Исследование транзисторных ключей: Методические указания и задания на лабораторную работу № 7, страница 2

Показанный на рис. 1.а конденсатор Сu называется ускоряющим, он предназначен для повышения быстродействия ключа. Благодаря ему увеличивается отпирающий базовый ток в момент появления сигнала логической единицы и ускоряется процесс запирания транзистора при сигнале логического нуля, поскольку в этом случае ускоряющий конденсатор будет создавать на базе запирающее напряжение отрицательной полярности.

9. Отрицательная обратная связь

Второй способ повышения быстродействия транзисторного ключа заключается в применении отрицательной обратной связи (рис. 1.б). Сущность способа заключается в предотвращении насыщения транзистора за счет использования в цепи отрицательной обратной связи диода VD. Пока напряжение база-коллектор больше падения напряжения на сопротивлении Ro, этот диод заперт, обратная связь отсутствует. При увеличении входного сигнала (и соответственно входного тока) увеличивается и ток коллектора. При достаточно большом входном сигнале напряжение база-коллектор становится равным падению напряжения на сопротивлении резистора Rо, диод VD отпирается и начинает действовать отрицательная обратная связь. Теперь рост базового тока мало влияет на режим транзистора, так как значительная часть входного тока протекает в этом случае непосредственно через диод, и транзистор не переходит в режим насыщения.

10. Диоды Шоттки

Рассмотренный способ применительно к интегральным микросхемам реализуется с помощью диодов Шоттки, подключаемых параллельно переходу база-коллектор транзистора, при этом такая комбинация в интегральном исполнении составляет единую структуру — транзистор Шоттки.

Существенного повышения быстродействия ключа на рис. 1.б можно добиться только при использовании диодов, имеющих малое время восстановления. Если применять низкочастотные диоды, в которых велико время рассасывания заряда, накопленного в базе, то эффект от введения нелинейной обратной связи будет незначителен. В этом случае диоды Шоттки незаменимы. Они имеют малое время восстановления (не более 0,1 нс), низкое напряжение отпирания (около 0,25 В) и малое сопротивление в открытом состоянии (около 10 Ом). При применении диодов Шоттки отпадает необходимость во введении дополнительного напряжения смещения. Это обусловлено тем, что диод отпирается при более низком напряжении между коллектором и базой, когда транзистор еще находится на границе активного режима.

11. Недостатки ненасыщенного транзисторного ключа:

·  падение напряжения на открытом ключе больше, чем в насыщенном режиме (порядка 0,5В);

·  ухудшается помехоустойчивость, что объясняется более высоким входным сопротивлением в открытом состоянии, в результате чего различные помехи, например, скачки напряжения питания, приводят к изменениям напряжения на транзисторе;

·  температурная стабильность ненасыщенного ключа значительно хуже, чем у насыщенного.

Рис. 2. Простейший ключ на биполярном транзисторе

12. Задание на лабораторную работу    

1. Исследовать схему транзисторного ключа.

1.1. Собрать схему (рис. 2). Транзистор берется тот же, что и в л/р №5. Для транзисторов p-n-p типа изменить полярность источника напряжения.

1.2. Подать на вход последовательность прямоугольных импульсов с амплитудой 5В и частотой, указанной в таблице. Исследовать осциллограммы напряжений транзисторного ключа. Сохранить осциллограммы входных и выходных напряжений в документе Word.

1.3. Оценить падение напряжения на открытом ключе. Измерить ток коллектора и рассчитать потребляемую мощность открытого ключа. Для измерений тока добавить в схему амперметр и уменьшить частоту входных импульсов так, чтобы успевать визуально  проводить наблюдения изменений тока.

1.4. Измерить ток коллектора при закрытом ключе и рассчитать потребляемую мощность. Определить среднюю потребляемую мощность как полусумму рассчитанных выше мощностей.

№ варианта	1	2	3	4	5	6	7	8	9	10
Частота, кГц	5	10	1	2	2,5	5	1	2	2,5	4

№ варианта	11	12	13	14	15	16	17	18	19	20
Частота, кГц	2	2,5	5	1	2	2,5	4	1	2	2,5

Контрольные вопросы

1.  Режимы работы транзистора в транзисторных ключах.

2.  Процессы, происходящие в транзисторе при переключении ключа.

3.  Закрытое и открытое состояние ключа.

4.  Применение элементов связи.

5.  Применение дополнительной обратной связи

6.  Диоды Шоттки.