L'interruttore a transistor è un elemento base dei dispositivi elettronici di informazione e di molti dispositivi elettronici di potenza.

Nella fig. 9.11a mostra lo schema del tasto più semplice acceso transistor bipolare, collegato secondo un circuito con un emettitore comune, in Fig. 9.11 b c'è uno schema della tensione di ingresso, e in Fig. 9,11 V – tensione di uscita.

Per prima cosa, diamo un'occhiata al funzionamento di un interruttore a transistor in stato stazionario. Fino al momento t 1, la giunzione dell'emettitore del transistor è bloccata da una tensione di ingresso negativa, il transistor è in modalità di interruzione.

Fig.9.11. Schema dell'interruttore più semplice su un transistor bipolare e diagrammi del suo funzionamento

In questa modalità, I K = -I b =I K 0 (I K 0 è la corrente di collettore inversa), I E 0. Trascurando la piccola corrente di collettore inversa I K0, otteniamo i k = i b  0. In questo caso, U R b  U R k  0; U essere  U 2; U ke  E K. (Fig. 9.11 c).

Nell'intervallo t 1  t 2, il valore della resistenza R b e della tensione di ingresso U 1 viene scelto in modo tale che il transistor si trovi nella regione di saturazione, o vicino ad essa.

In questa modalità il transistor è aperto e sono soddisfatte le seguenti relazioni:

Pertanto, un potenziale di ingresso (controllo) basso corrisponde ad un potenziale elevato sull'uscita di commutazione e viceversa. Questa modalità di funzionamento è chiamata inversa. Spesso i circuiti chiave lavorano l'uno contro l'altro e quindi la tensione di ingresso (controllo) avrà la forma di un segnale di uscita, il che significa che, tenendo conto delle possibili interferenze di ingresso, i parametri del circuito devono essere calcolati in modo tale che la tensione di ingresso non non superare un certo valore soglia. Ad esempio, per i transistor al silicio, la commutazione affidabile è garantita da un livello di 0,4 V. Lo sblocco affidabile del transistor è garantito a condizione che sia soddisfatta la seguente relazione:

. Inoltre, è necessario tenere conto del fatto che R K deve essere selezionato in modo tale che quando il transistor è aperto, la corrente del collettore non superi il massimo consentito per il tipo di transistor selezionato. Questo è

.

L'apertura affidabile del transistor è accompagnata dalla sua transizione alla regione di saturazione, mentre la corrente I Knas scorre nel circuito del collettore. , definito dalla relazione

. La tensione U CE in modalità saturazione è diversa per i diversi tipi di transistor e solitamente è compresa tra 0,08 ÷ 1 V. La corrente di base minima richiesta per garantire la modalità di saturazione è determinata dall'espressione:

.

La profondità di saturazione viene stimata attraverso il coefficiente di saturazione q us, che mostra quante volte la corrente di base reale è maggiore del valore minimo della corrente di base necessario per garantire la modalità di saturazione. Questo è:

.

Con q selezionato, possiamo calcolare gli elementi chiave in modalità statica. Nel fare ciò occorre lasciarsi guidare dalle seguenti considerazioni. La modalità di saturazione deve essere prevista per varie istanze di transistor del tipo selezionato in un dato intervallo di temperature. Un aumento della corrente di base in modalità saturazione riduce il valore di U CE, riducendo la potenza rilasciata nel circuito di uscita del transistor, ma allo stesso tempo aumenta la potenza rilasciata nel suo circuito di ingresso. Inoltre, un aumento della corrente di base riduce il tempo di transizione da uno stato chiuso a uno stato aperto (alla modalità saturazione), ma ritarda il tempo in cui il transistor esce dalla modalità saturazione. Sulla base di queste considerazioni i calcoli assumono q us =1,5 ÷ 2.

Considereremo la modalità dinamica di funzionamento della chiave mostrata in Fig. 9.11 sui diagrammi temporali del suo funzionamento. La Figura 9.12 mostra i diagrammi temporali che spiegano il processo di accensione dell'interruttore a transistor.

Fig.9.11. Diagrammi temporali per l'accensione dell'interruttore a transistor

Quando viene applicata una tensione di commutazione in ingresso, inizia la ricarica delle capacità di barriera delle giunzioni dell'emettitore S E e del collettore SK, quindi, quando al tempo t 1 la tensione di ingresso cambia bruscamente, il transistor rimane bloccato, poiché la tensione alla sua capacità di ingresso non può cambiare all'improvviso. La corrente inizierà a fluire attraverso la resistenza di base, cambiando U be sebbene il transistor stesso continui a rimanere bloccato. Il tempo di ritardo può essere determinato approssimativamente dalla formula:

t3 = in,

dove  in = R b (S E + S K), U bo - spostamento iniziale U b e - causato dalla tensione di ingresso sporgente - U 2.

