Ключ на биполярном транзисторе

Схема простейшего ключа на биполярном транзисторе, включенном по схеме с ОЭ, приведена на рисунке 6.3

Рисунок 6.3 – Аналоговый ключ на биполярном транзисторе

На вход ключа подается управляющий сигнал U_ВХ и постоянное смещение Е_СМ, определяющие состояние транзистора.

Напряжение Е_СМ подается на базу через резистор R₁ для надежного запирания ключа. У кремниевых транзисторов возможна работа схемы без напряжения смещения (Е_СМ=0, R₁=∞).

Зависимость U_ВЫХ=f(U_ВХ) называется характеристикой передачи ключа, она приведена на рисунке 6.4.

Рисунок 6.4 – Передаточная и выходная вольтамперная характеристики

Напряжение U_ВХ принимает значение уровня логического нуля U_ВХ⁰ или логической единицы U_ВХ¹. При подаче на вход U_ВХ ≤ U_ВХ⁰ базовый ток транзистора I_Б⁰=-I_К0≈0 и транзистор закрыт, поэтому ток коллектора I_К=I_К0≈0, где I_К0 – обратный ток коллекторного перехода. Выходное напряжение ключа смотри формулу (6.1)

U_ВЫХ = Е_К- I_К0R_К ≈ Е_К ≥ U_ВЫХ¹. (6.1)

Подключение к выходу нагрузки с сопротивлением R_Н существенно влияет на выходное напряжение. Оно становится равным выражению (6.2)

(6.2)

и минимальное значение R_Н определяется допустимым снижением напряжения U_ВЫХ= U_ВЫХ¹.

При подачи на вход напряжения U_ВХ ≥U_ВХ¹ возникает базовый ток, смотри формулу (6.3)

(6.3)

и начинается процесс открывания ключа. Это приводит к появлению тока коллектора, величина которого зависит от положения линии нагрузки на статической характеристике.

Для повышения быстродействия ключа используют нелинейную отрицательную обратную связь (ООС). Диод подключенный между базой и коллектором создает обратную связь, возникающую только при определенных условиях, смотри рисунок 6.5.