РАБОТА БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА В КЛЮЧЕВОМ РЕЖИМЕ. Работа транзистора в ключевом режимеРабота транзистора в ключевом режиме Транзистор может находиться в закрытом состоянии (режим отсечки) или в открытом состоянии (режим насыщения). Насыщение транзистора характеризуется его полным открытым состоянием. Сопротивление перехода коллектор-эмиттер в режиме насыщения транзистора практически равно нулю и его включение в таком режиме без нагрузки приведет к выходу полупроводникового элемента из строя. Ток базы в режиме насыщения транзистора достигает большой величины, а напряжение на переходе база-эмиттер составляет 0,6…0,7В, что для данного перехода очень велико. Входная характеристика транзистора приведена ниже.  Состояния транзистора отсечка и насыщения применяются для работы транзистора в ключевом режиме (аналог контакта реле). Определяющим понятием работы транзистора в ключевом режиме является то, что ток базы транзистора небольшой величины (ток управления) управляет большим током коллектора (нагрузки), который может превосходить ток базы в десятки раз. Для определения коэффициента усиления транзистора при ключевом режиме применяют понятие «коэффициента усиления по току в режиме большого сигнала» (β «бетта»), рассчитываемый через отношение максимального тока коллектора к минимальному току базы. Для современных полупроводниковых транзисторов коэффициент β лежит в пределах от 10 до 20. Помимо одиночных транзисторов для работы в ключевом режиме применяют «дарлингтоновские» или составные транзисторы. Коэффициент усиления таких схем может достигать 1000. Пример схемы ключевого каскада приведен ниже.  В качестве нагрузки, включаемой транзистором, используется лампочка. Назначение резистора Rбэ – перевести транзистор в закрытое состояние при размыкании контакта за счет выравнивания потенциалов базы и эмиттера. Основной задачей для такой схемы является правильный подбор сопротивления в цепи базы Rб, которое позволит обеспечить работу лампочки с максимальным накалом. Исходные данные для расчета: - номинальное напряжение лампочки 12В; номинальный ток – 100 мА; - коэффициент β=10; - падение напряжение база-эмиттерUбэ=0,6 В. Для начала рассчитаем ток в базе: Iб = Iк / β = 100 / 10 = 10(мА). Напряжение на переходе база-эмиттер: Uбэ = 5В – 0,6В = 4,4В. Из закона Ома находим сопротивление резистора: Rб = Uбэ / Iб = 4,4В / 0,01А = 440 Ом. Из стандартного ряда сопротивлений выбираем резистор Rбэ=430 Ом. Всего комментариев: 0  ukrelektrik.com 6.9. Работа транзистора в ключевом режимеОдна из простейших схем транзисторного ключа приведена на рис. 6.22, а временные диаграммы для этой схемы – на рис. 6.23. Схема с общим эмиттером используется в транзисторном ключе чаще всего потому, что по сравнению с другими схемами может быть получен максимальный коэффициент усиления по мощности.
Рис. 6.22. Схема транзисторного ключа При отсутствии управляющего сигнала транзистор закрыт и находится в состоянии отсечки, так как на базу подано положительное значение напряжения смещения Ucм (рис. 6.23, а). Состояние отсечки соответствует положению – «разомкнутый контакт». Источник положительного напряжения смещения + Ucм вводится в цепь базы для ограничения не равного нулю тока IКО, проходящего через цепь нагрузки. При подаче отрицательного управляющего сигнала (рис. 6.23, б), амплитуда которого превышает значение напряжения смещения, на базу транзистора подается отрицательный сигнал (рис. 6.23, в) и он переходит в состояние насыщения, которое аналогично замкнутому контакту. В закрытом состоянии потенциал коллектора (Uвых) близок к (–UК), в открытом – к (+UК) (рис. 6.23, г). Для обеспечения режима насыщения необходимо, чтобы значение тока базы соответствовало следующему условию (рис. 6.23, д): IБ нас IК нас/мин, (6.16) где IК нас – ток коллектора в режиме насыщения; мин – минимальный статический коэффициент усиления транзистора.
