Tranzistorový spínač je základným prvkom zariadení informačnej elektroniky a mnohých zariadení výkonovej elektroniky.

Na obr. 9.11a ukazuje schému najjednoduchšieho zapnutého kľúča bipolárny tranzistor, zapojený podľa obvodu so spoločným emitorom, na obr.9.11b je schéma vstupného napätia a na obr. 9,11 V – výstupné napätie.

Najprv sa pozrime na činnosť tranzistorového spínača v ustálenom stave. Do času t 1 je prechod emitoru tranzistora zablokovaný záporným vstupným napätím, tranzistor je v režime cutoff.

Obr.9.11. Schéma najjednoduchšieho spínača na bipolárnom tranzistore a schémy jeho činnosti

V tomto režime platí I K = -I b =I K 0 (I K 0 je spätný kolektorový prúd), I E 0. Zanedbaním malého spätného kolektorového prúdu I K0 dostaneme i k = i b  0. V tomto prípade U R b  U R k  0; U je  U 2; U ke  E K. (obr. 9.11 c).

V intervale t 1  t 2 sa hodnota odporu R b a vstupného napätia U 1 volí tak, aby sa tranzistor nachádzal v oblasti saturácie, alebo blízko nej.

V tomto režime je tranzistor otvorený a sú splnené nasledujúce vzťahy:

Nízky vstupný (riadiaci) potenciál teda zodpovedá vysokému potenciálu na výstupe spínača a naopak. Tento režim činnosti sa nazýva inverzný. Často kľúčové obvody pracujú proti sebe a vtedy bude mať vstupné (riadiace) napätie podobu výstupného signálu, čo znamená, že pri zohľadnení možného rušenia na vstupe musia byť parametre obvodu vypočítané tak, aby vstupné napätie nebolo prekročiť určitú prahovú hodnotu. Napríklad u kremíkových tranzistorov je spoľahlivé spínanie zabezpečené úrovňou 0,4 V. Spoľahlivé odblokovanie tranzistora je zabezpečené za predpokladu, že je splnený nasledujúci vzťah:

. Okrem toho je potrebné vziať do úvahy, že R K je potrebné zvoliť tak, aby pri otvorenom tranzistore kolektorový prúd neprekročil maximálne prípustné pre zvolený typ tranzistora. Teda

.

Spoľahlivé otvorenie tranzistora je sprevádzané jeho prechodom do oblasti saturácie, pričom v kolektorovom obvode tečie prúd I Knas. , definovaný vzťahom

. Napätie U CE v režime saturácie je pre rôzne typy tranzistorov rôzne a zvyčajne leží v rozsahu 0,08 ÷ 1 V. Minimálny prúd bázy potrebný na zabezpečenie režimu saturácie je určený výrazom:

.

Hĺbka saturácie sa odhaduje pomocou saturačného koeficientu qus, ktorý ukazuje, koľkokrát je skutočný základný prúd väčší ako minimálna hodnota základného prúdu, ktorá je potrebná na zabezpečenie režimu saturácie. To je:

.

Ak je vybraté q, môžeme vypočítať kľúčové prvky v statickom režime. Pritom by sme sa mali riadiť nasledujúcimi úvahami. Režim saturácie musí byť poskytnutý pre rôzne inštancie tranzistorov zvoleného typu v danom teplotnom rozsahu. Zvýšenie základného prúdu v režime nasýtenia znižuje hodnotu U CE, čím sa znižuje výkon uvoľnený vo výstupnom obvode tranzistora, ale súčasne sa zvyšuje výkon uvoľnený v jeho vstupnom obvode. Okrem toho zvýšenie základného prúdu znižuje čas prechodu z uzavretého stavu do otvoreného stavu (do režimu saturácie), ale oneskoruje čas, počas ktorého tranzistor opustí režim saturácie. Na základe týchto úvah je pri výpočtoch q us =1,5 ÷ 2.

Dynamický režim činnosti kľúča znázorneného na obr. 9.11 budeme uvažovať na časových diagramoch jeho činnosti. Obrázok 9.12 ukazuje časové diagramy, ktoré vysvetľujú proces zapínania tranzistorového spínača.

Obr.9.11. Časové diagramy pre zapnutie tranzistorového spínača

Keď sa pripojí vstupné spínacie napätie, začne sa dobíjanie bariérových kapacít prechodov emitor S E a kolektor SK, preto, keď sa v čase t 1 náhle zmení vstupné napätie, tranzistor zostane zablokovaný, pretože napätie na jeho vstupnej kapacite sa nemôže zmeniť. náhle. Prúd začne pretekať cez základný odpor, pričom sa zmení U, hoci samotný tranzistor zostáva zablokovaný. Čas oneskorenia možno približne určiť podľa vzorca:

t3 = in,

kde  in = R b (S E + S K), U bo - počiatočný posun U b e - spôsobený vyčnievajúcim vstupným napätím - U 2.