Il valore di t 3 solitamente non è elevato. Pertanto, questa volta viene spesso trascurata nei calcoli.

Quando la tensione U be raggiunge un certo valore di soglia U be la soglia, il transistor inizierà a sbloccarsi, formando il fronte del segnale di uscita t f. In questo caso, la corrente del collettore aumenta in modo esponenziale finché il transistor non entra in modalità saturazione. A questo punto U eq =U out diminuisce esponenzialmente fino a raggiungere il valore U e us. .

La durata del fronte negativo può essere determinata secondo la formula:

,

dove  a è la costante di tempo del circuito di base,

- corrente di base al passaggio alla modalità di saturazione.

L'ordine di grandezza del fronte negativo può essere stimato considerando un tipico esempio. Quindi, se  a =2 μs;  punto =50;

=1mA;

=5 mA, quindi =0,2 µs.

Il tempo totale di accensione del transistor è determinato dalla somma t 3 + t f.

A partire dal momento t 3, le correnti del collettore, dell'emettitore e della base praticamente non cambiano, tuttavia, la carica nella base continua ad aumentare con la costante di tempo  H e termina dopo il tempo t H = (2÷3)  H.

Il processo di spegnimento dell'interruttore a transistor è illustrato in Fig. 9.12. e inizia dal momento in cui viene applicato il potenziale di controllo negativo in ingresso (-U 2) (tempo t 1), il processo di spegnimento del transistor avviene in due fasi: riassorbimento della carica in eccesso (fino al tempo t 2) e formazione di un fronte positivo (fino al tempo t 3).

La carica accumulata nella base di un transistor aperto non può essere dissipata istantaneamente e per un certo periodo di tempo la corrente del collettore non cambia. Con una tensione di blocco sufficientemente grande, il tempo di riassorbimento può essere determinato dalla formula

t p =  H q us I k.us. /( st I b),

dove  H è la costante di tempo di saturazione; I b – salta nella corrente di base nel momento in cui l'interruttore inizia a spegnersi. Nell'intervallo di riassorbimento la corrente di base (senza tener conto di Ube) è determinata dalla relazione:

.

Fig.9.12. Diagrammi temporali per lo spegnimento dell'interruttore a transistor

Durante l'intervallo di formazione del fronte positivo, la concentrazione di portatori di non equilibrio continua a diminuire, la corrente Ik diminuisce in modo significativo e la tensione Uke aumenta. Alla fine del tempo di spegnimento (dopo il tempo t 3), la corrente del collettore diventa uguale alla corrente di base, la giunzione dell'emettitore è polarizzata nella direzione opposta, la corrente di base diminuisce rapidamente di grandezza e diventa quasi uguale a zero.

Nello schema in esame, il tempo di riassorbimento t dissipazione è significativamente più lungo di tutti gli altri tempi, quindi il tempo di decadimento e di stabilizzazione può essere trascurato. Va tenuto presente che maggiore è il modulo della corrente di commutazione di base, più breve è il tempo di riassorbimento e maggiore è il coefficiente di saturazione, più lungo è il tempo di riassorbimento.

L'analisi quantitativa dei processi transitori viene eseguita nel modo più conveniente utilizzando pacchetti software per l'analisi meccanica dei circuiti elettronici (ad esempio Micro - Cap V, ecc.)

Uno dei modi per aumentare le prestazioni è prevenire la saturazione del transistor in modo da ridurre il tempo di riassorbimento attraverso soluzioni circuitali speciali. Nella fig. La Figura 9.13 mostra un'opzione di implementazione per un interruttore a transistor insaturo con retroazione di tensione negativa non lineare su un diodo ad alta frequenza.

Fig.9.13. Opzione di implementazione chiave non saturata

La tensione di polarizzazione Ucm in tale circuito è selezionata nell'intervallo 0,4 ÷ 0,6 V. Lo schema funziona come segue. Mentre il transistor è sufficientemente lontano dalla regione di saturazione, il diodo VD è chiuso dalla tensione E K. Al confine tra la modalità attiva e la modalità di saturazione, la tensione U KB risulta essere vicina a zero e il diodo si apre a causa di UCM. Successivamente, parte della corrente della sorgente del segnale di ingresso viene ramificata nel circuito del diodo, la corrente di base diminuisce e il transistor non entra in modalità saturazione.

Nella fig. La Figura 9.14 mostra una versione di un circuito di commutazione insaturo in cui la retroazione negativa non lineare è implementata tramite un diodo Schottky con una tensione di accensione di circa 0,25 V. Quando si utilizza un diodo Schottky, non è necessaria alcuna sorgente di polarizzazione aggiuntiva.