Рис. 6.23. Временные диаграммы в схеме транзисторного ключа При открытии транзистора ток эмиттера IЭ появляется практически мгновенно (рис. 6.23, е), его задают в ключевых схемах на 20-30 % больше номинального тока IЭ ном. Превышение тока эмиттера над номинальным называется избыточным током, а отношение (6.17) называется коэффициентом (глубиной) насыщения. Ток в цепи коллектора (рис. 6.23, ж) появляется позже на время задержки включения (t2 – t1), которое затрачивается на диффузионное перемещение через базу инжектированных носителей. Это время незначительно и в случае приближенных расчетов им пренебрегают. Разность (t3 – t2) – время фронта импульса коллекторного тока (на уровне IК=Iк нас заканчивается переходный процесс в коллекторной цепи). Момент окончания переходного процесса в транзисторе соответствует моменту времени t4. Разность (t4 – t1) – время установления, соответствует времени заряда диффузионной емкости эмиттерного перехода. Разность (t6 – t5) – время задержки включения, при котором IК = IКнас. Приложение к эмиттерному переходу обратного напряжения вызывает в начальный момент значительный обратный ток вследствие насыщения перехода свободными носителями зарядов. Этот ток протекает до момента времени t7. После момента времени t5 – подачи запирающего напряжения в коллекторной цепи, и момента времени t7 в цепи эмиттера токи начинают снижаться, что связано с рассасыванием накопленного заряда в базе. Завершение переходного процесса происходит в момент времени t8. Разность (t8 – t6) – время спада импульса коллекторного тока.
Особенности работы транзисторов в ключевом режиме — МегаЛекцииВ отличие от идеального ключа (рис. 6) ток через открытый транзистор и обратное напряжение на закрытом транзисторе ограничен: на открытом транзисторе имеется остаточное падение напряжения, а через закрытый транзистор протекает тепловой ток Iко (рис. 7).
Рис. 6. Идеальный ключ а – принципиальная схема; б – выходная характеристика  Рис. 7. Транзисторный ключ а – принципиальная схема; б – выходная характеристика Границе режима насыщения соответствует точка перегиба ВАХ. Для вывода транзистора на границу режима насыщения необходимо задать в базу ток
Из-за разброса параметров транзисторов и их сильной зависимости от температуры работа на границе насыщения нежелательна. Состояние насыщения транзистора гарантируется при выборе тока базы из условия
где S – коэффициент насыщения. В области насыщения ранее приведенные соотношения несправедливы, так как напряжение Uкб меняет знак, становясь положительным: В состоянии насыщения оба перехода транзистора открыты. В этих условиях при неизменном направлении тока базы коллекторный ток транзистора может менять свое направление в зависимости от полярности источника питания. Для систем управления двигателями это имеет важное значение, так как они должны допускать изменение направления тока без изменения направления движения. Реальные транзисторы имеют несимметричную конструкцию, поскольку коллекторный переход предназначен для работы с большими мощностями по сравнению с эмиттерным переходом. Для обеспечения работоспособности транзисторного ключа при разных направлениях тока нагрузки транзистор разгружают от инверсного тока с помощью шунтирующего диода, который в нормальном режиме работы транзистора закрыт, а в инверсном открыт (рис. 8).  Рис .8. Режимы работы транзистора: а – нормальный, б – инверсный Состояние отсечки. Для перевода транзистора в режим отсечки необходимо подать на его эмиттерный переход запирающее напряжение (Uбэ> 0 для n – p – n- и Uбэ< 0 для p – n – p-транзистора). Достижимое на практике значение тока закрытого транзистора близко к величине Iко. В реальных условиях источник запирающего напряжения должен обеспечить этот ток при напряжении на зажимах база – эмиттер
Рис .9.Транзисторный ключ с шунтирующим диодом Динамические нагрузки. Потери мощности при переключениях в значительной мере зависят от характера нагрузки транзисторного ключа. Различают три основных типа нагрузок. Первый из них соответствует активному сопротивлению (рис. 10). Он характерен для предварительных каскадов усиления мощности. Ко второму типу относятся нагрузки, имеющие соизмеримую активную и индуктивную составляющие (обмотка реле, муфты и т.п.) (рис. 11). Нагрузки третьего типа имеют активно-индуктивный характер с противоЭДС. Такими нагрузками для усилителей мощности являются якорные цепи электродвигателей постоянного тока. ПротивоЭДС в основном влияет на величину тока ключа (активно-индуктивная нагрузка). В наихудших условиях транзистор оказывается при выключении. ЭДС самоиндукции меняет знак и при сложении с напряжением источника питания увеличивает обратное напряжение на транзисторе почти вдвое, так как в течение некоторого времени ток поддерживается на прежнем уровне за счет энергии, запасенной индуктивностью. Поэтому потери мощности на транзисторе существенно возрастают. Появляется возможность выхода транзистора из строя.
Поскольку в составном транзисторе ток эмиттера VT1 является током базы VT2 , то эквивалентный коэффициент усиления по току
При сигнале открывающей полярности диод закрыт и не мешает работе схемы. В схеме В современном электроприводе большое распространение имеют реверсивные транзисторные ШИП, варианты которых представлены на рис. 15.
