Ключевые устройства.

Это устройство, имеющее два устойчивых состояния равновесия и отличающихся друг от друга i_вых, U_вых, R_вых. Переход из одного состояния в другое осуществляется подачей сигнала на 1 или несколько входов. В устройство ключа входят кроме ключа источник питания, усилитель, пассивные элементы. В импульсных устройствах коммуникация осуществляется бесконтактно при помощи диода, транзистора, тиристора и т.д. И ключевой режим работы такого устройства характеризуется различными R_вых: если R_вых< R_экв цепи – включено; если R_вых> R_экв цепи – выключено.

П ростейший транзисторный ключ.

U_вх(t) – знакопеременное. U_вх(t)>0 – выключен, U_вх(t)<0 – включено (транзистор открыт и насыщен).

В точке 1 транзистор закрыт (отсечка), в точке 2 – транзистор открыт и насыщен (насыщение). E=I_KR+U_КЭ – нагрузочная прямая. I_K0→0 U₂→0.

А нализ закрытого состояния ключа.

Если транзистор заперт, то U_БЭ≥0. По закону Кирхгофа: отсюда R_Б≤E₁/I_K0 (при всех температурах) t_max→I_K0max. Условие надежного запирания транзистора: . ; ; ; ; В закрытом состоянии на нагрузке 0.

Анализ режима насыщенного состоянии транзистора.

Условие насыщения: , на входе –Е₁, чтобы транзистор был открыт. ; ; подставляем в первое выражение. для любого коэффициента усиления β. ; Степень насыщения транзистора: . , если S=1 то ; если S>1, то , S<1 – активный режим. Условие насыщения транзистора: . В режиме насыщения: ; ; U_БЭ=U_БЭНАС; U_КЭ=U_КЭНАС. ; амплитуда: .

Переходные процессы в ключевом устройстве.

Транзистор – инерционное устройство, поэтому переход из включенного состояния в выключенное не может происходить мгновенно. На входе действует меамдер (±Е), Е₁ на базу транзистора pnp-типа, транзистор заперт, маленький ток коллектора. При переходе на ток i_Б резко растет (2), этот ток открывает транзистор. В момент t₃ обратный перепад, ток базы i_Б сразу реагирует.

[ 0 t₁] транзистор заперт. ; ; ; . В момент времени t₁ подается перепад напряжения: U_ВХ=-Е₁. i_Б – растет и становится равным . U_БЭ резко падает, но i_K возрастает, стремясь к βi_Б – уровень кажущегося тока. , поэтому S велико. U_КЭ нарастает, стремясь к U_КЭНАС. В момент времени t₂ транзистор в режиме насыщения, т.е. . Время t=t₂-t₁ – является временем включения транзистора (длиной фронта). - время включения. Θ_Э – характеристика инерционных свойств транзистора (параметр). , если S велико, то . t_ВКЛ меньше, чем выше S (степень насыщения) и Θ_Э меньше (см t_ВКЛ на графике). С времени t₂ до t₃ транзистор открыт и насыщен и идет накопление неосновных носителей в базе. В момент времени t₃ перепад в обратную сторону, i_Б резко меняется на . t₃-t₄ – время рассасывания неосновных носителей в базе. t=t₄-t₃ – время задержки выключения транзистора. t₄-t₅ – транзистор переходит в активный режим работы и начинает закрываться. i_K↓=>I_K0; i_Б↓=>I_K0; U_БЭ↑=E₁; U_КЭ↓= -E+I_К0∙R_K; t₅ – достигаются токи I_К0. От t₄ до t₆ – формируется спад импульса (t_ВЫКЛ – время спада). - постоянная времени заряда емкости коллекторного перехода. С_К – емкость коллекторного перехода. t_ВЫКЛ=3∙θ_К. транзистор заперт. ВЫВОДЫ: 1) U_ВЫХ – напряжение однополярное, U_ВХ- двуполярное. 2) моменты переключения U_ВХ и U_ВЫХ не совпадают. 3) U_ВХ не ни фронта, ни спада; U_ВЫХ характеризуется фронтом и спадом. 4) U_ВХ и U_ВЫХ находятся в противофазе.