Fig.9.14. Interruttore insaturo su un diodo Schottky

Per descrivere il circuito di conversione e compilarne il modello matematico, il ramo con l'interruttore viene sostituito da una resistenza attiva R (t), la natura della variazione nel tempo è data dal prodotto della resistenza dell'interruttore nello stato aperto (grande in valore, ma finito) dal CF, cambiando da zero a uno nei momenti di cambio chiave. Spieghiamolo utilizzando l'esempio di un AC RO a due interruttori.  

Per ridurre gli errori introdotti, i dispositivi di campionamento e memorizzazione devono avere un piccolo passaggio del segnale in avanti in modalità di memorizzazione, un basso livello di interferenza di commutazione, gli interruttori controllati analogici non devono avere tensione residua, correnti di dispersione significative nello stato aperto, la resistenza dell'interruttore nello stato chiuso lo stato deve essere minimo, la polarità del segnale commutato - qualsiasi.  

Il numero di segni del coefficiente di divisione è determinato dal possibile intervallo di resistenze del resistore, poiché, come si può vedere dalla Fig. 5 - 4, in, per non influenzare i parametri residui dei tasti, la resistenza inferiore dovrebbe essere 1 - 2 ordini di grandezza più resistenza gk della chiave chiusa, e la resistenza maggiore è 2 - 3 ordini di grandezza inferiore alla resistenza RK della chiave aperta.  

La tensione di ingresso U è collegata al carico mediante impulsi di controllo che commutano i transistor T1 e T% in modalità di saturazione profonda. Allo stesso tempo, la resistenza della chiave diminuisce bruscamente e la tensione U viene fornita all'uscita del circuito. A selezione attenta transistor, l'interruttore può commutare segnali molto piccoli con un errore di circa 20 μV in un determinato intervallo di temperature.  

La corrente inversa di un interruttore simmetrico aperto è pari alla metà della differenza nelle correnti inverse dei transistor. La resistenza dell'interruttore chiuso sui transistor al germanio è di circa 10 ohm, su quelli al silicio - 30 ohm. Quando si utilizzano transistor al silicio, la corrente di commutazione inversa non supera 0 1 μA, transistor al germanio - 5 μA.  

Quando l'interruttore K è chiuso, la sua resistenza è determinata dalla resistenza del contatto di transizione; quando l'interruttore K è aperto, la sua resistenza è determinata dalla resistenza di isolamento del circuito. In pratica la resistenza di un interruttore chiuso è zero, mentre quella di un interruttore aperto è infinita.  

In realtà, la resistenza della chiave non può cambiare bruscamente da zero a infinito, poiché grandi tensioni tra i contatti della chiave causeranno una scintilla elettrica tra loro o arco elettrico. Inoltre ogni bobina ha una capacità distribuita tra le sue spire, così come esiste una capacità tra i contatti divergenti di una chiave; pertanto, il processo di commutazione avviene in un periodo di tempo finito At, durante il quale si completa il processo di transizione che scorre rapidamente dal momento dell'inizio al momento della fine della commutazione. Questo processo transitorio, a seconda del rapporto tra i parametri, può essere aperiodico o oscillatorio con una frequenza molto elevata, e la differenza di energia WM (- 0) - WM (0) viene spesa nella resistenza del circuito, in particolare nel resistenza tra i contatti della chiave, o in radiazione a molto alta frequenza. Non consideriamo questo processo, che avviene durante il tempo At, sotto l'idealizzazione sopra menzionata. Ma se lo consideriamo, allora varranno le affermazioni formulate nel § 9.4. condizioni fisiche commutazione: l'invarianza delle correnti nelle bobine e delle tensioni sui condensatori, nonché l'invarianza delle energie immagazzinate nelle bobine e nei condensatori.  

In realtà, la resistenza della chiave non può cambiare bruscamente da zero a infinito, poiché grandi tensioni tra i contatti della chiave causeranno una scintilla elettrica o un arco elettrico tra di loro. Inoltre ogni bobina ha una capacità distribuita tra le sue spire, così come esiste una capacità tra i contatti divergenti di una chiave; pertanto, il processo di commutazione avviene in un periodo di tempo finito At, durante il quale si completa il processo di transizione che scorre rapidamente dal momento dell'inizio al momento della fine della commutazione. Questo processo transitorio, a seconda della relazione dei parametri, può essere aperiodico o oscillatorio con una frequenza molto elevata, e la differenza di energia WM (- 0) - 1 m (0) viene spesa nella resistenza del circuito, in particolare in la resistenza tra i contatti della chiave, o in radiazioni ad altissima frequenza. Questo processo, che avviene durante il tempo A, non è considerato nell'idealizzazione di cui sopra. Ma se lo consideriamo, allora saranno valide le condizioni fisiche di commutazione formulate nel § 9 - 3: l'invarianza delle correnti nelle bobine e delle tensioni sui condensatori, nonché l'invarianza delle energie immagazzinate nelle bobine e nei condensatori.  