Hodnota t 3 zvyčajne nie je veľká. Preto sa tento čas pri výpočtoch často zanedbáva.

Keď napätie Ube dosiahne určitú prahovú hodnotu U je prahová hodnota, tranzistor sa začne odomykať a vytvorí prednú časť výstupného signálu tf. V tomto prípade sa kolektorový prúd zvyšuje exponenciálne, kým tranzistor neprejde do režimu saturácie. V tomto čase U eq =U out exponenciálne klesá, až kým sa nedosiahne hodnota U e us. .

Trvanie negatívnej hrany možno určiť podľa vzorca:

,

kde  a je časová konštanta základného obvodu,

- základný prúd pri prechode do režimu nasýtenia.

Rádovú veľkosť negatívneho frontu možno odhadnúť na základe typického príkladu. Takže, ak  a =2 μs;  st = 50;

= 1 mA;

= 5 mA, potom = 0,2 us.

Celkový čas zopnutia tranzistora je určený súčtom t 3 + t f.

Počnúc momentom t 3 sa prúdy kolektora, emitora a bázy prakticky nemenia, avšak náboj v báze stále rastie s časovou konštantou  H a končí po čase t H = (2÷3) H.

Proces vypínania tranzistorového spínača je znázornený na obr. 9.12. a začína od okamihu, keď sa použije vstupný negatívny riadiaci potenciál (-U 2) (čas t 1), proces vypínania tranzistora prebieha v dvoch fázach: resorpcia prebytočného náboja (až do času t 2) a tvorba kladná hrana (do času t 3).

Náboj nahromadený v báze otvoreného tranzistora sa nedá okamžite rozptýliť a po určitú dobu sa kolektorový prúd nemení. Pri dostatočne veľkom blokovacom napätí môže byť doba resorpcie určená vzorcom

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

kde  H je časová konštanta nasýtenia; I b – skok v základnom prúde v momente, keď sa vypínač začne vypínať. V intervale resorpcie je základný prúd (bez zohľadnenia Ube) určený vzťahom:

.

Obr.9.12. Časové diagramy pre vypnutie tranzistorového spínača

Počas intervalu tvorby kladného frontu sa koncentrácia nerovnovážnych nosičov ďalej znižuje, prúd Ik výrazne klesá a napätie Uke sa zvyšuje. Na konci času vypnutia (po čase t 3) sa kolektorový prúd rovná základnému prúdu, prechod emitoru je predpätý v opačnom smere, prúd bázy rýchlo klesá a stáva sa takmer rovným nule.

V uvažovanej schéme je čas resorpcie t disipácia výrazne dlhší ako všetky ostatné časy, takže čas rozpadu a usadzovania sa môže zanedbať. Treba mať na pamäti, že čím väčší je modul základného spínacieho prúdu, tým kratší je čas resorpcie a čím väčší je koeficient nasýtenia, tým dlhší je čas resorpcie.

Kvantitatívna analýza prechodných procesov sa najpohodlnejšie vykonáva pomocou softvérových balíkov na strojovú analýzu elektronických obvodov (napríklad Micro - Cap V atď.)

Jedným zo spôsobov, ako zvýšiť výkon, je zabrániť saturácii tranzistora, aby sa skrátil čas resorpcie pomocou špeciálnych obvodových riešení. Na obr. Obrázok 9.13 zobrazuje možnosť implementácie pre nenasýtený tranzistorový spínač s nelineárnou zápornou napäťovou spätnou väzbou na vysokofrekvenčnej dióde.

Obr.9.13. Možnosť implementácie nenasýteného kľúča

Predpätie Ucm v takomto obvode sa volí v rozsahu 0,4÷ 0,6V. Schéma funguje nasledovne. Kým je tranzistor dostatočne vzdialený od oblasti saturácie, dióda VD je uzavretá napätím E K. Na hranici aktívneho režimu a režimu saturácie sa napätie U KB blíži k nule a dióda sa otvára v dôsledku U CM. Potom sa časť prúdu zdroja vstupného signálu rozvetví do obvodu diódy, prúd bázy sa zníži a tranzistor neprejde do saturačného režimu.

Na obr. Obrázok 9.14 zobrazuje verziu nenasýteného spínacieho obvodu, v ktorom je nelineárna negatívna spätná väzba implementovaná cez Schottkyho diódu so zapínacím napätím približne 0,25 V. Pri použití Schottkyho diódy nie je potrebný žiadny ďalší zdroj predpätia.