Рис. 15. Транзисторные ШИП: а – полумостовая схема; б – мостовая схема с обратными диодами; в – схема с двумя источниками питания
Транзисторный ШИП может быть выполнен на двух и четырех транзисторах по мостовой схеме с одним источником и двумя источниками питания. Для одного направления вращения включаются транзисторы VT1 (рис.15, а, в) и VT1, VT3 (рис. 15, б), для другого – VT2 (см. рис. 15, а, в) и VT2, VT4 (см. рис. 15, б). Управление ШИП осуществляется широтно-импульсным модулятором (ШИМ), где происходит преобразование непрерывного входного сигнала в последовательность импульсов с неизменной амплитудой и частотой, длительность которых пропорциональна величине входного сигнала. Реализуется такое преобразование наиболее просто с применением периодического пилообразного сигнала, период повторения которого равен необходимому периоду следования импульсов. Устройства, реализующие ШИМ – модуляторы длительности импульсов (МДИ), имеют два входа, на один из которых поступает управляющий сигнал, а на другой – периодический пилообразный (рис.16).
Рис. 16. Широтно-импульсная модуляция
megalektsii.ru 1.2 Ключевой режим работы биполярных транзисторовТранзисторная импульсная и цифровая техника базируется на работе транзистора в качестве ключа. Замыкание и размыкание цепи нагрузки — главное назначение транзистора, работающего в ключевом режиме. По аналогии с механическим ключом (реле, контактором), качество транзисторного ключа определяется в первую очередь падением напряжения (остаточным напряжением) на транзисторе в замкнутом (открытом) состоянии, а также остаточным током транзистора в выключенном (закрытом) состоянии. Важность рассмотрения свойств транзисторного ключа для уяснения последующего материала вытекает из того, что путем изменения состояний транзистора в последовательной цепи с резистором и источником питания осуществляются, по сути дела, формирование сигналов импульсной формы, а также различные преобразования импульсных сигналов в схемах и узлах импульсной техники. Транзистор применяют также в качестве бесконтактного ключа в цепях постоянного и переменного токов для регулирования мощности, подводимой к нагрузке. Основой всех узлов и схем импульсной и цифровой техники является так называемая ключевая схема — каскад на транзисторе, работающем в ключевом режиме. Построение ключевой схемы подобно усилительному каскаду. Транзистор в ключевой схеме может включаться с общей базой, общим эмиттером и общим коллектором. Наибольшее распространение получила схема ОЭ. Этот вид включения биполярного транзистора и используется далее при рассмотрении ключевого режима его работы.
Рисунок 1.3 - Ключевая схема на транзисторе (а), графическое определение режимов открытого и закрытого состояний транзистора (б) Ключевая схема на транзисторе типа р-п-рпоказана на рисунке 1.3,а. Транзистор Т выполняет функцию ключа в последовательной цепи с резисторомRKи источником питания. Для удобства рассмотрения процессов в схеме в режимах открытого и закрытого состояний транзистора воспользуемся графоаналитическим методом, основанным на построении линии нагрузки а - бпо постоянному току (рисунок 1.3,б). Линия нагрузки описывается соотношениемUкэ= -(Ек-IкRк) и проводится так же, как для усилительного каскада. Точки пересечения линии нагрузки с вольт-амперными характеристиками транзистора определяют напряжения на элементах и ток в последовательной цепи. Режим запирания (режим отсечки) транзистора осуществляется подачей на его вход напряжения положительной полярности (Uвх> 0), указанной на рисунке 1.3,абез скобок. Под действием входного напряжения эмиттерный переход транзистора запирается (Uбэ> 0) и его токIэ= 0. Вместе с тем через резисторRбпротекает обратный (тепловой) ток коллекторного переходаIк0. Режиму закрытого состояния транзистора соответствует точкаМз(рисунок 1.3,б). Протекание через нагрузку теплового тока Iк0связано с тем, что транзистор в закрытом состоянии не обеспечивает полного отключения нагрузочного резистораRкот источника питания. Малое значениеIк0является одним из критериев выбора транзистора для ключевого режима работы. Величину запирающего входного напряжения Uвх.зanвыбирают из расчета того, чтобы при протекающем через резисторRбтепловом токе было обеспечено выполнение условия
Напряжение U6эдля германиевых транзисторов составляет 0,5 — 2 В. Режим открытого состояния транзистора достигается изменением полярности входного напряжения (Uвх< 0) и заданием соответствующего тока базы. Открытое состояние транзистора характеризует точкаМона линии нагрузки. Определим необходимые условия для создания открытого состояния транзистора. С этой целью предположим, что при Uвх< 0 ток базыIбувеличивается постепенно. Увеличению тока базы будет соответствовать увеличение тока коллектора и перемещение рабочей точки из положения Мзвверх по линии нагрузки. НапряжениеUкэтранзистора при этом постепенно уменьшается. До некоторого граничного значения тока базы (Iб.гр) сохраняется известная пропорциональная зависимость междуIкиIб:
