Структури базових логічних елементів, страница 2

         2.2.1. Ключi на бiполярних транзисторах.

1.Базовий  бiполярний ключ. Схема найпростiшого транзисторного ключа приведена на рис. 2.3.a, а  рис. 2.3.б призначений для пояснення режимів роботи транзистора з допомогою  сiмейства вихiдних характеристик. Лiнiя

                                                    Рис.2.3.

навантаження AB, яка описується вiдомим рiвняням:

                        U_КЕ=E_К-I_КR_К ,

задає положення робочої точки транзистора на сімействі його вихідних характеристик.

Для ключового режиму характерними є двi точки A та B. Точка А налiнiї навантаження характеризується тим, що струм бази має зворотнiй напрямок i визначається зворотнiм струмом колекторного переходу

                        I_Б = -I_К0 .

В розглядаємій схемі не використовуються спецiальнi джерела живлення для фіксації або зміщення  положення робочої точки. Тому положення транзистора в точцi А забезпечується тiльки низьким рiвнем вхiдної напруги. Робота транзистора в точцi А лiнiї навантаження називється режимом запирання, або режимом вiдсiчки. Напруга на виходi ключа в цьому режимi:

                        U₃=E_К  - I_К0  R_К

являється величиною меншою нiж напруга живлення E_К. Звiдси витiкає, що сигнал   логiчної одиницi в цьому ключi не може досягнути напруги E_К. i для досягнення такої iдеалiзацiї необхiдно вибирати транзистори з малим значенням I_К0, а R_К - як можна меншим.

       Точка B характеризує другий режим, який називається режимом вiдкритого стану. В цiй точцi являється справедливим вiдоме спiввiдношення:

          I_КН= bI_Б5+I_К0(1+b) »bI_Б5 ,                                                      (2.3)

де b - статичний коефiцiєнт передачi струму транзистора, включеного по схемi з загальним емiттером.

       Залишкова напруга на колекторi вiдкритого транзистора

                        U_КЕ.0=E_К – I_КR_К

 i з точки зору проектування транзисторного ключа повинна мати мiнiмальне значення. Реальнi величини U_КЕ.0 в залежностi вiд типу транзистора лежать в межах 0.05 – 1 В.

      2. Особливiсть цiєї робочої точки полягає в тому, що робота транзистора в нiй забезпечується як базовим струмом I_Б5, який являється межою активного режиму роботи  (Активний режим роботи транзистора, це режим, при якому справедлива формула (2.3)), так i струмами бази бiльшими нiж I_Б5.

       Розглянемо бiльш детально особливості робочої точки В, якій відповідаєколекторний струм  I_КН і струм бази I_Б5. Допустимо, що напруга живлення збiльшилась на величину DE_к (рис. 2.3б). Лiнiя навантаження змiститься вправо i робоча точка В перейде в В¹. При цьому транзистор перейде в активний режим, а напруга на транзисторi U_КЕ.0, що вiдповiдала рiвню логiчного нуля, значно пiдвищеться до U¹_КЕ.0. Подiбна ситуацiя може бути i в тому випадку, коли величина навантаження R_Н змiниться в сторону зменшення опору.

       Щоб запобiгти такому явищу в реальнiй практицi необхiдно, як витiкає з рис. 2.3.б., збiльшити реальний струм бази на таку величину, щоб прогнозованi коливання напруги живлення i величини навантаження не могли впливати на положення точки В. Тобто повинна мати мiсце нерiвнiсть:

                        I_Б > І_Б5.

Такий режим роботи транзистора називається режимом насичення i характеризується параметром N, який називається коефiцiєнтом насичення

                        N=I_Б/I_Б5.                                                                                      ( 2.4)

З (2.4) находимо

                        I_Б=N×I_КН / b .                                                                               ( 2.5)

Струм I_Б5 є тою межею, яка розділяє області роботи транзистора на активний і насичення. Тому цей струм, який, зрозуміло, залежить від величини колекторного навантаження, називається граничним струмом бази I_Б.ГР.

Параметр N задається в межах 1.5 -3 , а струм бази для виконання умови (2.5) забезпечується вхiдними колами вiдповiдно до формули:

                        I_Б=(U_ВХ – U_БЕ) / R_Б                                                                        (2.6)