Obr.9.14. Nenasýtený spínač na Schottkyho dióde

Pre opísanie prevodného obvodu a zostavenie jeho matematického modelu je vetva so spínačom nahradená aktívnym odporom R (t), charakter zmeny v čase je daný súčinom odporu spínača v rozpojenom stave (veľký v hodnota, ale konečná) pomocou CF, ktorá sa mení z nuly na jednu v momentoch prepínania kľúča. Vysvetlime si to na príklade AC RO s dvoma prepínačmi.  

Aby sa znížili zavedené chyby, vzorkovacie a pamäťové zariadenia musia mať v režime uloženia malý prechod signálu dopredu, nízku úroveň rušenia spínania, analógovo riadené spínače nesmú mať zvyškové napätie, výrazné zvodové prúdy v otvorenom stave, odpor spínača v zatvorenom stave stav musí byť minimálny, polarita spínaného signálu - ľubovoľná.  

Počet znakov deliaceho koeficientu je určený možným rozsahom odporov rezistorov, pretože, ako je zrejmé z obr. 5 - 4, v, aby sa neovplyvnili zvyškové parametre kláves, nižší odpor by mal byť 1 - 2 rády väčší odpor gk zatvoreného kľúča a väčší odpor je o 2 - 3 rády menší ako odpor RK otvoreného kľúča.  

Vstupné napätie U je pripojené k záťaži pomocou riadiacich impulzov, ktoré prepínajú tranzistory T1 a T% do režimu hlbokej saturácie. Súčasne odpor kľúča prudko klesá a na výstup obvodu sa privádza napätie U. O starostlivý výber tranzistorov dokáže spínač spínať veľmi malé signály s chybou cca 20 μV v určitom teplotnom rozsahu.  

Spätný prúd otvoreného symetrického spínača sa rovná polovici rozdielu spätných prúdov tranzistorov. Odpor uzavretého spínača na germániových tranzistoroch je asi 10 ohmov, na kremíkových - 30 ohmov. Pri použití kremíkových tranzistorov spätný spínací prúd nepresahuje 0 1 μA, germániové tranzistory - 5 μA.  

Pri zopnutom spínači K je jeho odpor určený prechodovým prechodovým odporom; keď je spínač K otvorený, jeho odpor je určený izolačným odporom obvodu. V praxi je odpor uzavretého spínača nulový a odpor otvoreného spínača je nekonečný.  

V skutočnosti sa odpor kľúča nemôže náhle zmeniť z nuly na nekonečno, pretože veľké napätia medzi kontaktmi kľúča spôsobia medzi nimi elektrickú iskru resp. elektrický oblúk. Okrem toho má každá cievka rozloženú kapacitu medzi svojimi závitmi, rovnako ako existuje kapacita medzi rozbiehavými kontaktmi kľúča; preto proces spínania nastáva v konečnom časovom úseku At, počas ktorého je dokončený rýchlo plynúci proces prechodu od okamihu začiatku do okamihu konca spínania. Tento prechodový proces, v závislosti od vzťahu parametrov, môže byť aperiodický alebo oscilačný s veľmi vysokou frekvenciou a energetický rozdiel WM (- 0) - WM (0) sa vynakladá na odpor obvodu, najmä na odpor medzi kľúčovými kontaktmi, alebo vo veľmi radiácii vysoká frekvencia. Tento proces, ktorý prebieha v čase At, nepovažujeme za vyššie spomínanú idealizáciu. Ale ak to zvážime, tak budú platiť výroky formulované v § 9.4. fyzické stavy komutácia - nemennosť prúdov v cievkach a napätí na kondenzátoroch, ako aj nemennosť energií uložených v cievkach a kondenzátoroch.  

V skutočnosti sa odpor kľúča nemôže náhle zmeniť z nuly na nekonečno, pretože veľké napätie medzi kontaktmi kľúča spôsobí medzi nimi elektrickú iskru alebo elektrický oblúk. Okrem toho má každá cievka rozloženú kapacitu medzi svojimi závitmi, rovnako ako existuje kapacita medzi rozbiehavými kontaktmi kľúča; preto proces spínania nastáva v konečnom časovom úseku At, počas ktorého je dokončený rýchlo plynúci proces prechodu od okamihu začiatku do okamihu konca spínania. Tento prechodový proces v závislosti od vzťahu parametrov môže byť aperiodický alebo oscilačný s veľmi vysokou frekvenciou a rozdiel energie WM (- 0) - 1 m (0) sa spotrebúva v odpore obvodu, najmä v odpor medzi kontaktmi kľúča alebo pri žiarení pri veľmi vysokej frekvencii. Tento proces, ktorý prebieha v čase A, nie je vo vyššie uvedenej idealizácii uvažovaný. Ale ak to zvážime, tak budú platiť fyzikálne spínacie podmienky formulované v § 9 - 3 - nemennosť prúdov v cievkach a napätí na kondenzátoroch, ako aj nemennosť energií uložených v cievkach a kondenzátoroch.  