где βст— статический (усредненный) коэффициент передачи тока транзистора в схеме ОЭ (а не дифференциальный коэффициентβ, действительный для малого входного сигнала). Точка Мопри токе базыIб.грхарактеризует «полное» открытие транзистора. Через транзистор и резисторRкпротекает ток
где Uкэ.откр — падение напряжения (остаточное напряжение) на транзисторе в открытом состоянии. Остаточное напряжение Uкэ.откр, являющееся существенным параметром транзистора в импульсном режиме работы, должно быть минимальным. В зависимости от типа прибора напряжениеUкэ.открлежит в пределах 0,05—1 В. Ввиду относительно малого остаточного напряжения по сравнению сЕкрасчет токаIкоткрытого транзистора проводится по формуле
С учетом формулы (1.2) находят граничное значение тока базы Iб.гроткрытого транзистора, при котором наблюдается пропорциональная зависимость тока коллектора от тока базы:
Таким образом, точка Мона рисунке 1.3,бпредставляет собой точку пересечения линии нагрузки с начальным участком коллекторной характеристики транзистора приIб=Iб.гр. При дальнейшем увеличении тока базы (Iб>Iб.гр) остаточное напряжениеUкэ.откр остается почти неизменным, так как все коллекторные характеристики транзистора приIб>Iб.грпрактически проходят через точкуМона рисунке 1.3,б. Режим работы открытого транзистора приIб>Iб.грназывают насыщенным, а отношениеs=Iб/Iб.гр- коэффициентом насыщения транзистора. Режим насыщения широко используют для обеспечения открытого состояния транзистора. Его открытое состояние при этом становится более устойчивым к воздействию помех во входной цепи, а положение точки Моне зависит от изменения коэффициента передачи токаβсттранзистора, в частности, с понижением температуры. В режиме насыщения ток базы транзистора
где коэффициент sдля надежного насыщения транзистора в требуемом температурном диапазоне может составлять 1,5—3. Найденный ток базы обеспечивается параметрами входной цепи ключевой схемы:
Рассмотрим процессы, протекающие в ключевой схеме при наличии на ее входе управляющего импульса напряжения (рисунок 1.4,а). Это необходимо для выяснения свойств схемы при передаче импульсных сигналов. Примем входной импульс напряжения идеальной прямоугольной формы (длительности переднего и заднего фронтов импульса равны нулю).
а- входной импульс напряжения;б- ток базы;в- ток коллектора; г- напряжение на коллекторе Рисунок 1.4 - Диаграммы напряжений и токов ключевой схемы На интервале t0—t1, когда входной импульс напряжения отсутствует, транзистор заперт напряжениемUвх.запположительной полярности. ТокиIб,Iк. определяются тепловым током транзистораIк0(рисунок 1.4,б,в). Напряжение на транзистореUкэ= - (Ек-Iк0Rк) (рисунок 1.4,г). С момента времени t1(рисунок 1.4,а) процессы в схеме обусловливаются отпиранием транзистора входным импульсом напряжения отрицательной полярностиUвх.отп. Это сопровождается изменением токаiки напряженияuкэтранзистора (рисунок 1.4,в, г). Как видно из диаграмм, характер измененияiкиuкэпри отпирании транзистора отличается от вызвавшего их скачкообразного изменения входного напряжения. Отличие обусловлено инерционностью транзистора и проявляется в постепенных нарастании токаiки уменьшении напряженияuкэ. В первом приближении можно принять, что измененияiк(t) иuкэ(t) происходят по экспоненте. Тогда инерционность транзистора может быть учтена эквивалентной постоянной времениτв=τβ+τкв предположенииτк=к(э)Rк, гдек(э)—интегральная (для большого сигнала) емкость коллекторного перехода транзистора в схеме ОЭ. Если принять, что ток базы в интервале отпирания имеет прямоугольную форму с амплитудой Iб.отп ≈Uвх.отп/Rб>Iб.гр(рисунок 1.4,б), то вызванный им токiк(t) будет изменяться по закону
Коллекторный ток возрастает по экспоненциальному закону, стремясь к βстIб.отп>Eк/Rк(см. рисунок 1.4,в). Однако, достигнув предельного значенияIк≈Eк/Rк, токiкв дальнейшем не изменяется и формирование фронта импульсаiкзаканчивается. Положив в формуле (1.8) iк=Iк, находим длительность фронта нарастания коллекторного тока транзистора:
Из соотношения (1.10), следует, что длительность фронта импульса сокращается с увеличением коэффициента насыщения транзистора. Это объясняется тем, что большему коэффициенту sсоответствует больший отпирающий базовый ток, вследствие чего ток коллектора достигает установившегося значения за меньший интервал времени. Так, например, приτв= 5 мкс иs= 3 получаемtф= 2,03 мкс. При s= 1 (транзистор при отпирании работает в активном режиме) соотношение (1.10) не может быть использовано для определенияtф. В этом случае уместно говорить об активной длительности фронта, определяемой относительно уровней 0,1 и 0,9 установившегося значения коллекторного тока (1.8):tф=τвln0,9/0,1 = 2,2 τв. Характер изменения. uкэ(t) при отпирании транзистора (рисунок 1.4,г) подчиняется зависимостиuкэ(t) = -Ек +iк(t)Rк. В момент времениt3действие входного отпирающего импульса напряжения заканчивается. К базе транзистора прикладывается запирающее напряжениеUвх.