In realtà, la resistenza della chiave non può cambiare bruscamente da zero a infinito, poiché grandi tensioni tra i contatti della chiave causeranno una scintilla elettrica o un arco elettrico tra di loro. Questo processo transitorio, a seconda della relazione tra i parametri, può essere aperiodico o oscillatorio con una frequenza molto elevata, e la differenza di energia Ww (- 0) - W № (0) viene spesa nella resistenza del circuito, in particolare in la resistenza tra i contatti della chiave, o in radiazioni ad altissima frequenza. Ma se lo consideriamo, allora saranno valide le condizioni fisiche di commutazione formulate nel § 9 - 3: l'invarianza delle correnti nelle bobine e delle tensioni sui condensatori, nonché l'invarianza delle energie immagazzinate nelle bobine e nei condensatori.  

In un circuito DAC che utilizza generatori di corrente a transistor, la commutazione di corrente può essere effettuata nel circuito del collettore. In questo caso la resistenza del tasto non introduce un errore apprezzabile grazie all'elevata resistenza del circuito. Tuttavia, le perdite di chiavi bloccate possono portare a significative imprecisioni. La dispersione totale di tutte le chiavi bloccate non deve superare la metà della corrente di ordine inferiore.  

Ad esempio, la non linearità della resistenza dell'interruttore quando l'interruttore è aperto e la sua dipendenza dalla temperatura possono essere attenuate collegando in serie all'interruttore un resistore, la cui resistenza è significativamente maggiore della resistenza dell'interruttore. Resistenza transistor ad effetto di campo allo stato aperto varia solitamente da 50 a 200 ohm. L'inclusione di un resistore con una resistenza di 2 - 5 kOhm in serie al transistor elimina praticamente l'errore causato dalla non linearità e dalla dipendenza della resistenza dell'interruttore dalla temperatura.  

La chiusura del tasto /C provoca la scarica rapida del condensatore. La velocità di scarica dipende dalla resistenza della chiave nello stato chiuso. Il percorso diretto della tensione a dente di sega in questo circuito si forma quando l'interruttore è aperto e il percorso inverso si forma quando l'interruttore è chiuso. Pertanto, per attuare questo principio, il generatore deve contenere un dispositivo di carica o di scarica, un condensatore di integrazione e un interruttore.  

Nei convertitori delta-sigma, è possibile utilizzare anche un resistore e un riferimento di tensione stabilizzato per generare impulsi di corrente, poiché il punto di somma è effettivamente al potenziale di terra. In questo caso è necessario assicurarsi che la resistenza dell'interruttore chiuso sia inferiore alla resistenza del resistore e che le variazioni della resistenza del tasto non causino deriva.  

Il transistor passa dalla modalità di interruzione alla modalità di saturazione e viceversa non istantaneamente, ma in un certo periodo di tempo. Questo inerzia del transistor bipolareè causato da due fattori principali: l'accumulo della carica del portatore minoritario nella base e le capacità delle giunzioni C del collettore e C dell'emettitore. Inoltre, la durata dei processi transitori dell'interruttore a transistor è influenzata dalla capacità di carico CON N .

Il calcolo della durata dei processi transitori in un interruttore a transistor viene effettuato utilizzando il metodo della carica, basato sul fatto che nella base la carica spaziale dei portatori minoritari è compensata, cioè la base è elettricamente neutra.

Metodo di addebito. Poiché nella base (regione p) i portatori minoritari sono elettroni, allora quando u be > U otn la corrente di base i b (t) determina il tasso di accumulo degli elettroni dq/dt in essa (q è la carica dei portatori minoritari) e compensa la loro diminuzione q/ t come risultato della ricombinazione (t è la durata della vita dei portatori minoritari nella base). Inoltre, la corrente di base va a ricaricare i condensatori "Sk e Se quando cambia la tensione alle transizioni. Di conseguenza,

Se le correnti capacitive delle giunzioni del collettore e dell'emettitore sono piccole, l'equazione (7.2) è semplificata:

dq/dt + q/t = i b (t) (7.3)

In uno stato stazionario, quando dq/dt = 0,

q = tI b, (7.4)

cioè, il sovrapprezzo dei portatori minoritari nella base è proporzionale alla corrente di base. Questo rapporto è valido non solo in modalità attiva, ma anche nella modalità di saturazione del transistor.

Usando le equazioni (7.2) o (7.3), si può determinare la carica spaziale dei portatori minoritari nella base in funzione del tempo. Tuttavia, quando si calcolano i circuiti a impulsi utilizzando transistor, l'interesse principale è determinare la legge di variazione della corrente del collettore.