V skutočnosti sa odpor kľúča nemôže náhle zmeniť z nuly na nekonečno, pretože veľké napätie medzi kontaktmi kľúča spôsobí medzi nimi elektrickú iskru alebo elektrický oblúk. Tento prechodový proces, v závislosti od vzťahu medzi parametrami, môže byť aperiodický alebo oscilačný s veľmi vysokou frekvenciou a energetický rozdiel Ww (- 0) - W № (0) sa spotrebuje v odpore obvodu, najmä v odpor medzi kontaktmi kľúča alebo pri žiarení pri veľmi vysokej frekvencii. Ale ak to zvážime, tak budú platiť fyzikálne spínacie podmienky formulované v § 9 - 3 - nemennosť prúdov v cievkach a napätí na kondenzátoroch, ako aj nemennosť energií uložených v cievkach a kondenzátoroch.  

V obvode DAC s tranzistorovými generátormi prúdu je možné prepínanie prúdu vykonávať v kolektorovom obvode. V tomto prípade odpor kľúča nespôsobuje znateľnú chybu v dôsledku vysokého odporu obvodu. Zamknuté netesnosti kľúčov však môžu viesť k značnej nepresnosti. Celkový únik všetkých uzamknutých kľúčov by nemal presiahnuť polovicu prúdu nízkeho rádu.  

Napríklad nelinearitu odporu spínača pri rozpojenom spínači a jeho závislosť od teploty je možné zoslabiť zapojením odporu do série s kľúčom, ktorého odpor je podstatne väčší ako odpor spínača. Odpor tranzistory s efektom poľa v otvorenom stave sa zvyčajne pohybuje od 50 do 200 ohmov. Zaradenie odporu s odporom 2 - 5 kOhm do série s tranzistorom prakticky eliminuje chybu spôsobenú nelinearitou a závislosťou odporu spínača od teploty.  

Zatvorenie tlačidla /C vedie k rýchlemu vybitiu kondenzátora. Rýchlosť vybíjania závisí od odporu kľúča v zatvorenom stave. Dopredná dráha pílového napätia v tomto obvode sa vytvára, keď je spínač otvorený, a spätná dráha sa vytvára, keď je spínač zatvorený. Na implementáciu tohto princípu musí generátor obsahovať nabíjacie alebo vybíjacie zariadenie, integračný kondenzátor a spínač.  

V delta-sigma prevodníkoch je možné na generovanie prúdových impulzov použiť aj odpor a stabilizovanú napäťovú referenciu, pretože súčtový bod je v skutočnosti na potenciáli zeme. V tomto prípade je potrebné zabezpečiť, aby odpor uzavretého kľúča bol menší ako odpor odporu a zmeny odporu kľúča nespôsobili drift.  

Tranzistor prejde z režimu cutoff do režimu saturácie a späť nie okamžite, ale po určitú dobu. Toto zotrvačnosť bipolárneho tranzistora je spôsobená dvoma hlavnými faktormi: akumuláciou minoritného nosného náboja v báze a kapacitami kolektorových C a emitorových C prechodov. Okrem toho je trvanie prechodných procesov tranzistorového spínača ovplyvnené zaťažovacou kapacitou S n .

Výpočet trvania prechodových procesov v tranzistorovom spínači sa vykonáva metódou nabíjania založenou na skutočnosti, že v báze je kompenzovaný objemový náboj menšinových nosičov, t.j. báza je elektricky neutrálna.

Spôsob nabíjania. Keďže v báze (p-oblasti) sú menšinovými nosičmi elektróny, potom keď u je > U otn, základný prúd i b (t) určuje rýchlosť akumulácie elektrónov dq/dt v nej (q je náboj menšinových nosičov) a kompenzuje ich pokles q/t v dôsledku rekombinácie (t je životnosť minoritných nosičov v báze). Okrem toho základný prúd ide na dobíjanie kondenzátorov "Sk a Se pri zmene napätia na prechodoch.

Ak sú kapacitné prúdy kolektorových a emitorových prechodov malé, potom je rovnica (7.2) zjednodušená:

dq/dt + q/t = ib (t) (7,3)

V stacionárnom stave, keď dq/dt = 0,

q = tib, (7,4)

t.j. prebytočný náboj menšinových nosičov v báze je úmerný prúdu bázy. Tento pomer platí nielen v aktívny režim, ale aj v režime saturácie tranzistora.

Pomocou rovníc (7.2) alebo (7.3) je možné určiť priestorový náboj menšinových nosičov v báze ako funkciu času. Pri výpočte impulzných obvodov pomocou tranzistorov je však hlavným záujmom určiť zákon zmeny kolektorového prúdu.