зап (рисунок 1.4,а). С приложением запирающего напряжения ток коллектора и напряжение uкэв течение некоторого интервала времени остаются неизменными, а транзистор по-прежнему открыт. Создается задержка в запирании транзистора. Это объясняется тем, что до момента времениt3транзистор находился в режиме насыщения и при поступлении запирающего сигнала ток коллектора еще поддерживается уходящими .из базы в коллектор избыточными носителями заряда (дырками). Только после ухода (рассасывания) избыточных носителей и перехода транзистора в активный режим ток коллектора начинает уменьшаться, а напряжение на коллекторе — возрастать (рисунок 1.4,в,г). Помимо ухода избыточных носителей заряда по цепи коллектора их рассасывание осуществляется и по цепи базы за счет протекания обратного токаIб.обр, вызванного запирающим напряжением. Обратный (инверсный) ток базы при этом ограничивается сопротивлениемRбвходной цепи:Iб.обр≈Uвх.зап/Rб. Время, в течение которого происходит рассасывание избыточного заряда в базе, называется временем рассасывания tр(рисунок 1.4,в). Это время пропорционально коэффициенту насыщенияs. Следующий затем интервал спадания токаiкопределяет время заднего фронта (среза) tсколлекторного тока. При определении tpиtcнеобходимо решать уравнение, описывающее изменение заряда в базе. Ввиду пропорциональности заряда в базе току коллектора (базы) процесс, протекающий в транзисторе после момента времениt3, выражается через токи транзистора в следующем виде:
где τβ’— эквивалентная постоянная времени, примерно равная времени жизни неосновных носителей заряда в базе в режиме насыщения, но меньше постоянной времениτβ, действительной для активного режима (τβ’≈τβ/2). Выражение (1.11) является уравнением экспоненциальной кривой, показанной в интервале t3 — t4пунктиром (рисунок 1.4,в). Положив в выражении (4.11) iк=Iк≈Eк/Rк=βстIб.гр, находим
После выхода транзистора из насыщения ток iк(t)уменьшается от значенияIк, также стремясь к —βстIб.гр(рисунок 1.4,в), т. е.
Положив в формуле (1.14) iк= 0, получаем
Длительности tф,tp,tcхарактеризуют быстродействие транзисторного ключа. Как следует из выражений (1.9), (1.12), (1.15), они зависят от частотных свойств используемого транзистора и параметров импульса базового тока. Порядок их величин составляет от долей единицы до единиц микросекунды. В настоящее время широко используется (особенно в интегральных микросхемах) ключевой режим работы кремниевых транзисторов типа п-р-п. По построению и характеру работы ключевая схема на транзисторе типа п-р-паналогична схеме рисунка 1.3,а. Отличие заключается в противоположных полярностях напряжения питанияЕки отпирающего напряженияUвх.отп, а также в противоположных направлениях токов базы, эмиттера, коллектора. Кремниевые транзисторы, в частности типа п-р-п, имеют довольно малый тепловой токIк0. Влияние токаIк0в выходной и входной цепях закрытого транзистора пренебрежимо мало. По этой причине запирание этих транзисторов осуществимо приUвх.зап=Uбэ= 0. Эта особенность кремниевых транзисторов дает важное практическое преимущество — возможность исключить дополнительные источники запирающего напряжения в базовых цепях, необходимые для германиевых транзисторов. studfiles.net Работа транзистора в ключевом режиме
Если напряжение не подавать вовсе, а просто взять и замкнуть выводы базы и эмиттера пусть даже и не накоротко, а через резистор в несколько КОм. Получается, что напряжение база – эмиттер (Uбэ) равно нулю. Следовательно, нет и тока базы. Транзистор закрыт, коллекторный ток пренебрежительно мал, как раз тот самый начальный ток. Примерно такой же, как у диода в обратном направлении! В этом случае говорят, что транзистор находится в состоянии ОТСЕЧКИ, что на обычном языке значит, закрыт или заперт. Противоположное состояние называется НАСЫЩЕНИЕ. Это когда транзистор открыт полностью, так, что дальше открываться уже некуда. При такой степени открытия сопротивление участка коллектор эмиттер настолько мало, что включать транзистор без нагрузки в коллекторной цепи просто нельзя, сгорит моментально. При этом остаточное напряжение на коллекторе может составить всего 0,3…0,5В. Чтобы довести транзистор до такого состояния, надо обеспечить достаточно большой ток базы, подав на нее относительно эмиттера большое напряжение Uбэ,- порядка 0,6…0,7В. Да, для перехода база-эмиттер такое напряжение без ограничительного резистора очень велико. Ведь входная характеристика транзистора, показанная на рисунке 1, очень похожа на прямую ветвь характеристики диода.  Рисунок 1. Входная характеристика транзистора Эти два состояния – насыщение и отсечка, используются в том случае, когда транзистор работает в ключевом режиме наподобие обычного контакта реле. Основной смысл такого режима в том, что малый ток базы управляет большим током коллектора, который в несколько десятков раз больше тока базы. Большой ток коллектора получается за счет внешнего источника энергии, но все равно усиление по току, что называется, налицо. Простой пример: маленькая микросхема включает большую лампочку!
