Транзисторные_ключи_большой_мощности

Транзисторные_ключи_большой_мощности

3. Транзисторные ключи

Транзисторный ключ это электронный ключ, в качестве коммутирующего элемента в котором используется транзистор.

Назначение транзисторных ключей.

Транзисторные ключи предназначены для коммутации цепей нагрузки.

Классификация транзисторных ключей.

Транзисторные ключи классифицируются по следующим основным признакам:

По виду нелинейного элемента.

транзисторные ключи на биполярных транзисторах;

транзисторные ключи на полевых транзисторах.

По схеме включения (для схем транзисторных ключей на биполярных транзисторах).

схемы транзисторных ключей с общим эмиттером;

схемы транзисторных ключей с общим коллектором;

схемы транзисторных ключей с общей базой;

схемы транзисторных ключей ключ-звезда.

По состоянию транзистора в открытом состоянии.

насыщенный (схемы транзисторных ключей с внешним смещением; схемы транзисторных ключей с ускоряющим конденсатором).

ненасыщенный (схемы транзисторных ключей с диодной фиксацией (нелинейной отрицательной обратной связью).

По включению сопротивления нагрузки в цепь транзисторного ключа.

последовательные схемы транзисторных ключей.

параллельные схемы транзисторных ключей.

Устройство транзисторных ключей.

Рассмотрим типовые схемы транзисторных ключей.

Транзисторный ключ состоит из коммутирующего прибора, нагрузки, источника питания. Иногда коммутирующий элемент и нагрузка могут меняться местами.

Принцип действия транзисторных ключей.

Транзистор работает в ключевом режиме (режим большого сигнала), и может находиться в двух устойчивых состояниях:

закрытом состоянии, (режиме отсечки);

открытом состоянии.(режиме насыщения).

Активный режим имеет место при переходе из одного статического режима в другой.

Рассмотрим работу различных схем транзисторных ключей более подробно.

Схемы транзисторных ключей:

Как говорилось выше, транзистор работает в режиме большого сигнала, (т.е. ключевом режиме). При этом он может находиться в двух устойчивых состояниях:

закрытом (режиме отсечки);

открытом (режиме насыщения).

Активный режим, характерный для работы транзистора в усилительном каскаде, имеет место при переходе из одного устойчивого (статического) состояния в другое.

Работа транзисторного ключа в схеме с общим эмиттером.

Рассмотрим работу транзисторного ключа в схеме с общим эмиттером без источника внешнего смещения.

Читайте также:  Перестал_звонить_беспроводной_звонок

Схема такого транзисторного ключа имеет вид:

Rб — резистор, устанавливающий пределы изменения входного тока базы Iб при заданных пределах изменения входного напряжения Uб,

Rк — резистор, ограничивающий ток коллектора открытого транзистора.

Данная схема работает в следующих основных режимах:

Переходный процесс выключения и включения (активный режим).

Возникает при отрицательном напряжении входа U1, в случае, если оно обеспечивает запирание электронно-дырочного перехода, т.е. оба p-n перехода включены в обратном направ­лении.

При этом, ток базы равен обратному току коллектора (току неосновных носителей зарядов), т.е. Iб=Iко.

Условием отсечки является:

В режиме отсечки выходное напряжение определяется из формулы:

Возникает при положительном напряжении входа U1, в случае, если создаваемый им ток базы больше или равен току базы насыщения, т.е. Iб Iбнас.

Вспомнив выражение, что Iкнас≥Iб, можно получить условие насыщения. При этом, величина тока базы насыщения Iбнас определяется через ток коллектора насыщения Iкнас и коэффициент передачи тока базы в режиме большого сигнала (В). Т.е.

При таком токе базы насыщения транзистор работает на границе режимов насыщения и активном. В случае, если ток базы больше тока базы насыщения Iб>Iбнас происходит накапливание неосновных носителей зарядов в базе, так как ток коллектора Iк не может быть больше тока коллектора насыщения Iкнас.

причем Uкэ стремится к нулю.

Оба p-n перехода находятся в открытом состоянии:

эмиттерный переход за счет положительного входного сигнала U1;

коллекторный переход за счет большого тока коллектора, уменьшающего Uкн до величины Uкн tвкл), так как оно связано с насыщением транзистора.

В быстродействующих транзисторных ключах транзисторы удерживают от насыщения. Такие транзисторные ключи называют ненасыщенными.