V aktívnom režime činnosti tranzistora, za predpokladu, že rozloženie koncentrácie menšinových nosičov náboja v báze je lineárne, existuje vzťah, ktorý so známou aproximáciou udáva vzťah medzi nábojom menšinových nosičov v báze. a kolektorový prúd tranzistora:

(7.5)

Tento vzťah platí v stacionárnom režime s vysokou presnosťou. Pri prechodnom režime, ktorého trvanie je primerané dobe šírenia nosiča pozdĺž bázy, je však porušená lineárna povaha distribúcie menšinových nosičov v báze.

Riešením rovníc (7.2) alebo (7.3) a použitím vzťahu (7.5) možno určiť zákon zmeny kolektorového prúdu pre daný základný prúd. Transformujme rovnicu (7.3) podľa Laplacea, pretože to zjednodušuje postup riešenia rôznych počiatočných podmienok:

(7.6)

kde q(0) je počiatočná hodnota náboja menšinových nosičov v základe; R - Laplaceov operátor.

Oneskorenie zapnutia. Uvažujme o procese zapínania tranzistorového spínača za predpokladu, že v okamihu času /o na jeho vstupe sa napätie náhle zmení z U b - na U b + (obr. 7.5). Prúd je nastavený v základnom obvode

Riadiace napätie sa síce náhle mení, ale potenciálny rozdiel medzi bázou a emitorom, spôsobený predovšetkým prítomnosťou kapacít C e a C k, sa zvyšuje na hodnotu U ot, pri ktorej sa tranzistor otvára, nie však okamžite, ale po určitom čase. . Impulz kolektorového prúdu teda začína v časovom okamihu, t.j. s určitým oneskorením v porovnaní s momentom priloženia odblokovacieho napätia. Časový interval t building = t 1 – t 0 trvanie fázy oneskorenia - čas, pri ktorej dochádza k dobíjaniu kondenzátorov S e a S k . Keďže v tomto čase tranzistorom pretekajú kapacitné prúdy, ekvivalentný obvod tranzistora sa prepne

Ryža. 7.6. Ekvivalentný kľúčový obvod

Ryža. 7 5. Prechodné procesy v kľúči OE

n

a oneskorovací stupeň obsahuje externé odpory a kapacity prechodu (obr. 7.6).

V tranzistorovom spínači, zvyčajne Rb > Rk, preto pri zanedbaní Rk dostaneme obvod prvého rádu, ktorého prechodový proces je určený vzťahom

Keď je zaťažovacia kapacita tranzistorového spínača Cn úmerná alebo väčšia ako celková kapacita prechodov,

Po vystriedaní dostaneme

Fáza oneskorenia sa skončí, keď

Preto

Formovanie prednej časti. Keď sa v čase t 1 otvorí prechod emitora, začne sa proces zvyšovania kolektorového prúdu sprevádzaný poklesom kolektorového napätia. Kolektorový prúd sa zvyšuje až do času t 2, kedy tranzistor vstúpi do saturačného režimu. V časovom intervale t 1 … t 2 . tvorí sa predná časť prúdového impulzu. Predné trvanie t f = t 1 + t 2 možno určiť z rovnice (7.6). Keďže počiatočný priestorový náboj q(0) = 0, a

Dosadením výrazu (7.9) do (7.5) dostaneme:

Objemový náboj menšinových nosičov v základni a kolektorový prúd sa teda počas tvorby prednej časti menia podľa exponenciálneho zákona. Keď i to (t 2) = I to a náboj menšinových nosičov v báze dosiahne hodnotu q (t 2) = tI to us/h 21e, formovanie predných končí. Pomocou vzťahu (7.9) získame vzorec na výpočet trvania frontu

(7.11)

A Z výsledného vzťahu vyplýva, že zvýšenie základného spínacieho prúdu vedie k zníženiu trvania predného impulzu kolektorového prúdu. Ak je pri vytváraní čela kapacitný prúd porovnateľný s kolektorovým prúdom tranzistora, potom na výpočet t f vo vzorci (7.11) je potrebné nahradiť t t eq z (7.8).

P po prechode tranzistora do režimu saturácie sa prúdy k a napätie u k prestanú meniť, ale proces akumulácie náboja pokračuje podľa exponenciálneho zákona v súlade s výrazom (7.9), časová konštanta je tu však iná: t us = (0,8... 0,9) t.

Pretože proces akumulácie je exponenciálnej povahy, čas, počas ktorého náboj menšinových nosičov dosiahne stacionárnu hodnotu, možno vypočítať pomocou vzorca tus = (0,8...0,9)tus.

Tým sa dokončí proces zapnutia tranzistorového spínača.