Чтобы определить величину такого усиления транзистора в ключевом режиме используется «коэффициент усиления по току в режиме большого сигнала». В справочниках от обозначается греческой буквой β «бетта». Практически для всех современных транзисторов при работе в ключевом режиме этот коэффициент никак не меньше 10…20 Определяется β как соотношение максимально возможного тока коллектора к минимально возможному току базы. Величина безразмерная, просто «во сколько раз». β ≥ Iк/Iб Даже если ток базы будет больше, чем требуется, беды особой нет: транзистор все равно не сможет открыться больше. На то он и режим насыщения. Кроме обычных транзисторов для работы в ключевом режиме используются «дарлингтоновские» или составные транзисторы. Их «супер - бетта» может достигать 1000 и более раз. Как рассчитать режим работы ключевого каскада Чтобы не быть совсем голословным, попробуем рассчитать режим работы ключевого каскада, схема которого показана на рисунке 2.  Рисунок 2. Задача такого каскада очень простая: включить и выключить лампочку. Конечно, нагрузка может быть любой, - обмотка реле, электромотор, просто резистор, да мало ли что. Лампочка взята просто для наглядности эксперимента, для его упрощения. Наша задача чуть посложнее. Требуется рассчитать величину резистора Rб в цепи базы, чтобы лампочка горела в полный накал. Такие лампочки применяются для подсветки приборной доски в отечественных авто, поэтому найти ее несложно. Транзистор КТ815 с током коллектора 1,5А для такого опыта вполне подойдет. Самое интересное во всей этой истории, что напряжения в расчетах участия не принимают, лишь бы соблюдалось условие β ≥ Iк/Iб. Поэтому лампочка может быть на рабочее напряжение 200В, а базовая цепь управляться от микросхем с напряжением питания 5В. Если транзистор рассчитан на работу с таким напряжением на коллекторе, то лампочка будет мигать без проблем. Но в нашем примере микросхем никаких не предвидится, базовая цепь управляется просто контактом, на который просто подается напряжение 5В. Лампочка на напряжение 12В, ток потребления 100мА. Предполагается, что наш транзистор имеет β ровно 10. Падение напряжения на переходе база – эмиттер Uбэ = 0,6В. См. входную характеристику на рисунке 1. При таких данных ток в базе должен быть Iб = Iк / β = 100 / 10 = 10(мА). Напряжение на базовом резисторе Rб составит (за вычетом напряжения на переходе база - эмиттер) 5В – Uбэ = 5В – 0,6В = 4,4В. Вспоминаем закон Ома: R = U / I = 4,4В / 0,01А = 440Ом. Согласно системе СИ подставляем напряжение в вольтах, ток в амперах, результат получаем в Омах. Из стандартного ряда выбираем резистор сопротивлением 430Ом. На этом расчет можно считать законченным. Но, кто внимательно посмотрит на схему, может спросить: «А почему ничего не было сказано о резисторе между базой и эмиттером Rбэ? Про него просто забыли, или он не так и нужен?» Назначение этого резистора - надежно закрыть транзистор в тот момент, когда кнопка разомкнута. Дело в том, что если база будет «висеть в воздухе», воздействие всяческих помех на нее просто гарантировано, особенно, если провод до кнопки достаточно длинный. Чем не антенна? Почти, как у детекторного приемника. Чтобы надежно закрыть транзистор, ввести его в режим отсечки необходимо, чтобы потенциалы эмиттера и базы были равны. Проще всего было бы в нашей «учебной схеме» использовать переключающий контакт. Надо включить лампочку перекинули контакт на +5В, а когда потребовалось выключить - просто замкнули вход всего каскада на «землю». Но не всегда и не везде можно позволить такую роскошь, как лишний контакт. Поэтому проще выровнять потенциалы базы и эмиттера при помощи резистора Rбэ. Номинал этого резистора