Выше рассмотрена схема транзисторного ключа с общим эмиттером управляемый двухполярными импульсами. Такое управление не всегда удобно. Поэтому на практике, как правило, используют транзисторные ключи с внешним смещением.

Читайте также:  Ремонт_как_выровнять_пол

Транзисторный ключ с ускоряющим конденсатором (с форсирующей емкостью).

В данной схеме происходит уменьшение тока базы Iб после того как транзисторный ключ вышел в режим насыщения.

Рассмотрим временную диаграмму отражающую работу такой схемы:

При включении транзисторного ключа в момент времени t1 ток базы течет через резистор Rб1, разряженный конденсатор С, который шунтирует Rб2 (т.е. ток базы Iб ограничивается с помощью сопротивления Rб1). Т.к. ток базы Iб велик, то длительность фронта tф уменьшается. После заряда конденсатора (момент времени t2 на временной диаграмме) ток базы уменьшается за счет его ограничения общим сопротивлением Rб=Rб1+Rб2. При выключении транзисторного ключа напряжение заряженного конденсатора ускоряет выключение транзистора за счет приложенного отрицательного потенциала к базе полупроводникового прибора (момент времени t3 на временной диаграмме). Следовательно, уменьшается время задержки включения tз и время (длительность) спада импульса tc. Следовательно, уменьшается и время выключения транзисторного ключа в целом. Таким образом, уменьшается длительность фронта, и получается крутой фронт.

Другим способом повысить быстродействие транзисторного ключа является уменьшение времени рассасывания. С этой целью коллекторный переход не вводят в режим насыщения за счет подключения диода и осуществления нелинейной отрицательной обратной связи.

Транзисторный ключ с нелинейной отрицательной обратной связью.

Задержку выключения можно устранить полностью, если избежать насыщения транзистора.

Для этого коллектор транзистора (например, n-p-n структуры) должен иметь положительный потенциал, т.е. Uкб>0.

С этой целью в схему транзисторного ключа включают диод VD, и за счёт этого реализуют нелинейную отрицательную обратную связь.

В исходном состоянии, при отсутствии положительных управляющих импульсов транзистор и диод заперты и отрицательная обратная связь отсутствует.

С поступлением положительного импульса +Um транзистор отпирается ток коллектора iк нарастает, а потенциал коллектора уменьшается. При этом через резисторы Rб1 ’ Rб1 ’’ проходит одинаковый ток базы

Читайте также:  Современный_цвет_стен_в_интерьере

Анод диода имеет положительный потенциал относительно базы транзистора (см. рисунок).

Когда в процессе включения напряжение коллектор — база станет меньше обратного напряжения на диоде Uкб ’’ = iб ’’ R б1 ’’ >0.

Реально же, прямое напряжение на диоде не равно нулю. Тем не менее, при правильно выбранных элементах схемы напряжение коллектор — база транзистора положительно. Транзистор при этом находится на границе режима насыщения и активного режима, а транзисторный ключ в не насыщенном состоянии.

После отпирания диода VD часть тока базы iб ответвляется на него и ток iб равен току базы в стационарном состоянии.

При микроминиатюризации (в микросхемах) при исполнении транзисторных ключей нелинейную отрицательную обратную связь реализуют с помощью диода Шоттки.

Единую интегральную структуру транзистор — диод Шоттки называют транзистором Шоттки.

При применении диода Шоттки отпадает необходимость во втором источнике смещения на базе транзистора.

Таким образом, в рассмотренной схеме диод VD обеспечивает положительный потенциал на коллекторе относительно базы, т.е. коллекторный переход включен в обратном направлении. При этом транзисторный ключ в режим насыщения не переходит. В результате исключается процесс рассасывания носителей заряда tрас.

Транзисторные ключи могут исполнятся так же и на полевых транзисторах.

Параметры транзисторных ключей.

Быстродействие — определяется временем включения и временем выключения транзисторного ключа, т.е. временем его переключения.

Пороговое напряжение — значение входного напряжения при котором сопротивление транзисторного ключа резко меняется.

Помехоустойчивость — максимальная величина входного напряжения, при котором транзисторный ключ еще не срабатывает.

Сопротивление во включенном и выключенном состоянии.

Остаточное напряжение на транзисторе.

Применение транзисторных ключей

Транзисторный ключ является основным элементом более сложных схем и устройств импульсной техники:

блокинг-генераторов и т.п.

Таким образом, вся цифровая микроэлектроника построена на основе транзисторных ключей.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector