Теория работы транзистора в ключевом режиме

Схема включения транзистора в ключевом режиме

Основные определения

Ключевым называется такой режим работы, при котором транзистор может находиться в двух устойчивых состояниях:

а) закрытом;

б) открытом.

В эти состояния транзистор переходит под действием входных сигналов, которые, как правило, имеют импульсную форму.

Механическим аналогом транзистора при работе его в КР является ключ.

Рис. 9.1 Механический аналог работы транзистора в ключевом режиме в области отсечки (а) и в области насыщения (б)

Рис. 9.2 – Форма входного сигнала (а) и схема импульсного усилителя (б) с отдельным источником смещения

В данной схеме транзистор нормально на участке 0…1 закрыт, поэтому I_Э = I_К = 0 за счет напряжения Е_СМ, подключенного к базе в непроводящем направлении. Открытие транзистора производится входным сигналом φ_ВХ = U_ВХ, подаваемым в проводящем направлении. Для четкого открытия и закрытия транзистора напряжение U_ВХ подается в импульсной форме.

Эта схема может быть преобразована в нормально открытую. Для этого необходимо изменить полярность смещения, тогда для закрытия транзистора напряжение U_ВХ подается в непроводящем направлении.

9.3 Выбор рабочей точки на входной и выходной динамической характеристике

Рис. 9.3 Рабочие точки транзистора в ключевом режиме на входной (а) и выходной (б) характеристиках

Согласно схеме при отсутчтвии входного сигнала φн транзистор закрыт, т.е. находится в области отсечки I, поэтому рабочая точка А расположена на характеристике при I_Б = 0, и, как видно из входной характеристики, закрытое состояние обеспечивается напряжением смещения Есм.

Для перевода транзистора в открытое состояние в точку В на вход подается входной импульс φ_Н, который переводит транзистор в точку В, т.е. в область насыщения II.При этом через базу протекает ток I_{Б НАС}, а через коллектор I_{К MAX}.

Рассмотрим процесс переключения транзистора из закрытого состояния в открытое по временным диаграммам. Для наглядности примем, что входной сигнал u_ВХ имеет трапециидальную форму.

Согласно схеме на вход подается напряжение смещения (рис. 9.4, б) и входной сигнал (рис. 9.4, а), поэтому результирующее напряжение между эмиттером и базой:

u_{ВХ РЕЗ} = Е_СМ + u_ВХ.

Так как напряжения Е_СМ и u_ВХ имеют разные знаки, то диаграмма u_{ВХ РЕЗ} имеет вид (рис. 9.4, в).

Рассмотрим процесс переключения транзистора.

Видно, что на участке 0-1' u_{ВХ РЕЗ}>0, т.е. на базу подается “+”. Следовательно, транзистор закрыт, поэтому I_К=0 и на выходе U_R=0, а U_ЭК=Е_К.

В момент 1' uВХ РЕЗ станет равным нулю (рис. 9.4, в). Транзистор начнет открываться (рис. 9.4, г), т.е. переходить из области отсечки в область насыщения через активную область (от точки А к точке В на рис. 9.3, в).

(9.1)

Допустим, что в момент 2' напряжение uВХ РЕЗ стало достаточным для создания IБ=IБ НАС. Транзистор полностью открывается и переходит в область насыщения.

UВХрез = UЭБ= ECМ+uВХ;

(9.1')

IК = IКMAX= EК/RК;
IБ=IБНАС; IЭ= IЭMAX.

Пока транзистор будет открыт (рис. 9.4, д), (рис. 9.4, е):

UR= IK∙RK = EK.

В момент 3 uВХ начнет увеличиваться. Но до момента 3' IБ ≥ IБ НАС, поэтому транзистор остается в области насыщения. В момент 3' транзистор начнет закрываться и в момент 4' полностью закроется. Для этого состояния транзистора можно записать:

(9.4)

(9.3)

Таким образом, на участке 0-1' транзистор работает как разомкнутый ключ а, на участке 1'-3' как замкнутый ключ и после 3' переходит вновь в разомкнутое состояние.

Все вышесказанное справедливо и для импульсного усилителя по рисунку 9.6.

Временные диаграммы напряжений входа

Рис. 9.4 – Диаграммы напряжений на элементах схемы импульсного усилителя с источником смещения

Временные диаграммы напряжений выхода

Рис. 9.4 – Диаграммы напряжений на элементах схемы импульсного усилителя с источником смещения

Дата добавления: 2014-01-06