Ключевой режим работы транзистора

Современная электроника характеризуется широким применением импульсных устройств. Напряжения и токи в таких устройствах имеют импульсный характер. Отличительной особенностью импульсных устройств является широкое применение ключевых элементов. Простейшим ключевым элементом является электро - механический ключ, то есть контакт коммутационной кнопки, переключателя или магнитного реле (рис. 3.7).

Через идеальный разомкнутый ключ I = 0; падение напряжения на идеально замкнутом ключе U_{замкн.к} = 0.

Рисунок 3.7 – Схемы простейших ключевых элементов

В электронных импульсных схемах широко применяются транзисторные ключи. При работе в ключевом режиме транзистор находится в 2-х основных состояниях:

1) Состояние (режим) отсечки – ключ разомкнут. Этому режиму соответствует нулевое напряжение на базе или напряжение, поданное на базу в обратном направлении.

U_б=0 или U_б<0

При этом транзистор закрыт и ток в цепи коллектор - эмиттер очень мал I_к = I_ко= 0 (рис. 3.3).

В режиме отсечки цепь коллектор - эмиттер имеет большое сопротивление (тысячи кОм).

Падение напряжения на транзисторе практически равно напряжению источника питания.

U_к = Е_к

U_RK = I_кR_к = 0

Мощность, теряемая на транзисторе, очень мала, так как мал ток, протекающий через транзистор

Р_к = I_кU_к =0

2) Состояние насыщения – ключ замкнут. В этом состоянии транзистор полностью открыт, то есть сопротивление цепи коллектор - эмиттер очень мало (от десятых долей Ом до десятков Ом). В этом случае

U_к = U_кэнас =0

Ток по цепи R_к - К - Э определяется в основном величиной сопротивления включенного в цепи коллектора:

Падение напряжения на сопротивлении R_к в режиме насыщения практически равно напряжению источника питания:

U_RK = I_кR_к =Е_к

Мощность теряемая на транзисторе в режиме насыщения также практически равно нулю, так как мало падение напряжения на транзисторе.

Режим насыщения достигается при:

I_б = I_кнас / h₂₁

h₂₁ = β

Для надежного обеспечения состояния насыщения необходимо, чтобы это условие выполнялось при минимальном значении коэффициента h₂₁ для данного типа транзисторов (h₂₁ = h_21min). Кроме того должен обеспечиваться определенный коэффициент насыщения транзистора:

I_б /I_{б нас} = g > 1 (g = 1,2…1,5)

Малые потери мощности и высокий КПД транзистора, работающего в ключевом режиме является его важным преимуществом по сравнению с усилителями непрерывно изменяющихся сигналов, при котором в среднем на транзисторе и на R_к теряется примерно одинаковая мощность Р.

Преимущество импульсных устройств:

1. Возможность получения большой мощности в импульсе при сравнительно небольшой средней мощности.

2. Высокий КПД силовых импульсных устройств, когда в качестве сопротивления R_к включена нагрузка (R_к = R_н). Это позволяет управлять током в сравнительно мощных потребителях энергии при малых потерях мощности в транзисторе.

3. Уменьшение влияния изменений температуры и разброса параметров.

4. Высокая помехоустойчивость.

5. Для реализации импульсных устройств требуются сравнительно простые однотипные элементы, реализуемые методами интегральной технологии. Это позволяет уменьшить стоимость и массогабаритные показатели импульсных устройств.

Дата добавления: 2014-01-13