Nella modalità di funzionamento attiva del transistor, a condizione che la distribuzione della concentrazione dei portatori di carica minoritari nella base sia lineare, esiste una relazione che, con un'approssimazione nota, dà il rapporto tra la carica dei portatori minoritari nella base e la corrente di collettore del transistor:

(7.5)

Questa relazione è valida in modalità stazionaria con elevata precisione. Tuttavia, nel regime di transizione, la cui durata è commisurata al tempo di propagazione dei portatori lungo la base, viene violata la natura lineare della distribuzione dei portatori minoritari nella base.

Risolvendo le equazioni (7.2) o (7.3) e utilizzando la relazione (7.5), è possibile determinare la legge di variazione della corrente di collettore per una data corrente di base. Trasformiamo l'equazione (7.3) secondo Laplace, poiché ciò semplifica la procedura di soluzione di diverse condizioni iniziali:

(7.6)

dove q(0) è il valore iniziale della tariffa dei vettori minoritari nella base; R - Operatore di Laplace.

Ritardo all'accensione. Consideriamo il processo di accensione di un interruttore a transistor, a condizione che al momento /o al suo ingresso la tensione cambi bruscamente da U b - a U b + (Fig. 7.5). La corrente è impostata nel circuito di base

Sebbene la tensione di controllo cambi bruscamente, la differenza di potenziale tra base ed emettitore, dovuta principalmente alla presenza delle capacità C e e C k, aumenta al valore U ot al quale il transistor si apre, ma non immediatamente, ma per un certo tempo . Pertanto, l'impulso di corrente del collettore inizia in quel momento, cioè con un certo ritardo rispetto al momento in cui viene applicata la tensione di sblocco. Determina l'intervallo di tempo t edificio = t 1 – t 0 durata della fase di ritardo - tempo, durante il quale avviene la ricarica dei condensatori S e e S k . Poiché in questo momento le correnti capacitive fluiscono attraverso il transistor, il circuito equivalente del transistor cambia

Riso. 7.6. Circuito a chiave equivalente

Riso. 7 5. Processi transitori in chiave OE

N

e lo stadio di ritardo comprende resistori esterni e capacità di giunzione (Fig. 7.6).

In un interruttore a transistor, solitamente Rb > Rk quindi, trascurando Rk si ottiene un circuito del primo ordine, il cui transitorio è determinato dalla relazione

Quando la capacità di carico dell'interruttore a transistor Cn è commisurata o maggiore della capacità totale delle transizioni,

Dopo la sostituzione otteniamo

La fase di ritardo termina quando

Ecco perché

Formazione del fronte. Quando al tempo t 1 si apre la giunzione dell'emettitore, inizia il processo di aumento della corrente del collettore, accompagnato da una diminuzione della tensione del collettore. La corrente del collettore aumenta fino al momento t 2 quando il transistor entra in modalità saturazione. Nell'intervallo di tempo t 1 …t 2 . si forma il fronte dell'impulso di corrente. Durata del fronte t f = t 1 + t 2 può essere determinato dall'equazione (7.6). Poiché la carica spaziale iniziale q(0) = 0, e

Sostituendo l'espressione (7.9) nella (7.5), otteniamo:

Pertanto, sia la carica di volume dei portatori minoritari nella base che la corrente di collettore durante la formazione del fronte cambiano secondo una legge esponenziale. Quando i to (t 2) = I to e la carica dei portatori minoritari nella base raggiunge il valore q (t 2) = tI to us / h 21e, si verifica la formazione dei front-end. Utilizzando la relazione (7.9), otteniamo una formula per calcolare la durata del fronte

(7.11)

E Dalla relazione risultante ne consegue che un aumento della corrente di commutazione di base porta ad una diminuzione della durata dell'impulso frontale della corrente di collettore. Se, durante la formazione del fronte, la corrente capacitiva è paragonabile alla corrente di collettore del transistor, quindi per calcolare t f nella formula (7.11) è necessario sostituire t con t eq da (7.8).

P dopo che il transistor è entrato in modalità saturazione, le correnti k e la tensione u k cessano di cambiare, ma il processo di accumulo di carica continua secondo la legge esponenziale secondo l'espressione (7.9), tuttavia, la costante di tempo qui è diversa: t us = (0,8...0,9)t.

Poiché il processo di accumulazione è di natura esponenziale, il tempo durante il quale la carica dei vettori minoritari raggiunge un valore stazionario può essere calcolato utilizzando la formula tus = (0,8...0,9)tus.

Questo completa il processo di accensione dell'interruttore a transistor.

