КЛЮЧЕВОЙ РЕЖИМ РАБОТЫ ТРАНЗИСТОРА

При работе транзистора в ключевом режиме, он находится в двух характерных состояниях: включено (замкнут ключ) и выключено (разомкнут).

Электронные ключи используют в схемах для коммутации электрических цепей различного назначения (подключение нагрузки к источнику питания, изменение ее значения, или отключение). В отличие от механических переключателей транзисторные ключи обладают следующими достоинствами:

1. высокое быстродействие

2. переключение цепей без разрыва

3. низкий уровень излучаемых помех

4. высокая надежность и долговечность

При работе в ключевом режиме необходимо:

1. в проводящем состоянии сопротивление участка коллектор-эмиттер было минимальным R_кэ=min

2. а в проводящем – максимальным.

Недостаток – сохранение остаточного напряжения на включенном (насыщенном ) транзисторе и тока в выключенном транзисторе (в режиме отсечки), т.е. неполное включение и отключение нагрузки.

Наиболее широкое применение в качестве ключевых элементов находят транзисторные каскады с ОЭ.

 

 

На семействе выходных характеристик транзистора строим нагрузочную линию, пересекающую оси координат в точках (U_кэ=E_k; I_k=0) и (U_кэ=0; I_r=E_k/R_k).

В ключевом режиме транзистор может находиться в двух основных состояниях:

1. Состояние (режим) отсечки («ключ разомкнут»)

При этом через транзистор протекает минимальный ток. Это состояние соответствует точке А на диаграмме.

I_k=I_кб0 ≈0 – неуправляемый обратный ток коллектора, создавая а нем небольшое падение напряжения.

U_кэ.p ≈ E_к-I_кб0∙R_к ≈ Е_к.

Условие отсечки – смещение в обратном направлении электрического перехода:

U_бэ < U_бэ.пор ; для n-p-n U_бэ ≤0.

Мощность, теряемая в режиме отсечки, P_к=I_к ∙R_к ≈0 мала, т.к. I_k=I_кб0 ≈0.

2. Состояние (режим) насыщения («ключ замкнут»)

На транзисторе минимальное напряжение U_кэ = U_кэ.нас ≈ 0 соответствует точке В на диаграмме.

Ток через транзистор ограничен резистором R_к и определяется

В режиме насыщения оба перехода транзистора смещены в прямом направлении, поэтому напряжения между электродами транзистора малы.

Условие обеспечения режима насыщения:

Дальнейшее увеличение тока базы I_б > I_б.нас не изменяет тока в коллекторной цепи.

Мощность в режиме насыщения: P_к=I_к ∙R_к =0, т.к. ≈ 0.

Напряжение U_кэ.нас. приводится в справочниках. Для ключей следует выбирать транзистор с малым значением U_кэ.нас. << Е_к.

 

Пример. Параметры транзистора : = 40 ; I_кб0 ≤ 10 мкА ; = 10 В ; Е_см= -2 В ; R_к= 0,1 Ом. При U_вх=0 транзистор отключен; при U_вх ≥ 7 В – включен. Определить R₁ и R₂.

 

 

1)Режим отсечки:

Напряжение отсечки создается Е_см и I_кб0

Условие отсечки ≤ 0 , откуда R₂ ≤ 200 кОм.

Выбираем R₂ = 100 кОм.

2)Режим насыщения:

Ток базы: , откуда

= 1,39 кОм. Выбираем R₁=1,3 кОм.