Транзисторные электронные ключи

Основное назначение ключа – осуществлять операции включения и выключения.

В качестве электронного ключа может использоваться  биполярный транзистор (рис. 15.10).

Рис. 15.10. Схема электронного ключа на биполярном транзисторе.

Работа ключа на биполярном транзисторе типа р-n-p, собранного по схеме с общим эмиттером, определяется режимами запирания (отсечки) и насыщения транзистора. Режим отсечки возникает при закрытом состоянии p-n перехода (эмиттер – коллектор), т.е. когда напряжение на базе  положительно по отношению к эмиттеру и коллектору.

Транзистор n-p-n типа при такой же схеме включения будет закрыт при отрицательном напряжении на базе.

В режиме отсечки транзистора, коллекторный и эмиттерный токи не равны нулю. Через коллекторный переход проходит обратный коллек-торный ток равный тепловому, а ток базы практически равен току коллектора, Обратный ток эмиттерного перехода очень мал и не сказывается на ток базы.

Напряжение на коллекторе закрытого транзистора является напряже-нием выхода ключа:

                                          =  -                                          (15.14)

где  – напряжение на коллекторе;  – сопротивление коллектора.

Ток плоскостных транзисторов при +20°С составляет примерно 5 микроампер и возрастает с увеличением температуры. Повышение температуры перехода на 10°С у всех полупроводников вызывает увеличение теплового тока в 2 раза. При температуре +60°С ток достигает максимального значения 80 микроампер. Обычно сопротивление подбирают так, чтобы при максимальной рабочей температуре (и максимальном токе коллектора) падение напряжения было много меньше . Следовательно, напряжение на выходе транзисторного ключа будет примерно равно .

Транзистор полностью открыт, когда оба p-n перехода открыты, т.е., когда напряжение база – эмиттер и база – коллектор меньше нуля. Для транзистора n-p-n  типа режим полностью открытых переходов возника-ет при напряжении база – эмиттер и база – коллектор больше нуля.

В этом случае говорят, что транзистор находится в режиме насыщения. В режиме насыщения транзистора по току его внутреннее сопротивление близко к нулю, а коллекторное напряжение падает почти до нуля (≈ 0,2 В). Напряжение база – эмиттер также почти равно нулю. Следовательно, при коммутации транзисторного ключа на коллекторе создаётся перепад напряжения от   до нуля.

Ток транзистора в режиме насыщения ограничен внешней по отношению к транзистору цепью и равен:

                                              =                                               (15.15)

Для достижения режима насыщения необходимо создать ток базы больше, чем:

                                              =                                          (15.16)

где β – коэффициент усиления транзистора в схеме с общим эмиттером. Чем больше ток базы, тем больше степень насыщения.

Необходимо отметить, что при передаче через ключ коротких прямоугольных импульсов с крутыми фронтами, на скорость переклю-чения влияют ёмкости p-n переходов, ёмкость нагрузки и ёмкость монтажа. Кроме того, ток коллектора не изменяется скачком из-за конечной скорости диффузионных процессов в транзисторе. Для устра-нения задержки при открытии и запирании транзисторного ключа вводится нелинейная обратная связь через диод Шотки, при которой ключ работает в ненасыщенном режиме.

 ТЕМА 16 РЕЛАКСАЦИОННЫЕ ГЕНЕРАТОРЫ, ТРИГГЕРЫ, ЛОГИЧЕСКИЕ ЭЛЕМЕНТЫ.