Principio di funzionamento dell'interruttore a transistor

I dispositivi che elaborano segnali a impulsi sono chiamati dispositivi a impulsi. Tra i vari dispositivi a impulsi Le chiavi elettroniche occupano un posto di rilievo. Nessuna corrente scorre attraverso un interruttore aperto ideale. La tensione ai capi di un interruttore chiuso ideale è zero. Lo stato chiave cambia sotto l'influenza dei segnali forniti a uno o più ingressi.
Maggior parte ampia applicazione Come interruttori elettronici, ho trovato una cascata di transistor secondo un circuito con un OE in classe di guadagno D (cioè in modalità interruttore). Lo schema di una tale cascata è mostrato in Fig. 15.2. Nella modalità di commutazione, il transistor può trovarsi in uno dei due stati: nello stato di interruzione o nello stato di saturazione.
Nello stato di interruzione, la chiave è aperta. Solo una piccola corrente inversa scorre attraverso il transistor IOke O. Tensione nella sezione collettore-emettitore. Perdita di potenza nel transistor Marcisce =IOke O × UA piccolo perché la corrente è piccola.
Affinché l'interruttore a transistor sia nello stato aperto, è necessario applicare una tensione di polarizzazione negativa alla base, ad es. . A questo scopo viene spesso utilizzata un'ulteriore fonte di bias: Sì e resistore R 2 (linea tratteggiata in Fig. 15.2) Con questo collegamento la tensione di polarizzazione viene creata da due sorgenti Sì e la fonte attuale IOke oh, cioè
. (15.1)
Credere UB< 0, получим
,



Dove
. (15.2)
Quando il transistor è in stato di saturazione, chiave elettronica Chiuso. Attraverso il transistor scorre una corrente di saturazione, il cui valore è limitato da un resistore RA. Trascurando la bassa tensione di saturazione, possiamo scrivere
. (15.3)
La modalità di saturazione viene raggiunta alla corrente di base
. (15.4)
Come nella modalità di interruzione, la potenza persa nel transistor in modalità di saturazione è piccola perché ce n'è poca UN.
La corrente di base in modalità saturazione è creata da sorgenti di tensione UVX E MES. In questo caso la sezione base-emettitore del transistor può essere considerata in cortocircuito. Ecco perché
.
La condizione di saturazione (15.4) assume la forma
. (15.5)
L'espressione (15.5) consente di determinare il valore richiesto R 1.
Attualmente le chiavi elettroniche sono prodotte in versioni a microcircuito. Ad esempio, il microcircuito K564 KT3 contiene quattro interruttori bidirezionali ed è progettato per la commutazione di segnali analogici e digitali con una corrente fino a 10 mA.

1. Tasti sui transistor bipolari............................................ ......................................2

1.1.Informazioni generali............................................... ..................................................... ........... .......2

a) Chiave ideale............................................ .................................................... .......................2

b) La vera chiave.................................... .................................................... .............. ........2

c) Circuiti di commutazione a transistor............................. .................................... 3

1.2.Modello di un transistor bipolare............................................ ...................................... 3

1.3.Modalità operativa bipolare transistor npn.......................................................... 4

1.Modalità attiva:................................................ ...................................................... ............ ..4

2.In modalità di interruzione:.................................. ...................................................... .............. .4

2.a) In modalità di taglio profondo:................................. ........................................4

2.b) Limite di cut-off con modalità attiva:................................. ......................5

3.In modalità saturazione:................................................ .................................................... 5

3.a) Limite di saturazione con modalità attiva:.............................. ....................5

4.Modalità inversa.................................... ...................................................... ...5

1.4.Interruttore a transistor con OE............................................ ............................................................ 6

2. Parametri residui della chiave su BT.............................................. ......................................9

2.1.Parametri residui di un transistor chiuso................................................ ........ .............9

2.2.Parametri residui del transistor saturo............................................ ........ .....12

3. Interruttore a transistor composito.............................. ...................................... 15

3.1.???........................................................................................................................... 15

a) Se il transistor VT1 è bloccato, allora................................... ..... ......................17

b) Se il transistor è saturo, allora................................... ..... .................... 17

3.2.Transistor multi-emettitore in modalità di commutazione................................ ………… 19

a) Servire bassa tensione a qualsiasi ingresso................................................ .........................20

2. Accende i transistor bipolari

2.1. informazioni generali

Gli interruttori a transistor sono dispositivi che commutano (chiudono o aprono) circuito elettrico utilizzando un segnale di ingresso di controllo.

Applicazione delle chiavi: sono la base dei microcircuiti.

Le chiavi hanno due stati statici: chiuso e aperto.

1) Chiave ideale

Riso. 1.1.a: Schema chiave

Stato chiuso(x.x.) resistenza chiave Stato aperto(x.x.)

Transizione ideale la chiave da uno stato all'altro avviene istantaneamente, ad es. La durata dei processi transitori è "0".

2) Vera chiave

ha una resistenza finita http://pandia.ru/text/78/356/images/image009_52.gif" width="72 Height=25" Height="25">.