Princíp činnosti tranzistorového spínača

Zariadenia, ktoré spracovávajú impulzné signály, sa nazývajú impulzné zariadenia. Medzi rôznymi pulzné zariadenia Elektronické kľúče zaujímajú popredné miesto. Cez ideálny otvorený spínač nepreteká žiadny prúd. Napätie na ideálnom uzavretom spínači je nulové. Stav kľúča sa mení pod vplyvom signálov privádzaných do jedného alebo viacerých vstupov.
Väčšina široké uplatnenie Ako elektronické spínače som našiel tranzistorovú kaskádu podľa obvodu s OE v triede zisku D (t.j. v režime spínača). Schéma takejto kaskády je znázornená na obr. 15.2. V režime spínania môže byť tranzistor v jednom z dvoch stavov - v stave cutoff alebo v stave saturácie.
V odpojenom stave je kľúč otvorený. Tranzistorom preteká len malý spätný prúd jake O. Napätie v sekcii kolektor-emitor. Strata energie v tranzistore Hnije =jake O × UKomu malý, pretože prúd je malý.
Aby bol tranzistorový spínač v otvorenom stave, je potrebné na bázu priviesť záporné predpätie, t.j. . Na tento účel sa často používa dodatočný zdroj predpätia - Áno a odpor R 2 (bodkovaná čiara na obr. 15.2) Pri tomto zapojení je predpätie vytvorené dvoma zdrojmi Áno a aktuálny zdroj jake oh, t.j.
. (15.1)
Veriaci Ub< 0, получим
,



kde
. (15.2)
Keď je tranzistor v saturovanom stave, elektronický kľúč ZATVORENÉ. Tranzistorom preteká saturačný prúd, ktorého hodnota je obmedzená odporom RKomu. Zanedbaním nízkeho saturačného napätia môžeme písať
. (15.3)
Režim saturácie sa dosiahne pri základnom prúde
. (15.4)
Rovnako ako v režime prerušenia je strata výkonu v tranzistore v režime saturácie malá, pretože je málo Un.
Základný prúd v režime saturácie je vytvorený zdrojmi napätia UVX A ESM. V tomto prípade môže byť časť báza-emitor tranzistora považovaná za skrat. Preto
.
Podmienka nasýtenia (15.4) má formu
. (15.5)
Výraz (15.5) vám umožňuje určiť požadovanú hodnotu R 1.
V súčasnosti sa elektronické kľúče vyrábajú v mikroobvodových verziách. Napríklad mikroobvod K564 KT3 obsahuje štyri obojsmerné spínače a je určený na spínanie analógových a digitálnych signálov s prúdom do 10 mA.

1. Klávesy na bipolárnych tranzistoroch............................................ ................................ 2

1.1.Všeobecné informácie............................................................ ..................................................... .............. 2

a) Ideálny kľúč ............................................................ .............................................................. ........................... 2

b) Skutočný kľúč ............................................................ .............................................................. ............................. 2

c) Obvody tranzistorových spínačov ................................................ ...................................................................... 3

1.2.Model bipolárneho tranzistora.................................................. ....................................... 3

1.3.Bipolárny prevádzkový režim npn tranzistor.......................................................... 4

1.Aktívny režim:................................................................ ...................................................... .............. 4

2.V režime prerušenia:................................................ ...................................................... ............. 4

2.a) V režime hlbokého vypnutia: ...................................... ............................................. 4

2.b) Hraničný limit s aktívnym režimom: ...................................... ............... 5

3.V režime saturácie:................................................ .................................................................... 5

3.a) Limit saturácie s aktívnym režimom:............................................ .............. 5

4.Inverzný režim ................................................ ...................................................... .. 5

1.4. Tranzistorový spínač s OE................................................ ...................................................................... 6

2. Zvyškové parametre kľúča na BT................................................ ............................................. 9

2.1. Zvyškové parametre uzavretého tranzistora................................................ ........................ 9

2.2. Zvyškové parametre nasýteného tranzistora................................................ ........ 12

3. Kompozitný tranzistorový spínač ................................................ ...................................................... 15

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

a) Ak je tranzistor VT1 zablokovaný, potom ...................................... ..... ...................... 17

b) Ak je tranzistor nasýtený, potom ...................................... ..... ........................... 17

3.2.Multiemitový tranzistor v spínacom režime................................................ .............. 19

a) Podávajte nízke napätie do akéhokoľvek vchodu ................................................ ............. 20

2. Zapína bipolárne tranzistory

2.1. Všeobecné informácie

Tranzistorové spínače sú zariadenia, ktoré spínajú (zatvárajú alebo otvárajú) elektrický obvod pomocou riadiaceho vstupného signálu.

