Основы радиоэлектроники: Лабораторный практикум. Часть 2, страница 17

,

 где I_бн - ток базы транзистора на границе насыщения; I_кн - ток коллектора транзистора на границе насыщения; β - коэффициент усиления транзистора по току. Токи насыщения транзистора определяются по схеме рисунка 9,а:

,

,

где U_кн - напряжение коллектор - эмиттер в режиме насыщения (обычно имеет порядок нескольких десятков милливольт). Рассмотренный ключ называется насыщенным.

          Во многих практических случаях применения транзисторных ключей транзистор в режиме отсечки рассматривают как генератор начального тока Iко коллекторного перехода, а в режиме насыщения - как эквипотенциальную точку, т. е. точку с единым потенциалом всех электродов.

           При насыщении транзистора в реальных ключах в базе концентрируется избыточный заряд неосновных носителей заряда. Поэтому при переключении схемы требуется определенное время для их рассасывания, что ухудшает быстродействие ключа.

1.1.2 Ненасыщенный ключ

          Ненасыщенный ключ выполняется по ключевой схеме с нелинейной обратной связью (рисунок 10). При подаче на вход схемы отпирающего перепада напряжения U_вх  начинает расти коллекторный ток i_K. При этом диод VD будет заперт до тех пор, пока напряжение U_вых  по мере роста i_K  не станет равным |U_вых |=| U_БЭ| + i_Б r После чего диод открывается и его внутреннее сопротивление R_д становится значительно меньше R_K : R_Д<<R_K. В результате, почти все приращение коллекторного тока после отпирания диода поглощается цепью обратной связи, и выходной ток остается постоянным. Для приращений токов можно записать

Δi_ВХ=Δi_Б + Δi_Д

После отпирания диода

Δi_Д ~ Δi_K = Δβi_Б,

тогда Δi_ВХ = Δi_Б + βΔi_Б, или Δi_Б = Δi_ВХ / (1+β)

Отсюда следует, что после отпирания диода базовый ток изменяется в значительно меньшей степени, чем входной. Если обеспечить отпирание диода при достижении транзистором границы насыщения, то входной ток может достигать больших значений, но ток базы, а, следовательно, и распределенный заряд в базе, сохраняются примерно такими же, как на границе насыщения. После прекращения действия входного сигнала транзистор запирается. Сравнительно небольшой распределенный заряд базы рассасывается быстро, что позволяет повысить максимальную частоту переключения ключа.

Рассмотренный ключ называется ненасыщенным.

Рисунок 10 - Принципиальная схема ненасыщенного транзисторного ключа

2  Экспериментальное задание

Лабораторная работа по исследованию транзисторного ключа проводится в следующей последовательности:

2.1.Собрать схему согласно рисунка 11.

2.2. Установить необходимое напряжение на блоке БП и затем подключить схему к гнездам "+15 V" , "0" , "U_m".

2.3. Установить на блоке ГС переключатель формы сигналов в положение

"           " и подключить к выходу осциллографа.

2.4. Подключить на выход схемы сигналы прямоугольной формы амплитудой 3V длительностью 1mc и зарисовать осциллограмму выходного напряжения транзисторного ключа (при U_вх = 0 выходное напряжение равно напряжению питания схемы).

 

С1 - конденсатор 3300 mF; R1 - резистор 2,2 kW; R2 - резистор 1 kW; R3 -   резистор 4,7 kW; VT1 - транзистор КТ315А; PS1 - осциллограф.

Рисунок 11

3  Контрольные вопросы

3.1. Какой элемент называют электронным ключом?

3.2. Какие основные параметры характеризуют электронный ключ?

3.3. Что представляют собой диодные ключи?

3.4. Какие схемы диодных ключей вы знаете?

3.5. Что представляют собой транзисторные ключи?

3.6. Что представляют собой насыщенный ключ?

3.7. Что называется режимом насыщения?

3.8. Что представляют собой ненасыщенный ключ?

3.9. Определите величину выходного напряжения в последовательном диодном ключе, представленном на рис. 2, а при положительном и отрицательном входном напряжении, если U_вх=1В, R = 20 кОм, внутреннее сопротивление открытого диода (т. е. прямое сопротивление)  R_{д пр}=50 Ом, внутреннее сопротивление закрытого диода (т. е. обратное сопротивление) R_{д обр} =1 МОм, сопротивление нагрузки, подключенной параллельно резистору R, равно R_н=20 кОм.