Allo stato aperto una piccola corrente scorre in una vera chiave..jpg" width="230" Height="267">

Riso. 1.1.b: chiave OE

Riso. 1.1.c: OB chiave

Riso. 1.1.g: Tasto OK

guadagno di corrente e tensione

dipende da

La possibilità della loro attivazione sequenziale dipende dalle proprietà delle chiavi.

I transistor nelle chiavi elettroniche possono funzionare nelle seguenti modalità:

· tagli;

· saturazione;

· attivo;

· inverso.

- coefficiente di iniezione;

http://pandia.ru/text/78/356/images/image020_35.gif" width="90" Height="25">- coefficiente di diffusione;

Le chiamate" href="/text/category/koll/" rel="bookmark">collector sono trascurabili;

http://pandia.ru/text/78/356/images/image023_32.gif" width="137" Height="50"> - coefficiente di trasferimento.

2) non si tiene conto dell'effetto della modulazione della larghezza di base al variare della tensione alla giunzione base-collettore (l'efficienza dell'emettitore non dipende dalla corrente);

3) la densità di corrente di iniezione è bassa (il grado di drogaggio di base rimane costante e basso).

2.3. Modalità operativa del transistor bipolare n-p-n

In qualsiasi circuito, indipendentemente dal fatto che funzioni in modalità statica o dinamica, il transistor in un dato momento funziona in una delle seguenti modalità: attiva, interruzione, saturazione, inversa.

1. Modalità attiva:

La giunzione dell'emettitore è polarizzata direttamente, la giunzione del collettore è polarizzata inversamente. Potenziale criterio della modalità attiva n-p-n A proposito:

Riso. 1.3.a: ???

2. In modalità interruzione:

le giunzioni dell'emettitore e del collettore sono polarizzate nella direzione opposta..gif" larghezza="64" altezza="25 src=">.

2.1) Nella modalità di taglio profondo:

se la tensione che blocca le giunzioni dell'emettitore e del collettore supera notevolmente il potenziale di temperatura.

Criterio potenziale:

http://pandia.ru/text/78/356/images/image028_24.gif" larghezza="92" altezza="25">;

http://pandia.ru/text/78/356/images/image029_24.gif" larghezza="92" altezza="25">;

2.2) Limite di cut-off con modalità attiva:

se la giunzione del collettore è bloccata e la tensione sulla giunzione dell'emettitore è "0".

http://pandia.ru/text/78/356/images/image026_27.gif" larghezza="64" altezza="25">;

3. In modalità saturazione:

entrambe le giunzioni sono polarizzate direttamente (modalità doppia iniezione).

http://pandia.ru/text/78/356/images/image026_27.gif" larghezza="64" altezza="25">;

3.1) Limite di saturazione con modalità attiva:

se la giunzione dell'emettitore è polarizzata direttamente e la tensione sulla giunzione del collettore è zero:

http://pandia.ru/text/78/356/images/image031_21.gif" larghezza="64" altezza="25">;

4. Modalità inversa

chiamata la modalità in cui la giunzione dell'emettitore è polarizzata nella direzione opposta e la giunzione del collettore è polarizzata direttamente. In questo caso, il collettore funziona come emettitore, cioè inietta i portatori nella base e l'emettitore svolge le funzioni di un collettore.

http://pandia.ru/text/78/356/images/image026_27.gif" larghezza="64" altezza="25">.

Negli interruttori a transistor, il transistor può funzionare in tutte le modalità specificate. Se il BT funziona in modalità di interruzione o in modalità attiva con correnti di collettore molto basse, si tratta di un interruttore aperto. Se funziona in modalità saturazione o modalità attiva con correnti di collettore elevate, agisce come un interruttore chiuso. Durante la transizione da uno stato all'altro, il BT funziona in modalità attiva.

2.4. Interruttore a transistor con OE

Nello stadio amplificatore, il BT funziona con piccoli segnali () in modalità attiva. Nella chiave - con quelli grandi.

Punto A- l'intersezione della linea di carico con la linea caratteristica corrisponde alla modalità attiva.

A questo puntohttp://pandia.ru/text/78/356/images/image037_21.gif" width="197" Height="25 src=">,

dove http://pandia.ru/text/78/356/images/image039_22.gif" larghezza="28" altezza="25 src=">.gif" larghezza="79" altezza="25 src="> . Il segno “-” significa che ha cambiato direzione opposta a quella mostrata nel diagramma. Il cambio di direzione è possibile se la polarità del segnale di ingresso è (). Ciò significa che la giunzione dell'emettitore è polarizzata inversamente. La direzione di spostamento della giunzione del collettore non è cambiata e rimane invertita.

Pertanto, nel punto "O" entrambe le transizioni vengono spostate nella direzione opposta e questo punto corrisponde a modalità di interruzione del transistor.