рассчитывать не надо. Обычно его принимают равным десяти Rб. Согласно практическим данным его величина должна быть 5…10КОм. Рассмотренная схема является разновидностью схемы с общим эмиттером. Тут можно отметить две особенности. Во-первых, это использование в качестве управляющего напряжения 5В. Именно такое напряжение используется, когда ключевой каскад подключается к цифровым микросхемам или, что теперь более вероятно, к микроконтроллерам. Во-вторых, сигнал на коллекторе инвертирован по отношению к сигналу на базе. Если на базе присутствует напряжение, контакт замкнут на +5В, то на коллекторе оно падает практически до нуля. Ну, не до нуля, конечно, а до напряжения указанного в справочнике. При этом лампочка визуально не инвертируется,- сигнал на базе есть, есть и свет. Инвертирование входного сигнала происходит не только в ключевом режиме работы транзистора, но и в режиме усиления. Но об этом будет рассказано в следующей части статьи. Борис Аладышкин P.S. Перед установкой в схему очень часто приходится проверять транзисторы на работоспособность. О том, как правильно это делать смотрите здесь - Простая проверка транзисторов на практике. elektruk.elektruk.info РАБОТА БИПОЛЯРНОГО ТРАНЗИСТОРА В КЛЮЧЕВОМ РЕЖИМЕ — МегаЛекции
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ТРАНЗИСТОРА В РЕЖИМЕ НАСЫЩЕНИЯ «КЛЮЧ ЗАМКНУТ»
Режиму насыщения соответствует прямое смещение как эмиттерного перехода (ЭП), так и коллекторного перехода (КП) биполярного транзистора. Поэтому ток его базы равен сумме токов этих двух переходов и для транзистора выполняется неравенство: (5.1) где IБ нас - реальный ток насыщенного транзистора (IБ5 на рисунке 5.10), соответствующий UКЭ нас; IБ гр — базовый ток, соответствующий границе активного режима и режима насыщения UКБ = 0 (ток IБЗ на рисунке 5.10). Превышение тока I Б нас над током IБ гр принято характеризовать коэффициентом насыщения: (5.2)
ОСОБЕННОСТИ РАБОТЫ ТРАНЗИСТОРА В РЕЖИМЕ ОТСЕЧКИ «КЛЮЧ РАЗОМКНУТ»
Для уяснения особенностей работы VТв данном состоянии воспользуемся его ВАХ (рисунок 5.12). Они отражают зависимости токов транзистора от напряжения на ЭП при его обратном и прямом смещении. При этом прямое смещение рассматривается только в области малых уровней инжекции. Ток Iк транзистора принципиально не может быть меньше значения тока Iко.
Для режима глубокой отсечки: (5.3) 2. Режим пассивного запирания (РПЗ)характеризуется неравенством 0 < UБЭ < UБЭпор. В режиме пассивного запирания мощность, рассеиваемая транзистором, больше, чем в режиме глубокой отсечки. Для режима пассивного запирания: (5.4)
Таким образом, в режиме отсечки (ключ разомкнут)через транзистор протекает минимальный ток. Это состояние соответствует точке От (рисунок 5.10), когда Iк = IКБ0 » 0, а напряжение на транзисторе Uкэ » Ек. Транзистор в режиме отсечки может быть представлен схемой замещения (рисунок 5.14), содержащей только один источник тока Iкбо, включенный между коллектором и базой.
При работе транзисторного ключа переключение из открытого состояния в закрытое и наоборот происходит скачком, потери мощности при этом, как правило, незначительны. Таким образом, работа транзистора в ключевом режиме характеризуется малыми потерями мощности и высоким КПД.
megalektsii.ru 21. Ключевой режим работы транзистора.В зависимости от состояния p-n переходов транзисторов различают 3 вида его работы: Режим отсечки. Это режим, при котором оба его перехода закрыты (и эмиттерный и коллекторный). Ток базы в этом случае равен нулю. Ток коллектора будет равен обрат¬ному току. Уравнение динамического режима будет иметь вид: Uкэ = Eк - Iкбо * Rк. Произведение Iкбо * Rк будет равно нулю. Значит, Uкэ -> Eк.
