Ключ коммутирует (включает и выключает) участки электрической цепи. Его действие основано на том, что во включенном состоянии он обладает очень
малым, а в выключенном — весьма большим сопротивлением.
В отличие от усилительных схем транзистор ключа работает в нелинейном режиме: с некоторых значений базового напряжения Uб ток его коллектора перестает изменяться вслед за Uб.
Ключ устанавливается последовательно с коммутируемым участком цепи (нагрузкой) или параллельно ему.
На рис. 12.7, а изображена схема параллельного ключа. Когда под действием управляющего напряжения Uупр транзистор заперт (выключен), нагрузка RH через резистор RK подключена к источнику питания Ек. Если. управляющим напряжением обеспечивается насыщение (включение) транзистора, нагрузка оказывается зашунтированной его незначительным сопротивлением и напряжение на ней близко к нулю.
На рис. 12.7, б приведена схема последовательного ключа. При включенном транзисторе нагрузка RH подключается к напряжению Uвх, при выключенном — эта связь обрывается. Данный ключ будет нормально работать при Uвх > 0. Ключевые свойства транзистора не являются идеальными (Rвкл ≠ 0, Rвык ≠ ∞). Поэтому для повышения эффективности
|
|
а) б)
Рис. 12.7
коммутации ее иногда осуществляют одновременно последовательным и параллельным ключами. При этом для подключения нагрузки транзистор последовательного ключа включается, а транзистор параллельного ключа выключается. Для отключения нагрузки состояния транзисторов изменяются на противоположные.
Основными параметрами транзисторного ключа являются сопротивления во включенном и выключенном состояниях, остаточное напряжение на ключе и быстродействие, определяемое временем переключения.
Ключи используются не только по прямому назначению, но и входят в основные цифровые элементы и импульсные устройства.
Ключи на биполярных транзисторах. В ключевом каскаде транзистор обычно включается по схеме с общим эмиттером. Именно этот вариант имеется в виду при рассмотрении стационарных и переходных режимов ключей на биполярных транзисторах.
Стационарные состояния ключа. Ключевой каскад (рис. 12.8, а) может находиться в одном из двух стационарных состояний: во включенном (транзистор насыщен) и в выключенном (транзистор заперт).
Режим насыщения возникает при положительном управляющем напряжении, если создаваемый им базовый ток Iб удовлетворяет условию
Iбβ ≥ Iкн
где β — коэффициент усиления базового тока; Iкн — ток насыщения коллектора.
При насыщении транзистора Iк = Iкн ≈ Ek/Rк, Uкн = Ek – Iкн Rн ≈ 0.
|
|
Рис. 12.8
Режим отсечки, (транзистор заперт) возникает при отрицательном управляющем напряжении, если оно обеспечивает запирание эмиттерного перехода (Uбэ ≤ 0). Так как в рассматриваемом режиме в цепи базы проходит вытекающий из нее обратный ток коллекторного перехода (Iко), указанное условие запишем в виде
— Uупр + Iко max Rб ≤ 0,
где Uупр - абсолютное значение отрицательного управляющего напряжения; Iко max - значение обратного тока при максимальной рабочей температуре.
В режиме отсечки Iк = Iко ≈ 0, Uк = Ек – Iко Rk ≈ Ек.
Тиристором называется полупроводниковый прибор с тремя и более n-р переходами, который может находится в одном из двух устойчивых состояний: в состоянии низкой проводимости (закрыт) или в состоянии высокой проводимости (открыт).
Тиристоры можно считать аналогом электрических контактов, которые могут быть замкнуты или разомкнуты. Маломощные тиристоры применяют в релейных схемах и коммутирующих устройствах. Мощные тиристоры применяют при создании управляемых выпрямителей, инверторов и различных преобразователей. У трехэлектродных тиристоров имеется вывод, называемый управляющим. Управляющий электрод подключают к источнику, который создает ток управления. При отсутствии тока управления работа тиристора ничем не отличается от работы диодного динистора. При 1упр. = 0 переключение тиристора из закрытого состояния в открытое происходит при меньшем анодном напряжении. Таким образом, работой тиристора можно управлять, воздействуя на объемные заряды в базах. Зависимость напряжения включения Uвкл. от тока управления Iупр,
называют характеристикой управления тиристора (рис. 12.9.).
Рис. 12.9.