Aplikácia kľúčov - sú základom mikroobvodov.

Kľúče majú dva statické stavy: zatvorené a otvorené.

1) Ideálny kľúč

Ryža. 1.1.a: Schéma kľúča

Uzavretý stav (x.x.) kľúčový odpor Otvorený stav (x.x.)

Prechod ideálne kľúč z jedného stavu do druhého nastane okamžite, t. j. trvanie prechodných procesov je „0“.

2) Skutočný kľúč

má konečný odpor http://pandia.ru/text/78/356/images/image009_52.gif" width="72 height=25" height="25">.

V otvorenom stave v skutočnom kľúči tečie malý prúd..jpg" width="230" height="267">

Ryža. 1.1.b: OE kľúč

Ryža. 1.1.c: Kľúč OB

Ryža. 1.1.g: Tlačidlo OK

prúdový a napäťový zisk

záleží na

Možnosť ich sekvenčnej aktivácie závisí od vlastností kľúčov.

Tranzistory v elektronických kľúčoch môžu pracovať v nasledujúcich režimoch:

· prerušenia;

· sýtosť;

· aktívny;

· inverzný.

- koeficient vstrekovania;

http://pandia.ru/text/78/356/images/image020_35.gif" width="90" height="25">- koeficient difúzie;

Call" href="/text/category/koll/" rel="bookmark">zberateľ sú zanedbateľné;

http://pandia.ru/text/78/356/images/image023_32.gif" width="137" height="50"> - koeficient prenosu.

2) neberie sa do úvahy vplyv modulácie šírky bázy pri zmene napätia na prechode báza-kolektor (účinnosť žiariča nezávisí od prúdu);

3) hustota vstrekovacieho prúdu je nízka (stupeň dopovania bázy zostáva konštantný a nízky).

2.3. Prevádzkový režim bipolárneho n-p-n tranzistora

V akomkoľvek obvode, bez ohľadu na to, či pracuje v statickom alebo dynamickom režime, tranzistor v danom čase pracuje v jednom z nasledujúcich režimov: aktívny, cutoff, saturácia, inverzný.

1. Aktívny režim:

Emitorový prechod je predpätý dopredu, kolektorový prechod je predpätý. Potenciálne kritérium aktívneho režimu n-p-n BT:

Ryža. 1.3.a: ???

2. V režime vypnutia:

prechody emitoru a kolektora sú predpäté v opačnom smere..gif" width="64" height="25 src=">.

2.1) V režime hlbokého obmedzenia:

ak napätie blokujúce prechody emitoru a kolektora výrazne prevyšuje teplotný potenciál.

Potenciálne kritérium:

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

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

2.2) Hraničný limit s aktívnym režimom:

ak je kolektorový prechod zablokovaný a napätie na emitorovom prechode je „0“.

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

3. V režime nasýtenia:

obe križovatky sú predpäté (režim dvojitého vstrekovania).

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

3.1) Limit saturácie s aktívnym režimom:

ak je prechod emitoru predpätý a napätie na prechode kolektora je nulové:

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

4. Inverzný režim

nazývaný režim, keď je prechod emitora predpätý v opačnom smere a prechod kolektora je predpätý. V tomto prípade kolektor funguje ako emitor, to znamená, že vstrekuje nosiče do základne a emitor plní funkcie kolektora.

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

V tranzistorových spínačoch môže tranzistor pracovať vo všetkých špecifikovaných režimoch. Ak BT pracuje v režime vypnutia alebo v aktívnom režime pri veľmi nízkych kolektorových prúdoch, potom ide o otvorený spínač. Ak pracuje v režime nasýtenia alebo v aktívnom režime pri vysokých kolektorových prúdoch, funguje ako uzavretý spínač. Počas prechodu z jedného stavu do druhého pracuje BT v aktívnom režime.

2.4. Tranzistorový spínač s OE

V zosilňovacej fáze BT pracuje s malými signálmi () v aktívnom režime. V kľúči - s veľkými.

Bod A- priesečník zaťažovacej čiary s charakteristickou čiarou v zodpovedá aktívnemu režimu.

V tomto bodehttp://pandia.ru/text/78/356/images/image037_21.gif" width="197" height="25 src=">,

kde http://pandia.ru/text/78/356/images/image039_22.gif" width="28" height="25 src=">.gif" width="79" height="25 src="> . Znamienko „-“ znamená, že sa zmenil opačný smer, ako je znázornené na obrázku. Zmena smeru je možná, ak je polarita vstupného signálu (). To znamená, že prechod emitora je reverzne zaujatý. Smer posunu kolektorovej križovatky sa nezmenil a zostáva obrátený.

Teda v bode „O“ sú oba prechody posunuté opačným smerom a tomuto bodu zodpovedá režim odpojenia tranzistora.

