Исследование ключа в статическом режиме

В статическом режиме исследуются параметры ключа, не связанные с быстродействием. Схема ключа приведена на рис 8.1.

Рис 8.1. Схема для исследования ключа в статическом режиме (транзистор открыт и насыщен)

Нагрузкой транзисторного ключа Q₁ является резистор R₂=1 кОм. Управляется Q₁ базовым током (амперметр М₁), задаваемым резистором R₁ и уровнем (0/1) логического ключа, который, в свою очередь, переключается механическим ключом S₁. Приборы М₁, М₂ контролируют ток и напряжение на базе транзистора, а приборы М₃, М₄ – коллекторный ток и напряжение. Все приборы работают в режиме DC.

Красное свечение индикатора U2 соответствует высокому логическому уровню «1».

Рис 8.2. Схема для исследования ключа в статическом режиме (транзистор заперт)

Когда транзистор в насыщении, напряжение на коллекторе V_{кэ нас} составляет доли вольта (М₄). Через транзистор протекает ток I_{к нас} ≈U₁/R₂=12 мА. При этом ток базы насыщения (М₁) I_{б нас}=4.215 мА.

Когда транзистор заперт, то U_кэ= U₁=12 В.

Чтобы определить минимальное значение тока базы, при котором транзистор входит в насыщение, заменим управляющий логический сигнал источником U₃ (рис 8.3). Ток базы оптимизируется выбором резистора R₁.

Рис 8.3. Схема для моделирования ключа

Моделирование проводим в режиме Analysis/Parameter Sweep. Опции моделирования приведены на рис 8.4.

Рис 8.4. Опции моделирования оптимального значения резистора R₁

Результаты моделирования приведены ниже.

Рис 8.5. Зависимость напряжения на коллекторе транзистора от величины входного сигнала

Транзистор находится в насыщении (схема рис 8.5), напряжение U_кэ составляет доли вольта при R₁<63 кОм.

В схеме рис 8.3. заменить резистор R₁ на оптимальный и убедиться, что транзистор находится в насыщении (рис 8.6).

Рис 8.6. Схема ключа в режиме на грани насыщения

Из данных рис 8.1.6 определим коэффициент передачи по току для схемы с общим эмиттером β=I_к/I_б=11.77 мА/68.17 мкА=172.