Транзисторные ключи.

Основное назначение транзисторных ключей состоит в замыкании и размыкании цепи нагрузки с помощью управляющих входных сигналов. Они лежат в основе всех цифровых устройств. Транзисторный ключ имеет ряд схемных вариантов, простейший из которых приведен на рис.1.3.

E_k

+ —

I_k R_k

R_б

I_б U_КЭ

Е_б U_б I_Э

Рис.1.3

Транзистор включен по схеме с общим эмиттером (ОЭ). Управляемой является коллекторная цепь с источником питания Е_к и нагрузкой в виде резистора R_k. В управляющей (базовой цепи) цепи включен источник управляющего напряжения Е_б и последовательно с ним сопротивления R_б.

Для транзисторного ключа характерно два режима: режим отсечки, когда оба перехода смещены в обратном направлении, и режим насыщения, когда оба перехода включены в прямом направлении. В режиме отсечки Е_б имеет отрицательную полярность и эмиттерный переход смещен в обратном направлении, транзистор заперт и остаточный ток в цепи нагрузки очень мал. Соответственно напряжение U_кэ на ключе близко к Е_к.

Если напряжение Е_б положительную полярность и достаточно велико, то транзистор открыт, в цепи нагрузки протекает ток I_k и остаточное напряжение на ключе может быть близким к нулю. Следовательно, он может находиться в двух устойчивых состояниях: т. А – режим отсечки и т.В – режим насыщения ( рис.1.4).

I_k

I_б4

В I_б3= I_бн

I_б2

I_КН I_б1

А

I_б=0

С

I_б=— I_к0

U_кэ

0 E_К

Рис.1.4

Остаточный ток и остаточное напряжение – главные статические параметры ключа. Рассмотрим их подробнее. Для схемы ОЭ ток коллектора выражается через ток базы

, где (1)

- коэффициент передачи тока базы в цепь коллектора;

- тепловой ток для схемы ОЭ.

Напряжение на коллекторе определяется как

, (2)

При I_б=0 в цепи коллектора протекает остаточный ток , который создает напряжение на коллекторе равное

, (3)

т.е ключ оказывается не полностью закрытым, он находится на границе активного режима и режима отсечки. Минимальный остаточный ток получается при токе базы ,что соответствует режиму глубокой отсечки (т.А^¢ на рис.1.4).

В режиме насыщения оба p-n перехода смещены в прямом направлении, и коллектор начинает инжектировать носители заряда в базу. Это препятствует дальнейшему увеличению коллекторного тока и этот ток остается далее практически неизменным. Такой максимальный ток называется током насыщения и обозначается I_кн (т.В рис.1.4). При этом возникает на коллекторе U_ост. Из рис.1.4 нетрудно получить выражение для тока насыщения коллектора:

. (4)

При этом ток базы насыщения определяется как

. (4а)

Чтобы уменьшить U_ост, необходимо включать транзистор током базы . Для этого вводится количественная характеристика глубины насыщения, называемая степенью насыщения, которая определяется как относительное превышение базовым током I_б того значения I_бн, которое характерно для границы насыщения:

(5)