Работа транзистора в импульсных схемах

Насыщенный и ненасыщенный транзисторные ключи

Ключевой режим БТ является разновидностью режима работы на переменном сигнале с большой величиной импульсного сигнала, который характерен для цифровых схем, генераторов, преобразователей, стабилизаторов, импульсных источников питания и других устройств. При работе в качестве ключа основное назначение транзистора состоит в замыкании и размыкании цепи нагрузки с помощью управляющего входного тока базы. Наибольшее распространение в импульсных устройствах получила схема включения транзистора с общим эмиттером (рисунок 7.97).

Основные требования к импульсному ключу заключаются в обеспечении малых потерь мощности во включенном состоянии (малое сопротивление замкнутого ключа), малого тока утечки в закрытом состоянии и высокого быстродействия. Последнее требование обеспечивает также малый уровень динамических потерь во время переходных процессов переключения.

Различают насыщенный и ненасыщенный транзисторные ключи.

В насыщенном ключе при переключении транзистор последовательно переходит из режима отсечки (точка А на рисунок 7.97, б) в усилительный режим (точка В) и режим насыщения (точка С). При этом открывающий ключ прямой ток базы больше тока базы насыщения (I_B_.пр = I_В4), а напряжение открытого ключа соответствует U_CE_._Sat (7.58, 7.61) и, следовательно, малым потерям мощности в открытом состоянии. При выключении транзистора обратным током базы требуется время на рассасывание избыточного заряда, накопленного в базе и теле коллектора, что приводит к дополнительной инерционности по сравнению с ненасыщенным ключом. В ненасыщенном ключе прямой ток базы меньше тока базы насыщения (I_B_.пр = I_В2). При включении такого ключа рабочая точка перемещается из режима отсечки (точка А) в усилительный режим (точка В). При этом напряжение открытого ключа (точка В) может иметь значительную величину, а, следовательно, и большую величину потерь мощности. Процесс выключения ненасыщенного ключа значительно быстрее, так как нет инерционности, связанной с рассасыванием избыточного заряда носителей. В этой связи насыщенные ключи применяются в цепях, где превалируют энергетические показатели, ненасыщенные – в схемах повышенного быстродействия.