Режим насыщения - это режим, когда оба перехода - и эмиттерный, и коллекторный открыты, в транзисторе происходит свободный переход носителей зарядов, ток базы будет максимальный, ток коллектора будет равен току коллектора насыщения. Iб = max; Iк =(примерно равен) Iк.н.; Uкэ = Eк - Iк.н * Rн Произведение Iк.н * Rн будет стремиться к Eк. Значит, Uкэ -> 0. Линейный режим - это режим, при котором эмиттерный переход открыт, а коллекторный закрыт. Iб.max > Iб > 0; Iк.н > Iк > Iкбо Eк > Uкэ > Uкэ.нас
Ключевым режимом работы транзистора называется такой режим, при котором рабочая точка транзистора скачкообразно переходит из режима отсечки в режим насыщения и наоборот, минуя линейный режим. Резистор Rб ограничивает ток базы транзистора, чтобы он не превышал максимально допу¬стимого значения. В промежуток времени от 0 до t1 входное напряжение и ток базы близки к нулю, и транзистор находится в режиме отсечки. Напряжение Uкэ, является выходным и будет близко к Eк. В промежуток времени от t1 до t2 входное напряжение и ток базы транзистора становятся максимальными, и транзистор перейдёт в режим насыщения. После момента вре¬мени t2 транзистор переходит в режим отсечки. Вывод: транзисторный ключ является инвертором, т. е. изменяет фазу сигнала на 180 градусов. 21. Амплитудная модуляция. Схемы модуляторов.
форма записи АМ сигнала.
Амплитудный модулятор
Сеточный модулятор
Анодный модулятор Билет 22 22. Поясните принцип построения цикла первичного цифрового потока е1.Первичный цифровой поток построен на основе сверхциклов, циклов, канальных интервалов (КИ) и тактовых интервалов (ТИ). Канальный интервал - время, в течение которого передается один закодированный отсчет, тактовый интервал - время, в течение которого передается один разряд (символ) кода - нуль и единица (обозначение 0/1 соответствует передаче в данном тактовом интервале случайного сигнала). Сверхцикл передачи (СЦ) соответствует минимальному интервалу времени, за который передается один отсчет каждого из сигнальных (СК) и каналов передачи аварийной сигнализации (потеря сверхцикловой или цикловой синхронизации). Совокупность 32 канальных интервалов образует цикл передачи Ц, длительность которого равна 125 мкс и соответствует периоду дискретизации . 16 циклов первичного цифрового потока (сЦ0 по Ц15), в течение которых передаются сигналы управления и взаимодействия (СУВ) тридцати телефонных каналов, составляют сверхцикл СЦ, длительность которого . В цикле размещается символов илибайта. Скоростьцифрового потока, в самом общем случае, может быть рассчитана по формуле: Для потока Е1 скорость равна: . studfiles.net |
|
||||||||||||||||||
|
|
||||||||||||||||||
|
.
,
.
.
Большие напряжения Uбэзнежелательны из-за увеличения обратного напряжения Uкб. Кроме того, для многих транзисторов допустимое напряжение закрывающей полярности на эмиттерном переходе ограничено величиной 1 – 2 В. Это заставляет защищать переход от пробоя обратным напряжением при помощи шунтирующего диода (рис. 9). При этом напряжение на эмиттерном переходе не может превышать величины прямого падения напряжения на диоде Uдпр£ 1 В.
Для защиты транзистора от перенапряжения и уменьшения рассеиваемой на нем мощности нагрузку шунтируют диодом (рис. 12). При выключении транзистора диод открывается под действием ЭДС самоиндукции. Ток нагрузки замыкается через диод и имеет прежнее направление. Падение напряжения на открытом диоде мало, так что к закрытому транзистору приложено напряжение 
При наличии противоЭДС блокирующий диод в течение паузы открыт только в том случае, если 
.
Существенное повышение коэффициента усиления оконечных каскадов по мощности достигается за счет применения в них так называемых составных транзисторов (эмиттерные повторители на составных транзисторах, сложные эмиттерные повторители) (рис. 13).
.
Как видно, запирание транзистора VT1 приводит к изоляции эмиттерного перехода VT2 от источника сигнала. Для замыкания цепи обратного базового тока VT2 в схему вводится диод (рис. 14).
, так что насыщен может быть только транзистор VT1 ( 
), тогда как VT2 может работать только вблизи границы насыщения 
. Для создания устойчивого насыщения включают дополнительный резистор Rк или диод VD2 (см. рис.14).
Для упрощения рассказа можно представить транзистор в виде переменного резистора. Вывод базы это есть как раз та самая ручка, которую можно покрутить. При этом изменяется сопротивление участка коллектор – эмиттер. Крутить базу, конечно, не надо, может оторваться. А вот подать на нее некоторое напряжение относительно эмиттера, конечно, можно.
