предназначена для коммутации аналоговых и цифровых сигналов с током до 10 мА.