Главная Движение носителей электрических зарядов



состояниях соответственно. Если ключ разомкнут, то i = О, а иых = Е (рис. 19.25, б). Если же ключ замкнут, то г = Е/г, и = О (рис. 19.25, в). В реальных ключевых схемах токи и уровни выходного напряжения зависят от типа и параметров применяемых диодов и транзисторов.

Совершенство и качество электронного ключа характеризуются тремя основными параметрами: временем переключения tnep, т. е. временем перехода из одного состояния в другое; током через ключ в разомкнуппом состоянии ip-, падением напряжения на ключе в замкнутом состоянии Изамк- Совершенство ключа будет тем выше, чем меньше t, ip, щик-Так как ключ имеет два устойчивых состояния, то в разомкнутом состоянии электрическое сопротивление ключа очень велико (стремится к бесконечности); при замкнутом состоянии ключа сопротивление его практически равно нулю. Быстродействие ключа характеризуется скоростью перехода ключа из одного устойчивого состояния в другое.

Диодные ключи. На рис. 19.26 приведена схема последовательного диодного ключа. При положительном входном напряжении Ивх диод открыт и через него протекает ток г = uJ{Rp + R), где Яр - прямое сопротивление диода. В этом случае выходное напряжение Мвых = = Ri = RuJ(Rj + R). Как правило, Rp < R, поэтому Ивбк ~ «вх-

При отрицательном входном напряжении обратный ток через диод i = Мвх/(/бр + R) незначителен, так как i?o6p » и и w Ru/Robp «: Мвх, где i?o6p - обратное сопротивление диода.

Уровень входного напряжения, определяющего отпирание или запирание диода (рис. 19.26), соответствует нулевому значению. Для изменения уровня включения в цепь ключа подключают источник напряжения смещения Е (рис. 19.27), В этом случае при > Ек Диод

открыт и Ивих Ивх, а при Ивх < £к - диод закрыт и Ивых = £к-

Переключение диодного ключа из одного состояния в другое происходит не мгновенно, так как существует собственная емкость диода, а при высоких частотах - емкости монтажа схемы и нагрузки, которые шунтируют вход и выход к-тюча.

На рис. 19.28 показана схема параллельного диодного ключа с нулевым уровнем включения. При положительном входном напряжении диод открыт и через него протекает ток (ключ замкнут), Ивых О-При отрицательном входном напряжении через диод практически ток не протекает (ключ разомкнут), Мвых ~ «вх-

бых

6} t



Рис, 19.27

Х-02


Рис. 19.28

Для изменения нулевого уровня включения последовательно с диодом подключают источник напряжения смещения (рис. 19.29). При открытом диоде выходное напряжение «вых незначительно отличается от £,„ если i?np <«: R (здесь - сопротивление диода в прямом направлении, равное 1 - 1,5 Ом). Действительно, для схемы рис. 19.29 можно записать

Ивых = -Ек + гЯпр = £к +

(«вх + £i<)np

£к + ("вх - £к).

При выполнении условия {Rjip/R) < 1 можно считать, что Ивых ~ к-

Если полярность включения диода изменить, то при положительном входном сопротивлении Ивх > £к диод закрывается и выходное напряжение почти повторяет входное. Уровень ограничения в диодном параллельном ключе определяется, как в предьщущем случае, напряжением Е.

Время переключения диодных ключей tjp, определяющее их быстродействие, зависит от паразитных емкостей р-и-перехода и емкостей монтажа, а также от времени выключения диода <выкл» определяемого временем рекомбинации носителей заряда.

Транзисторные ключи. Режим работы транзистора, при котором он находится в установившемся состоянии либо в области отсечки, либо в области насьшдения, называется ключевым. Качество транзисторного ключа определяется лингшйльньш падением напряжения на нем в замкнутом состоянии, минимальным током в разомкнутом состоянии, а также скоростью перехода из одного состояния в другое. В зависимости от назначения транзисторного ключа и режимов его работы схема ключа видоизменяется.

Некоторые типы транзисторных ключей имеют самостоятельное назначение и применяются в качестве бесконтактных прерывателей. Транзисторный ключ является основным элементом более сложных импульсных устройств регенеративного типа. Например, два транзисторных ключа, охваченных положительной обратной связью, образуют

мультивибратор или триггер. В ключевых устройствах транзистор, как правило, включается по схеме с общим эмиттером (рис. 19.30, а), так как при таком включении транзистор потребляет сравнительно небольшую мощность из цепи управления и обеспечивает хорошие формирующие свойства за счет значительного коэффициента передачи по напряжению {К„ » 1).


Рис. 19.29




Рис. 19.30

Выходные характеристики транзисторного ключа показаны на рис. 19.30, б. Для того чтобы в отсутствие управляющего игугпульса напряжения транзистор надежно находился в отключенном состоянии (режим отсечки), между базой и эмиттером включают специальный источник питания £б. Выключенное состояние транзистора р-н-р-типа обеспечивается подачей на базу положительного запирающего напряжения от этого источника. В этом случае коллекторный ток транзистора минима)1ен и равен обратному току коллекторного перехода /ко- Ток /о образуется неосновными носителями заряда. Напряжение на коллекторе транзистора (7КЗ = £к ~ к-к, т. е. оно несколько меньше напряжения источника питания. Рабочая точка А (рис, 19.30, б) пересечения нагрузочной прямой с характеристикой, соответствующей току базы «б = -/ко. является точкой отсечки и соответствует закрытому состоянию транзистора. В режиме отсечки по цепи +£б, Rb, коллекторный переход Т, R, -Е, О, - £б протекает обратный ток. Для обеспечения надежности режима отсечки необходимо, чтобы соблюдалось неравенство

£б - /кошахб » о, (19.15)

где /котах - максимальный обратный ток коллекторного перехода при наибольшей допустимой температуре окружающей среды. Область отсечки на выходных характеристиках транзистора заштрихована и обозначена /.

Для перевода транзистора в режим насыщения (заштрихованная область II на рис. 19.30, б), т. е. в режим, когда транзистор р-и-р-типа открыт, подают импульс такого входного напряжения и такой полярности, при которых отрицательный потенциал был бы на базе (точка F на рис. 19.30, а), а положительный - на общем выводе Г-2. Амплитуда подаваемого импульса должна быть такой,, чтобы транзистор был полностью открыт и через него протекал достаточный ток базы (рабочая точка В на рис. 19.30, б). В режиме насьпцения напряжение на транзисторе (на выходе ключа) равно [/кзнас, значение которого зависит от тока базы транзистора. Таким образом, в режиме насыщения через транзистор протекает ток насыщения цепи коллектора /кшо представляющей собой максима)1ьньш ток через нагрузку который может проходить при данных значениях напряжения источника питания цепи коллектора £к и сопротивлеш-1я нагрузки /кнас ~ к/н- Когда трагоисгор находится в насыщенном состоянии, за счет инжекции носителей в базу в ней



0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 68 69 70 71 72 73 74 75 76 77 78 79 80 81 82 83 84 85 86 87 88 89 90 91 92 93 94 95 96 97 98 99 100 101 102 103 104 105 106 107 108 109 110 111 112 113 114 115 116 117 118 119 120 121 122 123 124 125 126 127 128 129 130 131 132 [133] 134 135 136 137 138 139 140 141 142 143 144 145 146 147 148


0.0132