Ak zvýšite vstupný signál, pracovný bod bude prechádzať cez bod „A“, základný prúd sa zvýši a pracovný bod sa bude pohybovať pozdĺž záťažovej priamky smerom k bodu „H“.

Keď sa základný prúd zvyšuje a kolektorový prúd stúpa, napätie kolektora klesá:

.

Pokiaľ je tranzistor v aktívnom režime, kolektorový prúd súvisí so základným prúdom v pomere:

kde http://pandia.ru/text/78/356/images/image045_18.gif" width="31" height="25"> a kolektorový prúd:

http://pandia.ru/text/78/356/images/image045_18.gif" width="31" height="25">-??? základný prúd.

Napätie kolektora:

Preto http://pandia.ru/text/78/356/images/image049_15.gif" width="42" height="25 src=">je zlomky voltu a

to znamená, že dosiahne svoju maximálnu hodnotu.

V režime sýtosti http://pandia.ru/text/78/356/images/image053_16.gif" width="28" height="25"> a nezávisí od parametrov tranzistora.

Lineárne spojenie http://pandia.ru/text/78/356/images/image040_21.gif" width="25" height="25 src=">je prerušené. Hneď ako sa tranzistorový režim presunie do bodu „H “, kolektorový prúd prestáva závisieť od základného prúdu Zvýšenie základného prúdu nevedie k výraznej zmene kolektorového prúdu, t.j. poloha pracovného bodu „H“ sa prakticky nezmení.

Tranzistor sa prepol do saturačného režimu.

Tranzistor je na hranici saturácie, keď ..gif" width="64" height="25 src=">), sa nazýva obmedzujúci základný prúd.

Kritérium aktuálnej saturácie:

Režim nasýtenia teda nie je určený absolútnymi hodnotami prúdov, ale pomer základný prúd a základný limitný prúd.

Ak tranzistor pracuje v režime nasýtenia (), potom zvýšenie vedie k zvýšeniu hĺbky nasýtenia.

Stupeň nasýtenia http://pandia.ru/text/78/356/images/image058_16.gif" width="162 height=56" height="56">

3. Zvyšné kľúčové parametre na BT

3.1. Zvyškové parametre uzavretého tranzistora

a) Keď sa zmení hodnota blokovacieho napätia na prechode emitora, to znamená, keď sa zmení hĺbka odrezania (), základný prúd nemení a zostáva rovnaký . Táto rovnosť sa nazýva aktuálne medzné kritérium.

b) Ako v režime hlbokého cutoff, tak aj na hranici cutoff , emitorový prúd.

Ekvivalentný obvod kľúča v režime vypnutia môže byť reprezentovaný ako:

Prepnite výstupné napätie

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

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

Pre zachovanie režimu cutoff pri zmene z a odporov je potrebné splniť nasledujúcu podmienku:

clear:left; margin-left:20px;">

Vypínací prah tranzistora je podmienená hodnota..gif" width="45" height="25">. Zvyčajne sa akceptuje.

3.2. Zvyškové parametre nasýteného tranzistora.

Ryža. 2.2.a Označenie napätí na svorkách tranzistora

a) Najmenšie zo zvyškových napätí je . Preto je žiaduce použiť taký spínač, aby zvyškové napätie bolo , t.j. preferovaný obvod je spínač s OE.

b) Závislosť zvyškových napätí od stupňa nasýtenia

Ryža. 2.2.b: Závislosť zvyškových napätí od stupňa nasýtenia

sú napätia na otvorených prechodoch, zvyšujú sa so zväčšovaním.

s nárastom klesá.

c) V reálnych tranzistoroch sú zvyškové napätia závislé od úbytkov napätia na objemových odporoch vrstiev. Pri vysokých prúdoch sa úbytky napätia zvyšujú.

Kedze "K" vrstva ma velky odpor a dlzku??? prúd cez ňu je vysoký, do konštrukcie epitaxio-planárneho tranzistora je zavedená skrytá podvrstva „n+“.

d) Slabá závislosť medzielektródových napätí na „N“ nám umožňuje prezentovať ekvivalentný obvod tranzistora v saturačnom režime v nasledujúcom tvare:

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

Pretože zvyškové napätia sú malé v porovnaní s napätím zdroja 0 " style="border-collapse:collapse">

Ryža. 2.2.d: Tranzistor-ekvipotenciálny bod

4. Kompozitný tranzistorový spínač

4.1. ???

Ak je zaťaženie kľúča OE dostatočne veľká kapacita, potom má kľúč nízky výkon.

Predpokladajme, že tranzistor v kľúčovom obvode sa okamžite vypne.

Ryža. 3.1.a: Schéma kľúča po prepnutí (predtým bola nasýtená)