Se si aumenta il segnale di ingresso, il punto di funzionamento passerà per il punto “A”, la corrente di base aumenterà e il punto di funzionamento si sposterà lungo la retta del carico verso il punto “H”.

All'aumentare della corrente di base e della corrente del collettore, la tensione del collettore diminuisce:

.

Finché il transistor funziona in modalità attiva, la corrente del collettore è correlata alla corrente di base secondo il rapporto:

dove http://pandia.ru/text/78/356/images/image045_18.gif" width="31" Height="25"> e il collettore corrente:

http://pandia.ru/text/78/356/images/image045_18.gif" width="31" Height="25">-??? corrente di base.

Voltaggio del collettore:

Quindi http://pandia.ru/text/78/356/images/image049_15.gif" width="42" Height="25 src=">sono frazioni di volt e

cioè raggiunge il suo valore massimo.

In modalità saturazione http://pandia.ru/text/78/356/images/image053_16.gif" width="28" Height="25"> e non dipende dai parametri del transistor.

La connessione lineare http://pandia.ru/text/78/356/images/image040_21.gif" width="25" Height="25 src=">è interrotta. Non appena la modalità transistor si sposta al punto “H ", la corrente del collettore cessa di dipendere dalla corrente di base. Un aumento della corrente di base non porta ad un cambiamento notevole nella corrente del collettore, cioè la posizione del punto operativo "H" praticamente non cambierà.

Il transistor è cambiato alla modalità di saturazione.

Il transistor è al limite di saturazione quando ..gif" larghezza="64" altezza="25 src=">), è chiamata corrente di base limite.

Criterio di saturazione attuale:

Pertanto, la modalità di saturazione non è determinata dai valori assoluti delle correnti, ma rapporto corrente di base e corrente limite di base.

Se il transistor funziona in modalità saturazione (), un aumento porta ad un aumento della profondità di saturazione.

Grado di saturazione http://pandia.ru/text/78/356/images/image058_16.gif" width="162 altezza=56" altezza="56">

3. Parametri chiave residui su BT

3.1. Parametri residui di un transistor chiuso

a) Quando cambia il valore della tensione di blocco sulla giunzione dell'emettitore, cioè quando cambia la profondità di interruzione (), la corrente di base non cambia e rimane uguale . Questa uguaglianza si chiama attuale criterio di esclusione.

b) Sia in modalità di taglio profondo che al confine di taglio , corrente dell'emettitore.

Il circuito equivalente della chiave in modalità cut-off può essere rappresentato come:

Commutare la tensione di uscita

http://pandia.ru/text/78/356/images/image066_12.gif" larghezza="104" altezza="25">;

http://pandia.ru/text/78/356/images/image068_11.gif" larghezza="120" altezza="50 src=">.

Per mantenere la modalità di interruzione quando si passa da e resistenze, è necessario soddisfare la seguente condizione:

chiaro:sinistra; margine sinistro:20px;">

La soglia di spegnimento di un transistor è un valore condizionale..gif" larghezza="45" altezza="25">. Solitamente accettato.

3.2. Parametri residui di un transistor saturo.

Riso. 2.2.a Designazione delle tensioni ai terminali del transistor

a) La più piccola delle tensioni residue è . Pertanto, è desiderabile utilizzare un interruttore tale che la tensione residua sia , ovvero il circuito preferito è un interruttore con OE.

b) Dipendenza delle tensioni residue dal grado di saturazione

Riso. 2.2.b: Dipendenza delle tensioni residue dal grado di saturazione

sono le tensioni alle giunzioni aperte, aumentano all'aumentare.

diminuisce con l'aumento.

c) Nei transistor reali, le tensioni residue dipendono dalle cadute di tensione attraverso le resistenze volumetriche degli strati. A correnti elevate, le cadute di tensione aumentano.

Poiché lo strato “K” ha una grande resistenza e lunghezza??? la corrente che lo attraversa è elevata, nel progetto del transistor epitassiale-planare viene introdotto un sottostrato nascosto "n+".

d) La debole dipendenza delle tensioni interelettrodiche da “N” ci consente di presentare il circuito equivalente di un transistor in modalità saturazione nella seguente forma:

http://pandia.ru/text/78/356/images/image086_7.gif" larghezza="240" altezza="47 src=">.

Perché le tensioni residue sono piccole rispetto alla tensione di alimentazione 0 " style="border-collapse:collapse">

Riso. 2.2.d: Punto equipotenziale transistor

4. Interruttore a transistor composito

4.1. ???

Se il carico della chiave OE ha una capacità sufficientemente grande, la chiave avrà prestazioni basse.

Supponiamo che il transistor nel circuito della chiave si spenga immediatamente.

Riso. 3.1.a: Schema dei tasti dopo la commutazione (prima era saturo)