2.1. Типы подключаемой нагрузки.

Нагрузка - это элемент, который подключается на выход транзисторного ключа и имеет два основных входных параметра – ток входа нуля (I⁰_вх) и ток входа единицы (I¹_вх). В качестве элементов нагрузки могут выступать любые потребители энергии. Они имеют определенное сопротивление и при расчетах могут быть заменены эквивалентными резисторами.

При совместной работе цифровых устройств в зависимости от их конструктивных особенностей (от технологии элементной базы) различают два типа подключаемой нагрузки.

Если выход транзисторного ключа подключить через резистивную нагрузку на землю (R_нз) (рис.2.5), то такая нагрузка будет считаться нагрузкой первого типа. Для обеспечения протекания тока через R_нз , необходимо, чтобы на выходе транзисторного ключа было напряжение, соответствующее уровню единицы (U¹_вых) (рис. 2.5,а), которое должно обеспечивать требуемый ток входа для нагрузки соответствующий I¹_вх. При этом R_нз будет выступать в роли потребителя. Это режим нагружения. Если на выходе ключа уровень логического нуля (U⁰_вых) (рис. 2.5,б), то R_кэн << R_нз и, поступающий в нагрузку I⁰_вх  0, следовательно, она не потребляет ток. Это режим холостого хода.

Если выход транзисторного ключа подключить через резистивную нагрузку на источник питания (R_ни) (рис.2.6), то такая нагрузка будет считаться нагрузкой второго типа. Для обеспечения протекания тока через R_ни , необходимо, чтобы на выходе транзисторного ключа было напряжение, соответствующее уровню нуля (U⁰_вых) (рис. 2.6,а), которое должно обеспечивать требуемый ток входа для нагрузки соответствующий I⁰_вх. При этом R_ни будет выступать в роли потребителя. Это режим нагружения. Если на выходе ключа U¹_вых (рис. 2.6,б), то разности потенциалов на контактах нагрузки будет недостаточно для обеспечения ее работы (I¹_вх  0), следовательно, она не потребляет ток. Это режим холостого хода.

Рис. 2.5. Режимы работы при подключении нагрузки первого типа:

а) режим нагружения, б) режим холостого хода.

Рис. 2.6. Режимы работы при подключении нагрузки второго типа:

а) режим нагружения, б) режим холостого хода.

В зависимости от того, какой нагрузкой являются входные цепи транзисторных ключей, различают два типа ключей (рис. 2.7):

1. Ключ первого типа – нагрузка первого типа I¹_вх > I⁰_вх,. (Рис. 2.7,а). К такому типу нагрузки относятся схемы, построенные по технологиям КМОП и ЭСЛ.

2. Ключ второго типа – нагрузка второго типа I¹_вх < I⁰_вх. (Рис. 2.7,б,в). К такому типу нагрузки относятся схемы, построенные по технологиям ТТЛ и И²Л.

Работа ключа второго типа будет рассмотрена далее в разделе 2.2.2

Рис. 2.7. Схемы ключей первого и второго типа: а) ключ первого типа, б) ключ второго типа на резисторах, в) ключ второго типа на диодах.

2.2. Расчет параметров ключей первого и второго типа.

Расчет транзисторного ключа состоит из трех этапов.

На первом этапе производится расчет выходного каскада, обеспечивающего заданные параметры выходного сигнала: U⁰_max, U¹_min и максимальный ток нагрузки нуля (I⁰_{н max}) или единицы (I¹_{н max}). При этом необходимо выбрать транзистор, Еп и рассчитать Rk, а также ток базы, который должен формироваться входным каскадом и обеспечивать насыщение транзистора.

На втором этапе рассчитывается входной каскад.

На третьем этапе выполняется проверочный расчет с целью оценки корректности выбранных параметров, а также расчет нагрузочной способности при работе полученной схемы на аналогичные.